방사성 동위원소를 이용한 암석의 연대측정?

오늘날 대부분의 사람들은 지직할자들이 지구와 암석이 몇십억년이라는 것을 방사성 동위원소 연대 측정법을 사용함으로 증명했다고 생각합니다. 암석과 화석이 몇백만년 되었다는 것이 많은 교과서들과 인기있는 방송, 그리고 박물관에서 증명된 사실처럼 유창하게 제시됩니다.

지난 몇십년간, 오늘날 우리가 한 형태의 생명체가 완전히 다른 형태의 생명체로 진화하는 것을 관찰할 수 없는 데 대하여, 생물학자들은 “시간이야말로 이 음모에 있어서 영웅입니다….많은 시간이 주어진다면 ‘불가능’한 것은 가능한 것이 되며, 가능한 것은 아마도 일어날 일이 되고, 아마도 일어날 일은 거의 확실히 일어날 일이 됩니다. 우리는 단지 기다리기만 하면 됩니다: 시간 그 자체가 기적을 행합니다.” 라고 용감하게 주장해 왔습니다.

그러나 방사성 동위원소 연대 측정법이 어떻게 작동하는지를 아는 사람들은 많지 않은 것 같습니다. 그 누구도 결론에 도달하기 위하여 어떤 가정들이 사용되었는지를 물어보려고 조차 하지 않습니다. 따라서 이러한 방법들을 자세히 살펴보고, 얼마나 그것들을 신뢰할 수 있을지 알아 봅시다.

원자들 – 오늘날 우리가 관찰하는 기본

탄소와 산소 같은, 각각의 화학적 원소들은 고유한 원자들로 구성되어 있습니다. 각각의 원자들은 세 개의 기본적 요소들로 구성되어 있습니다. 핵은 양성자와 중성자로 구성되어 있습니다. 핵을 공전하는 것은 전자입니다.

각 화학 원소들의 원자들은 핵 안의 중성자 갯수가 조금씩 다를 수 있습니다. 같은 화학 원소들의 약간 다른 원자들은 그 원소의 동위원소라고 불립니다. 그러나, 중성자의 갯수는 다르지만, 어떤 화학 원소의 모든 원자들은 항상 같은 수의 양성자와 전자를 가지고 있습니다. 따라서, 예를 들면, 모든 탄소 원자는 여섯 개의 양성자와 여섯 개의 전자를 가지고 있습니다. 그러나 각각의 핵에 들어 있는 중성자의 갯수는 여섯개, 일곱개, 혹은 여덟개 일 수도 있습니다. 따라서, 탄소는, C-12, C-13, 그리고 C-14, 3개의 동위 원소를 갖습니다.

방사성 붕괴

몇몇 원소의 동위원소들은 방사성을 띕니다. 그것은, 그것들의 핵이 너무 크기 때문에 불안정하다는 것입니다. 안정성을 되찾기 위하여, 이러한 원자들은, 특별이 핵 안에서의 어떠한 조정을 거쳐야 합니다. 어떤 경우에, 동위 원소는 입자들을 배출합니다 (주로 중성자와 양성자). 결과물은 안정적인 원자이지만, 이러한 변화는 양성자와 전자의 숫자를 변화시켰기 때문에, 다른 화학 원소입니다.

하나의 화학 원소의 동위원소가 다른 원소의 동위원소로 변화하는 이러한 과정을 방사성 붕괴라고 부릅니다. 따라서, 붕괴하는 모(母) 동위원소를 방사성 동위원소라고 부릅니다. 사실, 그것은 그 단어의 일반적인 감이 의미하는 붕괴가 아닙니다. 자(子) 원소는 그들이 유래한 모 원소에 비하여 질이 떨어지는 것이 아닙니다. 그것은 하나의 원소가 다른 원소로 변화하는 변성과정입니다.

