지오드(Geode) - 결정의 아름다움

Photo by Deldre Woollard

찜질방에 가면 옆 사진과 같이 돌맹이 안에 보석이 들어있는 것을 볼 수 있다. 이것을 지오드(Geode)라고 한다.

우리말로 정동석(晶洞石)이라고도 하는데 널리 쓰이는 용어는 아닌 듯 하다.

지오드는 주로 화산암(volcanic rocks)에서 발생한다. 화산 폭발시 뜨거운 용암이 흘러내릴 때 내부에서 가스가 발생하게 되는데, 이것이 빠져나오지 못하고 굳으면 속이 빈 화산암이 만들어진다.

이 비어있는 돌멩이 안으로 여러가지 미네랄이 함유된 물이 차게 되는데, 이때 미네랄이 과포화 상태가 되면 고유의 결정을 형성하게 된다.

미네랄의 종류에 따라 수정, 자수정, 오팔, 황철석, 니켈 등 다양한 색상, 다양한 모양의 아름다운 형태를 갖추게 된다.

지오드는 주로 현무암 용암지대나 석회석 지대에서 발견되며, 미국, 브라질 등 아메리카 전역이 주요 생산지이다. 조그만 지오드 정도는 미국의 야산에 널려 있는 듯 하다.

우리나라에 들어오는 지오드는 대부분 남미산이다.

결정은 왜 만들어지는 걸까?

결정은 주로 과포화(super-saturated) 상태로 용매에 녹아있던 물질이 어떤 응결핵을 만나 입체적이고 반복적인 구조를 만들면서 생긴다. 예를 들어 소금을 물에 녹인다고 할 때, 자꾸 넣다 보면 더 이상 녹지 않고 가라앉는 상태가 된다.

이때 소금물을 가열해주면 그마저 녹이게 된다. 이 소금물을 다시 식히게 되면 소금이 다시 고체로 나와야 하는데, 그러지 못하고 불안정한 상태로 녹아있게 된다. 이를 과포화상태라고 한다.

과포화상태의 용액에 응결핵이 되는 물질(불순물이나 그 물질의 결정)을 넣어주면 결정이 들러붙으면서 커지게 된다.

By Steven Abbott

위 도표를 보면 온도가 35도일 때 농도 2%가 포화상태이다. 그런데 온도가 25도로 내려가게 되면 1%가 포화상태이므로, 1%가 불안정한 과포화상태로 있는 것이다.

우리가 흔히 볼 수 있는 결정은 육면체 모양의 천일염, 눈/상고대, 다이아몬드(?) 등이다. 아래 사진은 상고대(hard rime) 사진인데, 습기를 머금은 공기가 새벽에 차가워 지면서 상대습도가 높아져 과포화 상태가 되었다가 나무에 물의 결정이 엉겨붙어 생기는 것이다.

From Wikipedia

결정의 모양은 원자 혹은 분자의 전기적인 특성 등에 의해 고유의 3차원 격자(lattice)에 의해 정해진다. 물의 결정 구조는 다음 그림과 같다.

From Wikipedia

거대한 지오드

지오드는 주먹만한 것이 많지만, 사람 키만한 것들도 볼 수 있고, 심지어 사람이 그 안에 들어가도 될 정도로 큰 것도 있다. 1999년 스페인의 Pulpi에서 거대한 지오드가 발견되어 화제가 되었다.

이 지오드의 크기는 길이가 8m, 너비가 1.8m, 높이가 1.7m 정도이다. 지금은 관광객이 들어가 볼 수 있는 것 같다.

From tmhouses.com

달걀 껍질로 지오드 만들기

지오드의 생성 원리를 알면 직접 그것을 만들수도 있다. 보통 계란 껍질을 반으로 쪼개어 모양을 잡고, 명반(alum, 백반)을 과포화시켜 만든다. 명반도 좋지만 붕사(borax)도 예쁘게 결정이 나온다. 과포화 -> 결정 만들기를 계속 반복하면 더 크고 예쁘게 만들 수 있다. 그리고 염료를 섞어 색을 내면 더 좋다.