지구 핵에서 나오는 귀금속, 생각보다 가까워졌다

지구 핵에서 귀금속이 새어나오는 방법

대중적인 믿음과는 달리, 지구는 금과 같은 희귀하고 귀중한 금속을 포함해 금속이 그리 풍부하지 않습니다. 문제는 대부분의 무거운 원소들이 행성 형성 시 소행성들의 집합체에서 핵으로 가라앉았다는 점입니다.

그 결과, 지구에 존재하는 금과 기타 귀금속의 99.999% 이상이 3,000km 두께의 고체 암석 아래에 묻혀 있습니다.

오랫동안 이러한 광물들은 영원히 지구 핵에 고정될 것이라고 가정되었습니다. 그러나 새로운 연구는 그렇지 않을 수도 있음을 보여줍니다.

루테늄이라는 다른 원소의 탐지 방법을 개선함으로써 독일 괴팅겐 대학교, 영국 브리스톨 대학교, 영국 에든버러 대학교, 미국 콜게이트 대학교 연구원들은 지구 핵의 물질이 맨틀을 통해 지표면까지 새어나올 수 있음을 입증했습니다.

“첫 결과가 나왔을 때, 우리는 문자 그대로 금을 발견한 것이라는 것을 깨달았습니다! 우리의 데이터는 금과 기타 귀금속을 포함한 핵 물질이 지구 맨틀 위로 새어나오고 있음을 확인했습니다.”

Dr Nils Messling – 연구원 게오르기엔 대학교
그들은 이 발견을 권위 있는 학술지 Nature¹에 “해양 섬 현무암에서의 Ru와 W 동위 원소 체계는 핵 누출을 밝힌다”라는 제목으로 발표했습니다.

지구 핵과 맨틀이 형성된 과정

태양계 초기, 먼지 입자들이 무수한 소행성으로 뭉쳤고, 이 소행성들이 다시 더 큰 요소들로 합쳐져 프로토행성을 형성했습니다. 이 프로토행성들은 나중에 수성, 금성, 지구, 화성이라는 네 개의 암석 행성을 만들었습니다.

이 과정에서 행성들은 충돌에 의해 발생한 강렬한 열 때문에 대부분이 용융된 마그마 상태였습니다. 시간이 지남에 따라 무거운 원소들은 중력에 의해 핵으로 가라앉아 맨틀과 구분되었습니다. 이후에도 행성은 우주에서 물질을 계속 받아들여 맨틀을 더욱 형성했습니다.

출처: SG Online

이 연구와 관련해 중요한 점은, 맨틀이 루테늄을 포함한 일부 원소들의 동위 원소 조성에서 매우 다른 구성을 보인다는 것입니다. 이는 나중에 다른 물질을 사용해 형성되었기 때문입니다.

과학자들이 핵 원소를 표면까지 추적하는 방법

루테늄: 핵 이야기를 들려주는 동위 원소

루테늄은 주로 핵에 고정돼 있으며, 핵에서 루테늄-100이 더 풍부하기 때문에 이 동위 원소를 탐지하면 금속이 맨틀이 아닌 핵에서 왔음을 증명할 수 있습니다. 일반적으로 화산 활동으로 인해 대부분의 표면 암석은 맨틀에서 유래합니다.

루테늄-100의 존재를 측정하는 보다 정밀한 새로운 방법이 괴팅겐 대학교에서 개발되어 이번 연구에 활용되었습니다.

이 방법은 그린란드에서 채취한 37억 년 된 매우 고대 암석을 연구했을 때 확인되었습니다. 이는 핵과 맨틀이 명확히 분리되기 전의 루테늄-100 조성을 보여줍니다.

출처: Nature

더 흥미로운 점은, 일부 화산섬에서는 핵에서 온 물질이 섞인 암석이 루테늄-100 비율이 크게 치우쳐 있다는 것입니다.