지질학자들은 일반적으로 암석의 연대를 측정하는 방사성 방법의 기본으로써 다섯개의 모 원소를 사용합니다: 우라늄-238, 우라늄-235, 칼륨-40, 루비디움-87, 그리고 사마리움-147. 이러한 모(母) 방사성 동위원소들은, 납-206, 납-207, 아르곤-40, 스트론티움-87, 그리고 니오디미움-143 동위원소로 각각 변화합니다. 따라서, 지질학자들은 암석의 연대를 측정하기 위하여, 우라늄-납 (두가지), 칼륨-아르곤, 루비디움-스트론티움, 혹은 사마리움-니오디미움 연대를 봅니다. 대부분의 암석은 탄소를 포함하고 있지 않기 때문에, C-14방법이 포함되지 않은 것에 주목하시기 바랍니다.

방사성 탄소(C-14)와는 달리, 암석의 연대를 측정하는 데 사용되는 방사성 원소들은 우리가 아는 한, 오늘날 지구에서 형성되지 않습니다. 따라서 하나님이 원래 지구를 만드셨을 때, 이러한 원소들을 창조하셨던 것으로 보여집니다.

오늘날 암석의 화학적 분석

지질학자들은 먼저 연대측정을 위하여 적절한 암석의 부분을 골라야 합니다. 그들은 암석 안에 극소량이 포함되어 있더라고 하더라도, 이러한 모 동위원소를 포함한 암석을 찾아야 합니다. 가장 빈번하게, 이것은 녹은 암석 물질이 식음으로써 형성되는 암석체입니다. 그 예로서, 화강암 (지하에서 식음으로써 형성되는)과 현무암 (지표면에서 용암이 식음으로써 형성되는)이 있습니다.

다음 단계는 암석 샘플 안의 모 동위원소와 자 동위원소의 양을 측정하는 것입니다. 이것은 매우 정확하고 정밀한 특수 장비를 갖춘 실험실에서 화학적 분석을 함으로써 이루어집니다. 따라서, 일반적으로 이러한 화학 분석의 결과에 대하여 의문을 제기하는 사람들은 거의 없습니다.

그러나, 이러한 모 동위원소와 자 동위원소의 화학적 분석의 “해석”이, 방사성 동위원소 연대 측정법에 존재할 수 있는 문제점을 제기하는 것입니다. 지질학자들이 어떻게 방사성 “시계”를 사용한 화학적 분석으로부터 암석의 나이를 “읽을” 수 있는지를 이해하기 위하여, 모래”시계”의 비유를 사용해 보겠습니다.

모래시계에서, 고운 모래 입자는 윗부분에서 아랫 부분으로 일정한 속도로 떨어집니다. 영(zero)시에서, 모래시계는 뒤집어지고 모든 모래 입자는 윗부분에서 시작합니다. 1시간 후, 모든 모래는 모래 시계의 밑부분으로 떨어집니다. 따라서 30분 후에는, 모래의 절반이 윗부분에, 나머지 절반이 밑부분에 있어야 할 것입니다.

그 모래시계가 언제 뒤집혔는지 관찰하지 못한 사람이, 그 “시계”를 “읽기”를 원한다고 가정해 봅시다. 그는 방에 들어가서, 모래의 절반이 윗부분에, 나머지 절반이 밑부분에 있음을 알아차립니다. 그는 모래가 어떤 속도로 떨어지는 지 알고, 모든 모래가 윗부분에서 떨어지기 시작했다고 가정한다면, 그는 그 모래시계가 분명히 30분 전에 시작되었다고 계산할 수 있습니다.

방사성 “시계”를 읽기

이러한 비유를 방사성 “시계”를 읽는데 적용하는 것은 매우 명백합니다. 모래시계의 윗부분에 있는 모래 입자는 모 동위원소의 원자를 나타냅니다. 모래입자가 떨어지는 것은 방사성 붕괴라고 할 수 있으며, 모래시계의 밑부분에 있는 모래 입자는 자 동위원소를 나타냅니다.

