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[비센의 재미있는 과학 이야기] 탄소연대 측정(1)

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작성자 석준영 쪽지보내기 메일보내기 홈페이지 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 작성일15-08-20 12:15 조회326회 댓글0건

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사람은 죽은 후 무엇을 남길까 ? 

 

 

세계에서 가장 오래된 쌀, 볍씨가 한국의 충청북도 청원군 소로리에서 출토된 볍씨라는 것 알고 계셨나요? 2001년 출토된 이 볍씨는 연구결과 약 1만 5000년에서 1만 7000년전의 볍씨인 것으로 알려졌습니다.

 

또한 현재까지 발견된 미라 중 가장 오래된 미이라는 1991년 알프스 산맥의 빙하가 녹으면서 발견된 외치라는 이름의 미라로 약 5300년 전의 석시기대 사람인 것으로 알려지고 있습니다.

 

이렇듯 고고학적으로 의미가 있는 것들이 발견되면 그들이 살았던, 또는 이용되었던 시기를 추정하게 되는데, 이때 사용되는 대표적인 방법 중의 하나가 방사성탄소 연대측정법(Radiocarbon dating)입니다.

 

자연에 존재하는 대부분의 탄소는 원자질량 12로 안정적인 것과 달리, 대기권에 있는 질소(Nitrogen, N)가 지구밖에서 들어오는 강한 에너지원인 우주방사선(Cosmic Ray)의 영향으로 핵변환을 일으켜 만들어지는 원자질량 14를 갖는 탄소 동위원소(isotope) '탄소-14'는 상대적으로 불안정한 탄소라고 할 수 있습니다. 이렇게 생성되는 탄소-14는 대기중에 풍부한 일반적인 탄소-12에 비해 그 양은 비교도 되지 않을 정도로 매우 적고 시간이 지나면 방사선 붕괴로 인해 다시 질소로 돌아가게 되지만 지속적인 우주방사선의 영향으로 대기권내에 탄소-12와 탄소-14의 비율은 꾸준히 유지되며 존재하고 있습니다.

 

이런 탄소가 연대 측정에 사용되는 가장 큰 이유는 탄소(Carbon)가 생명체를 이루는 중요 원소중에 하나이기 때문입니다. 

 

모든 생명체들은 공기중의 이산화탄소를 음식, 또는 광합성을 통하여 지속적으로 받아들여 체내에 필요한 양을 유지하기 때문에, 생명체 내의 존재하는 탄소도 대기권내의 탄소12/14 비율을 그대로 유지하게 됩니다. 하지만, 생명체가 죽게 되면 더이상 탄소를 체내로 흡수할 수 없게 되기 때문에, 그 순간부터 탄소12/14 비율을 더이상 유지할 수 없게 됩니다.

 

안정적인 탄소-12의 양에는 그 이후에도 변화가 일어나지 않지만, 불안정한 탄소-14는 방사성 붕괴를 통해서 다시 질소로 돌아가기 때문에 시간이 지나면 지날 수록 사체의 체내에 남아있는 탄소-14의 양이 줄어들게 됩니다.

 

이때 탄소-14의 양이 줄어드는 시간 간격이 항상 일정하기 때문에, 우리는 발견된 사체의 체내에 남아있는 탄소-14의 비율을 측정해서 그 생명체가 살아있었던 시기를 가늠할 수 있는 것입니다.

 

탄소-14의 반감기(최초의 양이 반으로 줄어드는데 걸리는 시간)가 약 5730년이기 때문에, 체내에 남아있어야 하는 탄소-14의 적정량보다 어떤 화석 또는 미라의 표본에 남아있는 탄소-14의 양이 반으로 줄어있다면 죽은지 약 5730년이 지났다는 것을 뜻이라 할 수 있습니다.  

 

또 만약 탄소-14의 양이 반의 반, 즉, 4분의 1만 남아있다면 반감기의 두 배, 즉 11460년전에 활동하던 것으로 추정할 수 있는 것입니다. 이 방사성 탄소 연대 측정법은 1948년 시카고대학교의 월러드 리비(Willard Libby)에 의해 고안되었고, 그는 이로써 1960년, 노벨 화학상을 받기도 했습니다.

 

하지만, 측정시간이 반감기에 비해 너무나 오래됐다면 체내에 남아있는 동위원소의 양이 측정하기 힘들 정도로 적어지기 때문에 방사성 동위원소를 이용한 연대측정은 한계를 갖을 수 밖에 없는 것이 사실입니다.

 

이때 과학적으로 그 한계점을 반감기가 열 번정도 지난 시점으로 제한하는데, 반감기가 열 번 지나게 되면, 그 원소의 양이 2의 10제곱분의 1, 즉 1024배 이상 줄어들기 때문에, 그 이상의 감소량이 더 이상 정확한 데이터를 줄 수 없다고 판단되기 때문입니다.

 

탄소의 반감기가 5730년정도이기 때문에, 그의 열배에 해당하는 약 5만7천년정도보다 짧은 역사를 갖고 있는 것들을 판단하는데에만 이 방법이 사용된다고 말 할 수 있습니다.

 

다행스럽게도 역사적으로 의미있는 생명체의 활동들과 흔적들은 대부분 약6만년전 안에 벌어진 일들이기 때문에 인류를 비롯한 생명체들의 활동을 추적하는 데에는 탄소연대측정이 별 문제없이 사용되고 있습니다.

 

인류의 가장 오래된 조상이라 여겨지는 오스트랄로 피테쿠스는 약 100만년 전, 네안데르탈인은 약 25만년 전에 활동을 했다고는 보여지지만, 인류가 의미 있는 사회생활을 시작했다고 볼 수 있는 구석기시대의 호모사피엔스사피엔스시대가 약 4만년 전 정도였던 것으로 측정되기 때문에, 그 이 후의 인류와 관련된 대부분의 역사적 흔적은 탄소연대측정으로 충분히 가능한 것입니다.

 

물론 탄소연대측정이 완벽하다고 볼 수없기 때문에, 고고학에서는 이외에도 고지자기 연대측정, 나이테 연대측정법 등의 여러가지 방법을 통합하여 더 정확한 연대를 가늠하려고 노력하고 있습니다.

 

탄소연대측정은 사실 매우 중요한 가정을 하나 하고 있는데, 이는 적어도 지금으로부터 6만년 전까지는 대기권 내의 탄소-12/14의 비율이 지금과 동일할 것이라고 생각하는 것입니다.

 

하지만, 사실 1945년 2차 세계대전 말기부터 시행된 핵무기 폭발, 이후 수 많은 공장, 자동차 등에서 뿜어낸 인위적인 공기중의 탄소방출 등을 통해서 지금 현재 대기권내의 탄소-12/14비율은 예전과 매우 심각하게 다른 비율을 보이고 있습니다.

 

그로 인해 현재 진행되는 탄소연대측정에서는 그 기준값으로 현재 대기권내의 비율이 아니라 1950년에 측정된 탄소비율을 사용하고 있습니다. 그 이후의 대기내의 탄소비율은 인위적 활동등에 의해서 변화되었기 때문입니다.

 

몸 속에 남아있는 탄소라는 원소만으로 발견된 화석의 시대를 측정할 수 있다는 것. 이쯤되면 '호랑이는 죽어서 가죽을 남기고, 사람은 죽어서 이름을 남긴다'는 한국의 속담과 비슷하게 '생명체는 죽어서 탄소를 남긴다'라고 이야기해볼 수도 있을 듯 합니다.

 

석준영.gif

석준영 (비센학원장)

 

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