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연대측정법

last modified: 2014-12-06 13:02:48 by Contributors

Contents

1. 개요
2. 연대측정 방법
2.1. 절대연대측정법
2.2. 상대연대 측정법
3. 여담

1. 개요

지리학, 지질학, 고고학 등에서 지층, 화석, 유물, 유적 등의 연대를 추정하는 방법.

지질학에서 다양한 방법을 개발해왔는데, 이는 지질학에서 연대측정으로 다루는 연대 범위가 가장 넓기 때문이다. 많은 지질학 연구에서 사건의 순서와 시기는 매우 중요한 화두이다. 예로부터 상대 연령 (사건의 전후관계 비교) 방법은 잘 알려져 있었지만, 각 암석의 절대연령을 알아내는 것은 쉬운 일이 아니었다.

가장 먼저 동위원소를 통한 연령 측정에 도입된 시스템은 우라늄-납 동위원소 시스템으로, 방연석(galena)에 적용되었다. 후에 기술이 발전하면서 더 극미량의 원소 측정이 가능해짐에 따라 다양한 원소 시스템을 이용한 연대 측정이 가능해졌다. 각각의 시스템은 저마다 장단점, 한계가 있기 때문에 어떤 암석, 어떤 지질학적 상태, 나이에 따라 다른 방법을 적용시켜야 하며, 가능하다면 여러 시스템을 동시에 활용하여 정밀도를 높여주는 것이 좋다.

연대측정법은 단순히 연대를 알아내는 데 그치지 않고, 냉각속도나 결정성장속도와 같이 시간과 관련된 다른 정보를 얻어내는 것에도 매우 유용하다. 또한 연대 자체가 "가짜값"이 나오는 것마저 정보를 제공해준다. 이상적인 정보를 제공하지 않는 시스템은 그 비이상성을 통해 암석이나 광물의 정보를 얻어낸다.

2. 연대측정 방법

크게 절대연대측정법과 상대연대측정법으로 나뉜다.

2.1. 절대연대측정법

절대연대측정법은 어떤 지층이나 화석이 정확히 몇년 전에 형성되었는지 알아보는 방식이다. 대개는 한 원소의 붕괴로 생겨나는 방사성 동위원소를 이용하며, 20세기 이후 등장하였다. 이는 이러한 방사성 동위원소는 다른 원소의 붕괴를 제외한 방법으로는 생겨나지 않고, 일정한 시간이 지날때마다 일정한 비율만큼 붕괴하므로 그 비율에 따라 연대의 측정이 가능하기 때문이다.

대표적인 방법으로는 다음과 같은 것이 있다.