오늘날 지질학자들이 연대 측정이 필요한 암석을 모을 때, 그는 그것이 포함하고 있는 모 동위원소와 자 동위원소를 분석하도록 했습니다- 예를 들면, 칼륨 – 40, 그리고 아르곤 – 40. 그리고 그는 모든 아르곤 -40 원자들이, 암석 내부의 칼륨 – 40 원자들이 오직 방사성 붕괴로 인하여 생성되었다고 가정합니다. 따라서 만약 칼륨-40이 아르곤-40으로 붕괴하는 속도를 알기만 하면, 그들은 오늘날 암석에서 측정되는 아르곤-40이 생성되는 데 걸린 시간을 계산해 낼 수 있습니다. 그 암석이 생성되었을 때, 아르곤-40을 전혀 함유하지 않았다고 가정되었으므로, 이러한 계산된 연대가 바로 암석이 형성된 연대, 즉 암석의 나이가 되는 것입니다.

따라서 암석의 연대를 측정하는 방사성 방법은 이해하기 쉽습니다. 누군가 암석의 모 동위원소가 붕괴되는 속도를 알고, 오늘날 얼마나 많은 모 동위원소가 있는지를 알면, 암석의 나이는, 암석이 형성되었을 때부터 암석 내부에 자 동위원소가 축적되기까지 걸린 시간입니다.

그러나 만약 이러한 가정들이 틀리다면 어떻겠습니까? 예를 들면, 방사성 물질이 암석에 첨가가 되거나 (모래시계의 위편), 혹은 암석이 형성된 이래 붕괴 속도가 바뀌었다면 어떻겠습니까?

필요한 가정들

모래시계의 비유로부터는 방사성 “시계”의 신뢰도가 세가지 확인되지 않은 가정들에 의존하고 있다는 사실을 인지하기 쉽지 않습니다. 결국, 모래시계의 신뢰도는 검증될 수 있습니다. 예를 들면, 모래시계를 뒤집어서 시계를 시작함으로써, 그리고, 믿을 수 있는 시계를 사용하여 모래 입자가 떨어지는 것을 관찰함으로써 가능합니다. 이와는 대조적으로, 그 어떤 지질학자도 연대를 측정해야 할 암석이 형성되었을 때,  존재하지 않았고, 따라서 초기의 함유물을 관찰하고 측정할 수 없었습니다. 또한 그 어떤 지질학자들도, 암석이 형성된 이후로, 몇백만년이라고 하는 세월동안 존재하지 않았고, 따라서, 방사성 “시계”가 얼마나 빠르게 작동해 왔는지를 검증 할 수 없었습니다. 따라서, 방사성 “시계”를 사용하여 암석의 연대를 측정할 때, 지질학자들이 가져야 할, 세가지 검증되지 않은 중요한 가정들이 존재합니다:

  1. 그 암석이 형성되었던 제 영(zero)시의 상태를 알 수 있거나, 알고 있다.
  2. 그 암석의 방사성 “시계”는 그 어떤 방해나 외부의 간섭으로부터(예를 들면, 풍화작용이나 지하수 등) 격리되었고, 따라서 모든 자 동위원소들은 모 동위원소의 방사성 붕괴로부터 생성되었어야 한다.
  3. 모 방사성 동위원소의 방사성 붕괴 속도는 암석이 생성된 이래 몇백만년이라고 하는 세월동안, 우리가 현재 관측하는 것과 같은 느린 속도로 유지되어 왔다.

그렇다면, 이러한 가정들을 좀 더 자세히 검사해 보기로 하겠습니다.

