안녕하세요. 이수민 전문가입니다.
두 물질을 가르는 건 압력이에요. 탄소 원자가 결합하는 방식은 온도와 압력에 따라 어느 배치가 에너지적으로 안정한지로 정해져요. 지표 근처의 낮은 압력에서는 탄소가 평면으로 층층이 쌓인 흑연이 안정하고, 아주 높은 압력에서는 사방으로 단단히 결합한 다이아몬드가 안정해요. 그래서 생성 깊이가 완전히 달라져요.
다이아몬드는 지하 150km가 넘는 맨틀 깊은 곳에서 만들어져요. 압력 5만 기압, 온도 1000도가 넘는 조건이 필요한데 지각에서는 도달할 수 없는 영역이에요. 이렇게 만들어진 다이아몬드가 우리 손에 오는 건 킴벌라이트라는 특별한 화산 활동 덕분이에요. 맨틀 깊은 곳의 마그마가 좁은 관을 따라 폭발적으로 솟아오르며 다이아몬드를 빠르게 지표까지 실어 올려요. 천천히 올라오면 압력이 낮아지는 동안 흑연으로 변해버리니 속도가 관건이에요. 그래서 다이아몬드 광산은 오래된 대륙 중심부의 킴벌라이트 관에 집중돼요.
흑연은 반대예요. 지각 안에서 만들어지는데, 퇴적암에 묻힌 유기물이 변성작용을 받아 탄소만 남으며 결정화돼요. 압력과 온도가 낮은 조건이라 편마암이나 대리암 같은 변성암 지대에서 층 형태로 나와요. 석탄이 더 깊이 묻혀 더 강한 변성을 받으면 흑연이 되는 경로도 있고요.
그래서 같은 탄소인데 한쪽은 맨틀에서 화산이 배달해준 광물이고 다른 한쪽은 지각에서 생물의 흔적이 변성된 광물이에요. 실험실에서 흑연에 초고압을 걸어 인조 다이아몬드를 만드는 것도 이 압력 조건을 인공적으로 재현한 거예요 :)