하지만 라 레위니옹이나 갈라파고스 제도와 같은 모든 화산섬이 그런 것은 아닙니다. 이들 섬의 샘플은 순수히 맨틀에서 유래한 암석과 차이가 없습니다.

“우리는 이제 수백 퀸틸리언(10^15) 메트릭 톤 규모의 초고온 맨틀 물질이 핵-맨틀 경계에서 기원해 하와이와 같은 해양 섬을 형성하기 위해 지표면으로 상승한다는 것을 증명할 수 있습니다.”

Matthias Willbold 교수 – 게오르기엔 대학교 교수

텅스텐이 핵 누출 가설을 뒷받침하는 이유

텅스텐, 혹은 텅스텐(그 기호가 W인 이유) 역시 주로 지구 핵에 존재하는 무거운 금속입니다.

연구진은 μ182‑W(지구 표준 대비 182W/184W의 백만분율 편차)라는 지표를 조사했습니다. 샘플에 어떤 텅스텐 동위 원소가 존재하는지를 측정하면, 핵에서 온 광물이 맨틀 마그마와 섞여 하와이 섬의 화산암을 형성한 과정을 명확히 알 수 있습니다.

이 동위 원소 비율은 검출된 텅스텐이 맨틀에 존재할 수 있는 또 다른 잠재 원천인 하프늄의 분해에서 온 것이 아님을 명확히 보여줍니다.

새 이론이 핵 원소가 표면에 도달하는 방식을 설명한다

텅스텐 조성의 변화를 토대로 연구진은 이전에 알려지지 않은 메커니즘을 추론했습니다: 지구 핵 주변에 산소가 풍부한 외핵 영역이 형성되었습니다.

시간이 흐르면서 핵이 서서히 냉각되면서 금속‑산화물의 결정화가 진행되고, 이 과정에서 일부 텅스텐이 고정됩니다.

“오늘 우리가 관찰하는 이러한 과정이 과거에도 동일하게 작동했는지는 아직 증명되지 않았습니다. 우리의 발견은 우리 행성 내부 역학 진화에 대한 완전히 새로운 관점을 열어줍니다.”

Dr Nils Messling – 연구원 게오르기엔 대학교

왜 이 발견이 채굴 및 산업에 중요한가

이것은 단순한 학문적 탐구가 아닙니다. 핵에 존재하는 많은 원소들은 금처럼 매우 높은 가치를 지니거나, 텅스텐처럼 반도체, 산업용 공구, 항공우주, 무기, 엔진 등에 사용되는 초경금속으로 현대 사회에 필수적입니다.

이러한 금속 중 일부가 지구 핵에서 유래한다는 사실은 지질학자들이 광상 형성 방식을 이해하는 관점을 근본적으로 바꾸며, 지구 가장 깊은 층이 표면과 어떻게 상호작용할 수 있는지를 새롭게 조명합니다.

이는 채굴 기업이 희귀 원소 탐사를 수행하는 방식을 변화시킬 수 있습니다. 예를 들어, 특정 지역 암석의 루테늄 함량을 분석하면 그 지역에 지구 핵 침투가 있었음을 밝혀낼 수 있어, 같은 장소에서 더 많은 무거운 원소를 찾을 가능성이 크게 높아집니다.

최종 생각: 왜 핵‑맨틀 과학이 중요한가

이러한 연구는 처음에는 다소 추상적이고 과학적 관심사에만 국한된 것처럼 보일 수 있습니다. 그러나 우리 행성이 어떻게 형성되었고, 지구 핵의 일부가 어떻게 다시 표면으로 나타날 수 있는지를 이해하면 이러한 중요한 금속을 더 많이 찾는 데 도움이 됩니다.

또한 이는 화성이나 금성처럼 지구와 어느 정도 유사한 다른 행성들의 지질학을 이해하는 방식에도 변화를 가져올 수 있습니다. 지구에서 핵 원소가 재부상할 가능성이 있다면, 다른 행성에서도 마찬가지일 수 있습니다.