가정 1: 제 영시의 상태

암석이 형성되었을 때, 그 어떤 지질학자들도 존재하지 않았고, 따라서 그들은 최초의 암석이 모 동위원소와 함께 자 동위원소를 포함하고 있었는지 그렇지 않은지 확인할 길이 없습니다. 예를 들면 아르곤 -40 의 경우, 화산 폭발시 용암이 터져나오고 흘러서 냉각되어서 암석이 형성되었을 때, 전혀 존재하지 않았다고 단순하게 가정됩니다. 다른 방사성 “시계”의 경우는, 암석의 여러 샘플분석을 통해, 등시간선 기술 (isochron technique) 이라고 불리는 방법을 통하여, 암석이 형성되었을 당시 얼마나 많은 자 동위원소(납, 스트론티움, 그리고 니오디미움)가 존재했었는지를 결정하는 것이 가능하다라고 가정됩니다. 그러나 이 방법도 여전히 증명되지 않은 가정 2와 3에 기반합니다).

그러나 현대에 발생한 용암을, 분출한 지 얼마 되지 않아 검사해 보면, 예외없이 기대치의 아르곤 -40의 양보다 훨씬 더 많은 양이 검출됩니다. 에를 들면, 세인트 헬렌 분화구의 용암 샘플이 1996년 분석되었을 때(처음 형성되어 식기 시작한 것이 관찰된 것은 1986년입니다), 엄청나게 많은 아르곤 -40가 검출되었고, 35만년이라는 “나이”가 계산되었습니다! 비슷하게, 형성된 지 50년 미만인, 뉴질랜드의 가우루호 화산의 용암은, 3백 5십만년이라는 “나이”를 보였습니다. 따라서 만약 나이가 알려진 최근의 용암이, 용암의 분출시부터 이미 존재했던 아르곤-40으로 인해 부정확한 칼륨-아르곤 “나이”를 나타냈다면, 나이가 알려지지 않은 과거의 용암 또한 초기에 아르곤 -40을 함유하였고, 따라서 과장된 오래된 나이를 나타낼 수 있다고 하는 논리적인 결론을 내릴 수 있습니다.

다른 방사성 “시계”들 또한 비슷한 문제점을 안고 있습니다. 예를 들면, 그랜드 캐년의 현무암의 연대를 측정하는 것을 보려해 보십시오. 서부 그랜드 캐년에는, 캐년이 형성된 후에 폭발한 화산이 있고, 그 화산은 용암을 그랜드 캐년의 벽을 따라 아래쪽으로 흘러내렸습니다. 따라서 이러한 화산폭발이 그랜드 캐년의 노출된 지층들이 쌓인 이후에 생긴, 최근의 사건이라는 것은 명백합니다. 이러한 현무암층을 칼륨-아르곤 동위원소를 사용하여 연대측정을 했을 때, 백만년이라는 나이를 얻습니다. 그러나 같은 암석을 루비디움과 스트론티움 동위원소를 사용하여 연대를 측정해 보면, 11억 4천 3백만년이라는 나이를 얻게 됩니다. 그랜드 캐년의 벽 아래 깊은 곳의 고대 현무암층에서 얻어지는 루비디움-스트론티움 나이와 같습니다. 어떻게 고대와 최근의 용암 – 하나는 캐년의 윗부분, 하나는 아랫부분 – 의 나이가 같은 모, 자 동위원소에 근거한 연대 측정에서 같은 나이를 나타낼 수 있습니까? 이 문제에 대한 하나의 해답은, 최근의 용암과 오래된 용암 모두, 지구의 맨틀 상층부의, 루비디움-스트론티움의 같은 화학적 구성을 지닌 동일한 근원으로부터 유래했다고 하는 것입니다. 방사성 동위원소 연대측정법이 신뢰할 수 있다고 주장하는 사람들에게 있어서, 문제를 더욱 꼬이게 만드는 것은, 그랜드 캐년의 절벽 맨 위에서 흘러 내린, 동일한 젊은 현무암이, 사마리움-니오디미움 연대 측정법에 의하면 9억 1천6백만년, 그리고 우라늄-납 연대 측정법에 의하면 260억년이라는 나이를 나타낸다고 하는 점입니다!

