연대측정법

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Geochronology

1 개요

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

보통 시간이 매우 중요한 요소가 되는 학문에서는, 해당 사건이 언제 일어났는지를 아는 것이 무척 중요하다. 역사에서야 기록한 사람이 기록한 날짜를 새기면 되겠지만, 자연을 다루거나 선사 시대를 다루게 되면 직접적으로 기록된 바가 없기 때문에 연구 대상의 나이를 역추적해야한다. 천문학이나 물리학에서도 시간이 중요한 요소가 될 때가 많지만, 보통 연대측정이라고 하면 지구나 행성의 시료로 그 범위가 제한되어 사용되고 있다. 특히 지질학에서 다양한 방법을 개발해왔는데, 이는 지질학에서 연대측정으로 다루는 연대 범위가 가장 넓기 때문이다. 많은 지질학 연구에서 사건의 순서와 시기는 매우 중요한 화두이다.

연대측정에선 상대연령 측정과 절대연령 측정 두 가지로 나뉘며 두 방법 모두 각각의 난점을 가지고 있어 상호보완적이다. 다만 절대연령 측정법의 많은 기술들은 첨단 기술이 요구되는 경우가 많아서 보다 최근에서야 확립되기 시작한 것들이 많다. 예로부터 상대연령에 대한 지식은 많이 쌓여 있었지만 절대연령에 대해서는 확답을 내리기 어려운 때가 많이 있었다.

2 연대측정 방법

크게 절대연대측정법과 상대연대측정법으로 나뉜다.

2.1 절대연대 측정법

절대연대측정법은 해당 시료의 나이를 해당 시료의 성질을 이용하여 계산하는 것이다. 즉, 어떤 암석이나 화석이 정확히 몇 년 전에 형성되었는지 측정하게 된다. 오늘날 절대 연령을 계산하는 방법 중 대부분은 방사성 동위원소를 이용하며, 20세기 이후 등장하였다.

방사성 동위원소는 물리적으로 성질이 잘 알려져 있고, 각 동위원소 시스템마다 장점(과 단점)이 달라서 상호보완 및 교차검증이 가능하기 때문에 강력하다.
이 동위원소 연대측정법은 해당 항목을 참고할 것.

방사성 동위원소를 이용하지 않는 경우는 다음과 같은 것들이 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.

• 나이테 측정법(Dendrochronology) : 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. 하지만 단순히 한그루의 나이테만 세는 것이 아니라 당시의 기후 등의 영향으로 같은 성향으로 자란 나이테를 연결해서 상당히 긴 시간까지 측정하기도 한다.

물론 기준으로 쓸 수 있는 확실한 자료가 있을때 얘기이긴 하지만 꽤 많은 학자들이 연구하고 있으며 활용도 또한 상당히 많은 편이다.

• 플루오린 매몰 연대측정법 : 시료가 지하에 매몰된 연대를 계산하는 방법으로, F가 지하수에 들어있고, 이에 의해 매몰된 물질의 F 농도가 교란된다는 성질을 이용하는 것이다.

• 흑요석 노출연대(exposure age) 측정법 : 흑요석이 공기와 접촉하면 시간이 지나면서 물을 머금게 된다는 성질을 이용하는 것으로, 이 방법 자체만으로 연대를 구하는 것보다 다른 알려진 연대를 이용하여 함께 구할 때 절대연령이 산출된다.

• 고지자기 연대측정법 : 지구의 자기 축이 이동하는 것을 근거로 하여, 고지자기의 지질적 흔적을 통해 연대를 추산하는 방법.

과거에 불을 사용하면서 토양에 있던 자성을 가진 광물의 자성이 당시의 자기방향으로 고정되는 것을 응용하여 연대를 측정하는 방식이다.

그냥 측정해서 연대가 나오는건 아니고 지구의 자기축이 이동한 연표가 과학자들에 의해 작성되어 있고 시료를 거기에 대입해서 연대를

측정하는 방식이다. 대체로 인류와 불은 뗄 수 없는 관계이기에 시료로 쓸만한 유구가 많이 발견된다.

• 자기공명 연대측정법

• TL 연대측정법

등이 있다. 사실 이거보다 더 많다.

2.2 상대연대 측정법

지층을 다른 지층과 비교하여 상대적으로 어떤 것이 더 오래되었는지 조사하는 방법이다. 절대연령 측정법은 각 시료의 연대를 계산하게 해주지만, 사실 보다 직관적이고 더 근본적인 것은 상대연령이다. 보통 절대연령과 상대연령이 서로 어긋나게 되면, 어지간하면 상대연령이 더 우위에 있다. 그만큼 이 상대연령은 간단하면서도 강력하다. 치명적인 한계는 서로 누가 먼저인지는 알려주지만, 그것의 절대적인 시기는 모른다는 것. 그래서 결국에는 둘 다 필요하다.

대표적인 예로 표준화석(Index fossil)을 이용하는 방법이 있다.

3 여담

물리1, 지구 과학Ⅱ에서 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.