우리가 향후 수십 년 안에 화성 식민지를 구상하고 있는 만큼, 행성의 핵 금속 자원이 이전보다 훨씬 쉽게 접근할 수 있는지 여부는 큰 관심사입니다. 특히 화성은 태양계에서 가장 큰 화산을 보유하고 있어 하와이 화산과 유사한 프로파일을 가지고 있기 때문입니다.

지구 핵 원소에 투자하기

Almonty Industries

지구 핵 원소 중 투자자들에게 가장 유용하면서도 잘 알려지지 않은 원소 중 하나는 텅스텐입니다. 이 매우 내구성이 강한 금속은 다양한 첨단 산업에 필수적이며, 현재는 주로 중국과 러시아에서 거의 독점적으로 생산되고 있습니다.

우리는 2024년 10월 보고서 “텅스텐 – 비밀 첨단 금속”에서 텅스텐에 대한 투자 사례를 자세히 다루었습니다.

Almonty Industries는 현재 포르투갈에 있는 광산에서 주로 텅스텐을 채굴하고 있으며, 125년 동안 운영되어 온 기업입니다.

이 회사는 포르투갈 광산을 확장하고 스페인에 미개발 매장량을 보유하고 있습니다.

출처: Almonty

회사의 가장 중요한 프로젝트는 한국 산동에서 진행 중인 새로운 광산 개발이며, 이 광산은 다른 모든 매장량을 합친 것보다 더 많은 추정 자원을 보유하고 있습니다.

출처: Almonty

서구 국가에서 활동하고 생산하는 유일한 텅스텐 채굴 기업 중 하나인 Almonty는 방위 산업에 중요한 전략적 공급업체이며, 따라서 중국 공급에 대한 의존도를 낮추는 데 중요한 역할을 합니다.

산동 광산의 위치는 방위 산업에 완벽한 공급처가 되며, 한국은 탱크, 포병, 탄약 등 “저기술” 군수 장비를 대량 생산하는 새로운 거대 국가로 부상하고 있습니다(텅스텐 수요가 적은 전투기, 항공모함 등에 비해).

중국이 카자흐스탄에 거대한 텅스텐 광산을 개설하려는 가운데, Almonty는 Almonty Korea Tungsten Project의 산동 광산이 몇 달 내에 가동될 때 “텅스텐 확보와 관련된 정치적 판도를 크게 바꿀” 준비가 되어 있습니다. 가동이 시작되면 세계 최대 규모의 텅스텐 광산 중 하나가 되어 비중국 공급의 30%를 차지하게 됩니다.

Lewis Black, Almonty Industries의 이사 겸 사장 겸 CEO

Almonty는 2025년 초~중반에 한국 광산에서 텅스텐 생산을 시작할 예정입니다.

서구에서 사실상 유일한 대형 공급업체라는 전략적 위치 때문에 Almonty는 Plansee로부터 보증 가격을 제시받았습니다. Plansee는 고성능 금속 제조업체이자 Almonty의 주요 고객 중 하나이며, 회사 지분의 15%를 보유하고 있습니다.

보증 최소 가격은 $235/MTU(메트릭 톤 단위)이며 상한선은 없습니다. 산동 광산은 $110/MTU의 현금 비용을 목표로 하고 있어, 이는 프로젝트의 높은 이익률을 사실상 보장합니다.

산동 광산 개장과 트럼프 미국과 중국 사이의 새로운 무역 전쟁 시기가 거의 완벽하게 맞물리면서, 주가는 중국의 텅스텐 수출 제한 발표 후 단 2일 만에 40% 급등하며 강하게 반응했습니다.

참고 연구

^{1. Messling, N., Willbold, M., Kallas, L. et al. Ru와 W 동위 원소 체계는 해양 섬 현무암에서 핵 누출을 밝힌다. Nature (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-09003-0}