가정2: 외부의 방해나 간섭으로부터 오염되지 않음

초기조건과 마찬가지로, 오염의 문제는 이미 암석의 방사성 연대측정법에 대한 교과서 등에 잘 묘사되어 있습니다. 윗부분과 아랫부분 모두 철저하게 외부와 차단된, 모래시계와는 달리, 암석에 대한 방사성 “시계”는, 땅으로 스며든 빗물, 혹은 지하의 화산의 녹은 암석들로부터 온 물 때문에, 모 동위원소와 자 동위원소 모두, 잃어버리거나 새로 얻게 되는, 오염에 노출되어 있습니다. 비슷하게, 용암이 지구의 깊은 곳에서 도관을 따라 올라와서 화산 폭발시 지표면으로 나올 때, 도관을 이루는 벽면의 암석들의 조각들과 그 동위원소들이 용암과 함께 섞이고 오염시킬 수 있습니다. 이러한 오염으로 인해, 50년이 되지 않은 뉴질랜드의 가우루호 화산의 용암이 루비디움-스트론티움 연대법에 의하여 1억 3천 3백만년이라는 “나이”를 나타낸 것이며, 사마리움-니오디미움 연대법에 의하여 1억 9천 7백만년, 그리고 우라늄-납 연대법에 의하여 39억 8백만년이라는 “나이”를 나타낸 것입니다!

가정 3: 일정한 붕괴 속도

물리학자들은 실험실에서 모 동위원소들의 방사성 붕괴속도를 적어도 지난 100년간 조심스럽게 측정해 왔고, 그 속도가 실질적으로 일정하다는 것을 발견했습니다. 더우기, 그들은 이러한 붕괴 속도를 열이나, 압력, 그리고 전자기장에 의하여 충분히 변하게 할 수 없었습니다. 따라서 지질학자들은 이러한 방사성 붕괴속도는 지난 몇십억년간 일정했다고 가정했습니다. 그러나, 이것은 이러한 외삽이 정당하다는 확실한 증거 없이, 관찰되지 않은 엄청난 시간을 몇천만배나 외삽하는 것입니다. 그럼에도 불구하고, 지질학자들은 방사성 붕괴는 항상 일정해 왔다고 주장합니다. 왜냐하면 그래야만 이러한 방사성 “시계”가 작동할 수 있기 때문입니다!

그러나 최근 발견된 새로운 증거는 방사성 붕괴속도가 과거에 일정하지 않았어야지만 설명될 수 있다는 것을 보여 줍니다. 예를 들면, 뉴 멕시코의 화강암에 있는 작은 결정체 안의 우라늄의 방사성 붕괴는 우리늄-납 “나이로” 15억년을 가리킵니다. 그러나 이러한 우라늄의 붕괴는 엄청난 양의 헬륨을 생성했어야 하지만, 단지 6,000년에 해당하는 헬륨만이 이 작은 결정체로부터 새 나왔다는 것이 발견되었습니다. 이렇게 헬륨이 새는 것을 측정하는 것이 연대 측정법으로 훨씬 더 정확한데, 그것은 이것이 잘 알려진 물리적 법칙에 기반하고 있기 때문입니다. 따라서 이것은 6000년에 해당하는 헬륨이 새는 동안 우라늄의 붕괴가 매우 빨리 진행되었어야 함을 의미합니다. 우라늄의 붕괴속도는 오늘날 측정할 수 있는 속도보다 적어도 250,000배는 빨랐어야만 합니다. 왜냐하면 15억년의 느린 붕괴에 해당하는 방사성 붕괴의 산물들 (납과 헬륨) 이 사실은 단지 6,000년에 걸쳐 축적되었어야 하기 때문입니다.