  • 방사성 탄소 연대측정법 : 고고학 발굴에 많이 이용되어 가장 유명한 방법. 우주선을 받아 질소가 변화하여 생겨나는 방사성 탄소, 즉 C-14를 이용한다. 반감기는 5730년. 단 지구 대기의 탄소 비율이 현대와 유사해야 한다.(때문에 1만 년이 넘어가면 정확성이 떨어지고, 6 ~ 7만 년이 넘어가는 유물의 측정에는 사용하지 않는다) 그러나 태양흑점 주기 등에 의한 우주입자 양의 변화로 인해 연대가 약간 교란될 가능성이 있다.
  • 열 발광 연대측정법: 광물이 열에 의해 발광하면서 누적된 에너지(from 방사선)가 방출되는 현상에 기반한 것으로 특히 토기류에서 유용하다. 토기를 빚어 가마안에서 구울때 가마의 열로 인해 내부의 광물(특히 석영이 애용된다)이 그동안 방사선에 쬐어(자연에 방사선이 존재함을 잊지말자) 쌓인 에너지를 발광 현상을 통해 털어내므로 일종의 리셋이 되어 버린다. 이후 새로 방사선을 쬐면서 에너지가 누적되므로 채취된 시료에 열을 가해 나타나는 발광의 정도를 측량하면 얼마 전에 구워서 만들었는지 시기를 알 수 있게 된다. 짧게는 70년부터 50만년 전의 것까지(열에 구워진 적 있는) 광물 함유물이라면 모두 측정이 가능하다. 탄소 연대 측정법과 마찬가지로 우주선량 변화에 따라 오차는 존재할 수 있다.
  • 칼륨(포타슘) - 아르곤 연대측정법 : 칼륨-40이 β붕괴하면서 생겨나는 아르곤-40을 이용한다. 반감기는 약 12.6억 년.
  • 피션트랙법 : 우라늄-238의 자연 핵분열(atomic fission)시 발생한 에너지에 의한 광물의 균열이나 흔적(track)을 자현미경상에서 세어 시간 경과를 측정한다. 반감기는 44.6억 년.
  • 루비듐-스트론튬 연대측정법 : 방사성 루비듐-87이 붕괴하여 스트론튬-87으로 변하는 것을 이용하여 연대를 측정한다. 암석에 섞여 있다는 점과 반감기가 488억 년에 달한다는 점 때문에 고생대, 선캄브리아대 등 상당히 오래된 지반의 연대 측정에 사용된다.
  • 플루오린 연대측정법
  • 흑요석 연대측정법
  • 나이테 측정법 : 나이테의 개수를 통해 연대를 재는 방법으로, 1년 단위로 기록되는 나이테를 이용하여 정확한 편이지만 나무의 수명이 한정되어 있으므로 방사성연대측정법보다 시한이 상당히 짧다. 한편 테의 두께 및 간격 등을 분석하여 당대의 공기 농도 등을 측정함으로써 방사성 탄소 연대측정법이 탄소 농도 등의 문제로 교란될 가능성에 대한 보완 용도로 쓰이기도 한다.
  • 고지자기 연대측정법 : 지구의 자기 축이 이동하는 것을 근거로 하여, 고지자기의 지질적 흔적을 통해 연대를 추산하는 방법.
  • 자기공명 연대측정법
  • TL 연대측정법

등이 있다. 사실 이거보다 더 많다.

물론 방법마다 교란의 가능성이나 활용의 제한이 있다.예를 들면 탄소가 없는 물질에 탄소연대측정법을 사용하는것은 무리고, 탄소연대측정법으로 10만년 넘어가는것을 측정하는 것은 위에서도 말했듯이 무리다. 따라서 대개 여러가지 방법을 병행하여 교차검증을 행한다.

2.2. 상대연대 측정법

지층을 다른 지층과 비교하여 상대적으로 어떤 것이 더 오래되었는지 조사하는 방법. 대표적인 예로 표준화석(Index fossil)을 이용하는 방법이 있다.

3. 여담

물리2, 지구과학1, 지구과학2에서 다루는 내용이기도 하다. 물리에서는 방사성물질과 관련된 내용으로 배우고 지구과학에서는 지질학의 연대측정법 반감기 계산하는 법을 배운다. 지구과학에서는 언제나 어디서나 수능에서 1문제는 기본으로 출제된다. 간혹 연대측정법을 지수로그로 수식화할 수 있는 이유로 수리영역에서도 보일 때가 있다.

간혹 일부 창조론자들이 연대측정법에 허점이 있기 때문에 지구 나이도 믿을 수 없다는 주장을 하는 경우가 있다. 그러나 위에 나와있다시피 현재는 다양한 연대측정법을 이용해 교차측정을 하기 때문에 충분히 신뢰성 있는 측정결과를 낼 수 있다. 즉, 교란된 사례들은 교차측정 과정에서 걸러내진다는 것. 자세히 말하자면, A라는 연대측정법으로 검사 결과 300년 전으로 나왔다고 치자. 그러면 그 결과를 바로 발표하는 것이 아니라 B, C, D 등등등 여러 방법으로 검사하여 똑같이 300년 전으로 나와야만 결과를 발표한다는 뜻이다. 각각의 방법들이 모두 오류나 교란의 가능성이 있다고는 해도, 그런 오류들이 똑같이 300년 전으로 나타날 확률은 매우 낮은 것이다. 단 2가지 방법만 사용된다고 하더라도 마찬가지다. 설사 둘 다 오류가 난다 치더라도, 마침 양쪽에서 똑같은 정도로 오차가 나타날 확률이 얼마나 되겠는가 말이다. 게다가 보통은 그보다 많은 방법들이 사용되고 있다.
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