Q. 화석의 나이를 어떻게 알아요?
푸름이닷컴의 어떤 아이가 질문했던 내용이예요.
연대를 정확히 측정하기 시작한 것은 1946년 "프랑크 리비"가
탄소동위원소를 이용한 연대 측정법을 개발한 이후부터예요.
"프랑크 리비"는 이 공로로 노벨 화학상을 수상했죠.
동위원소란 똑같은 원소지만
중성자 수만 다른 것을 말해요.
수소의 경우도 중성자가 1개인 경수소가 있고,
중성자가 2개인 중수소, 중성자가 3개인 삼중수소가 있어요.
물질의 화학적 성질은 양성자수에 따라 달라지므로
수소라는 화학적 성질은 똑같지만,
같은 수소라도 무게(정확히 질량)만 더 무거운
삼중수소가 존재하는 것입니다.
탄소(C) 역시 탄소12가 있고, 탄소13이 있고, 탄소14가 있어요.
12, 13, 14라는 숫자는 양성자와 중성자 수를 합한 수예요.
즉 성질은 똑같은 탄소지만,
탄소 14는 질량(무게)이 더 많이 나가는 탄소죠.
탄소14는 우주에서 날라온 우주 방사선이
공기중의 질소(N) 원자와 충돌하면서 생겨요.
자연적으로, 저절로 생기는 것이죠.
따라서 우리가 숨을 쉬면서 자연스럽게 탄소14를
섭취하게 되고 그 양은 항상 일정해요.
만약에 생명체가 죽은 후 숨을 멈추면?
더 이상 탄소14를 흡수할 수 없게 되죠.
방사성물질인 탄소 14의 양은 그때부터 줄어들기 시작하는데,
그 양이 절반으로 줄어드는 시간이 5730년이에요.
만약 어떤 생명체가 살아 있을 때 탄소14(C14)가
100개였다면, 죽은 지 5730년이 지나면 50개가 되고,
다시 또 5730년이 흐르면 25개로 줄어드는 것이죠.
항상 같은 비율로 줄어들기 때문에 남아있는
탄소12, 탄소13 대 탄소 14의 비율을 계산하면
정확히 그 생명체가 언제 죽었는지가 나옵니다.
나무든, 석탄이든, 뼈든, 조개껍질이든
한번 살아 있었던 생명체라면 그 연대를
정확히 측정할 수 있어요.
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그렇다면 탄소14는 어떤 방식으로 검출할까요?
요즘은 AMS라는 기계가 있어 쉽게 측정이 가능해요.
만약 뼈라면 그 뼈에서 0.001그램만 떼어내도 측정이 가능해요.
그렇게 떼어낸 부분을 불에 태워서 탄소로 만든 후
탄소 14의 양을 측정합니다.
만약 죽은지 너무 오래 돼서 탄소14가 반으로 줄어드는
반감기가 10번 정도 지난 상황이라면?
0.001그램을 떼어낸 것으로 측정이 가능할까요?
가속기 질량분석기라는 기계가 있어요.
탄소 원자를 이온화시킨 후 입자가속기로 가속해서
탄소동위원소를 분석하면 정확히 측정이 됩니다.
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이 외에도 방사능을 이용한 측정방법은 여러 가지예요.
암석의 경우 칼륨 40의 양이 반으로 주는 시간이 13억년,
우라늄 238이 반으로 줄어드는 시간은 45억년,
줄어든 양을 측정하면 정확한 연대 측정이 가능해요.
칼륨이 붕괴되면 아르곤이 되고, 우라늄이 붕괴하면
납이 되고, 루비듐이 붕괴하면 스트론튬이 되죠.
이 반응이 일어나는 속도를 계산한 후에
암석 안의 붕괴 전 원소와 붕괴 후 원소의 비율을 측정하면
광물이 형성된 시기까지 계산할 수 있어요.
몇 가지 원소를 대조해서 검토하면 정확한 연대가
나온다고 합니다.
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우주에 존재하는 어떤 물질도 138억년이 넘은 게 없어요.
우주에서 날아온 운석을 제외하면, 지구에 있는 물질 역시
46억년을 넘은 게 없어요.
이 부분은 "우주의 나이는 어떻게 알아요?" 라는 질문이
있어서 내일 이어서 다시 쓸게요.