따라서, 암석의 연대를 측정하기 위한 방사성 “시계”가 기반해 있는 필수적인 가정들은 증명 불가능합니다. 그 어떤 지질학자들도 이러한 시계를 검사하기 위하여 과거에 존재하지 않았고, 세속적 지질학자들조차, 이러한 시계들이 문제점들로 가득 차 있다는 것을 증명해 왔습니다. 암석들은 그 최초의 근원으로부터 모 동위원소와 자 동위원소를 모두 포함하게 되었을지 모릅니다. 혹은 그것들이 다른 암석들 사이를 지나 현재의 위치로 이동하면서 오염되었을지 모릅니다. 혹은 흐르는 지하수가 동위원소들을 암석으로 섞이게 했을지도 모릅니다. 추가적으로, 방사성 붕괴 속도는 일정하지 않았습니다. 따라서 만약 이러한 시계들이 잘못된 과정에 기반해 있고, 신뢰할 수 없는 결과를 낸다면, 과학자들은 수백만년이라는 주장된 방사성 “연대”를 신뢰하거나, 홍보해서는 안될 것입니다. 그리고 이는, 특별히 기록된 하나님의 말씀에서 묘사하는 우주의 역사와 위배됩니다.

따라서 우리는 암석의 연대를 측정하기 위하여 방사성 동위원소를 사용하는 일반적인 원칙과, 연관된 화학적 분석기법이 표면적으로 견고하게 보임에도 불구하고, 세속적 논문에서도 다루듯이, 이례적이며 서로 상충하는 결과들이 자주 나온다는 것을 보았습니다. 따라서 주장된 수백만년이라는 “나이”는 전혀 신뢰할 수 없습니다.

이것이 우리가 방사성 “시계’ 자체를 폐기해야 한다는 것을 의미할까요? 놀랍게도 그것들은 쓸모가 있습니다! 암석의 연대를 측정하기 위하여 방사성 동위원소를 사용하는 일반적인 원칙은 견고합니다; 단지 몇몇 틀린 가정들로 인해 과장된 나이가 나오게 된 것입니다. 그 시계들이 암석이 형성된 절대적인 연대를 제시할 수는 없지만, 그것들은 우리로 하여금 두개의 암석 시료를 비교하여 어떤 것이 먼저 형성되었는지를 알 수 있게 해 줄 수 있습니다. 또한 그것들은 우리로 하여금 지구의 다른 지역에서 나온 암석 시료를 비교하여, 어떤 암석들이 같은 시각에 형성되었는지를 알 수 있게 해 줄수도 있습니다. 더우기, 만일 물리학자들이 같은 암석이 다른 나이를 제시하는지를 검사한다면, 그들은 과거의 방사성 입자들의 비 일반적인 행태에 관한 새로운 단서를 찾아낼 수 있을지도 모릅니다.

다른 나이를 나타내는 같은 암석

일반적으로 지질학자들은 하나의 암석 시료의 연대를 추정하기 위하여 위에서 언급한 네가지 주요 방사성 시계를 모두 사용하지는 않습니다. 그렇게 하는 것은 시간과 돈을 불필요하게 낭비하는 것이라고 여겨집니다. 결국, 만약 이러한 시계들이 정말로 작동하는 것이 맞다면, 그들 모두는 하나의 주어진 암석 시료에 대하여 같은 연대를 나타낼 것입니다. 그러나 때때로, 같은 암석 시료의 다른 샘플을 다른 모 동위원소를 사용해서 연대를 측정했을 때, 다른 연대를 나타내고, 이것은 뭔가 잘못되었다는 것을 암시합니다.

최근의 연구는 같은 암석의 같은 샘플을, 네가지의 일반적인 방사성 시계를 사용하여 분석했습니다. 이러한 암석들 중에는 그랜드 캐년의 암석층의 아주 밑에서 채취한 것들도 있었고, 그 이유는 이들 샘플들이 잘 알려진 특징을 가지고 있었기 때문입니다.

  1. 카르데나 현무암 (동부 그랜드 캐년의 깊숙한 층의 현무암 층).
  2. 베이스 래피즈 휘록암 토대 (현무암 마그마가 암석층들 사이에 눌러지고 냉각된).
  3. 브라마 각석암 (현무암 용암 캐년 깊숙한 곳에서 눌려서 변성된).
  4. 엘베스 협곡 화강섬록암 (그랜 캐년에서 가장 오래되었다고 여겨지는 화강암).

도표 1. 은 산출된 연대들입니다. 그림 4. 는 4개의 모든 방사성 시계를 사용하여 얻어진, 소위 이러한 암석의 나이의 추정치들을 보여줍니다.

즉각적으로 각 암석들의 나이가 서로 일치하지 않는다는 것이 명백해집니다. 예를 들면, 사실 카르데나 현무암에서, 루비디움-스트론티움 나이는, 칼륨-아르곤 나이의 두배가 넘고, 사마리움-니오디미움 나이는 칼륨-아르곤 나이의 세배나 됩니다.

그럼에도 불구하고, 산출된 나이들은 세개의 명백한 양식을 따릅니다. 두개의 방식 (칼륨-아르곤, 루비디움-스트론티움)은 항상 다른 두개의 방식(우라늄-납, 사마리움-니오디미움)보다 젊은 연대를 나타냅니다. 더우기, 칼륨-아르곤 연대는, 언제나 루비디움-스트론티움 나이보다 젊은 연대를 제시합니다. 그리고, 자주 사마리움-니오디미움 연대는 우라늄-납 연대보다 젊습니다.

그렇다면 이러한 패턴이 의미하는 것은 무엇입니까? 각각의 암석안에 존재하는 모든 방사성 시계들은 암석이 형성되었던, 같은 시각에 시작되었을 것입니다. 그렇다면 각각의 시계들이 다른 연대를 산출한다는 것을 어떻게 설명할 수 있겠습니까? 그 대답은 쉽지만 깊습니다. 각각의 방사성 원소들은 과거에 각기 다르고 더 빠른 속도로 붕괴했음이 확실합니다! 카르데나 현무암의 경우, 칼륨-아르곤 시계는 5억 1천 6백만년간 작동해 온 반면, 루비디움-스트론튬 시계는 11억 1천 1백만년, 그리고 사마리움-니오디뮴 시계는 15억 8천 8백만년간 작동해 왔다는 것입니다. 따라서, 이러한 시계들이 과거에 다른 속도로 작동해 왔다면, 그것들이 불확실할 뿐 아니라, 이러한 암석들 또한 몇백만년이나 되지 않았을 수 있습니다.

그러나 과거에 방사성 붕괴속도가 어떻게 달랐습니까? 우리는 그것을 온전히 이해하지 못하고 있습니다. 그러나, 산출된 연대는 단서를 제공합니다. 칼륨과 루비듐은 베타 붕괴라고 알려진 과정을 통해 붕괴하는 반면, 우라늄과 니오디뮴은 알파 붕괴를 통해 붕괴합니다 (그림4). 베타 붕괴는 항상 더 젊은 연대를 나타냅니다. 우리는 베타붕괴 내에서도 또다른 패턴을 봅니다. 오늘날 칼륨은 루미듐보다 더 빨리 붕괴하며, 항상 더 젊은 연대를 나타냅니다. 이러한 양상 모두는 이러한 모 원소의 핵 안에서, 그것들의 붕괴를 가속시키는 어떠한 일이 일어났음을 제안합니다. 모 원자가 안정적이냐 그렇지 않으냐에 따라서 붕괴 속도는 변했습니다. 그리고 이에 대한 연구는 계속되고 있습니다.

상대적 연대

그랜드 캐년의 벽을 구성하는 암석층과, 콜로라도 강을 따르는 안쪽 협곡 깊은 곳의 암석을 묘사하는 지질학적 도해인, 그림 3을 다시 보십시오. 이 도해는 방사성 연대 측정법은 위쪽의 층이 아래쪽의 층보다 젊다는 것을 정확하게 확증한다는 것을 보입니다. 그것은 논리적입니다. 왜냐하면, 위쪽의 침전물은 아래쪽의 침전물이 퇴적된 이후에 퇴적되었을 것이기 때문입니다. 따라서 이 도해를 읽는 것은 암석의 층들이 다른 층들과 비교해서 언제 생성되었는지에 대한 정보를 제공해 줍니다.

방사성 시계에 기반하여, 우리는 협곡 아래 깊은 곳의 4개의 암석층이, 캐년 벽의 수평적 퇴적층들보다 상대적으로 더 오래되었다고 결론내릴 수 있습니다. 전통적으로 그랜드 캐년의 이러한 수평적 층들의 가장 아래 층은 캄브리아기 초기 혹은 중기에 생성되었으며, 따라서 약 5억 1천만에서 5억 2천만년 되었다고 여겨져 왔습니다. 이 층 아래의 암석들은 선캄브리아기에 생성되었으며, 따라서 5억 4천 2백만년보다 오래 되었다고 여겨져 왔습니다. 따라서 표1.의 모든 암석은 선캄브리아기의 암석이라는 것입니다. 그리고 카르데나 화강암의 칼륨-아르곤 연대를 제외하면, 모든 방사성 시계들은 이러한 네 암석들이 캄브리아기 이전에 생성되었고, 따라서 선캄브리아기의 암석이라는 것을 가리킵니다. (그러나 이러한 선캄브리아기의 암석들과 그 위에 존재하는 수평적인 퇴적암층 사이의 시간 간극은 최대 1650년 – 창조와 홍수사이 – 이지 몇백만년이 아닙니다.)

비슷하게, 상대적으로, 브라마 각석암과 엘베스 협곡 화강섬록암은 카르데나 화강암과 베이스 래미즈 휘록암 토대보다 더(몇시간에서 며칠) 오래되었습니다(그림 3.). 다시금, 방사성 시계는 아래쪽의 두 암석들이 위쪽의 두 암석들보다 오래되었음을 올바르게 보여줍니다.

그렇다면 어째서 우리는 방사성 시계들이 논리적인 패턴을 따르는 상대적 연대를  보여주는 것을  기대할 수 있을까요? (실재로, 젋은 퇴적층들은 비슷한 일반적인 패턴을 따릅니다- 그림 5.) 그 대답은 다시금 간단하지만 깊습니다! 창조 주간에 형성된 그랜드 캐년 바닥의 암석 내부의 방사성 시계들은, 대홍수 동안 형성된 더 높은 곳의 젊은 퇴적암 층의 방사성 시계들에 비하여 더 오랫동안 작동해 왔습니다.

따라서, 몇백만년이라는 방사성 연대를 그대로 받아들이는 것은 잘못이긴 하지만, 그 시계들은 그래도 원칙상, 지구의 역사동안 암석이 생성된 상대적 순서를 정하는 데 있어서, 우리들에게 유용하게 사용될 수 있습니다. 각각의 시계들은 과거에 현재와는 다르게 빠르게 작동했으며, 따라서 전통적인 오래된 연대는 분명히 정확하지도, 절대적이지도 않습니다. 그러나, 지구의 역사 초기에 형성된 암석의 방사성 시계들이 더 오래 작동해 왔기 떄문에, 일반적으로 나중에 형성된 암석 층에 비해서 더 오래된 연대를 제공할 것입니다. 따라서, 광물질 함유량과 다른 암석의 특징들과 함께, 암석의 상대적인 방사성 연대가 다른 지역의 비슷한 암석들과 비교되고 연관되는 데 사용될 수 있을 것이며, 지구의 역사의 목격담인 창세기에 묘사되어 있는 사건들 동안, 어떤 암석들이 동시에 형성되었는지를 알아내는 데에도 사용될 수 있을 것입니다.

 

Posted in 이충현 부회장