Page 3 - 수영만72_9C8
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Unit 1 Radiometric Dating
그러나 다행히 원자는 나이를 먹지 않는다. 조금 전에 만들어진 원자나 100억 년에 만들어진 원자나 모두
똑같은 붕괴 확률을 갖는다. 따라서 원자의 반이 붕괴되는 데 걸리는 시간인 반감기는 항상 일정하다. 더
구나 방사성 원소의 반감기는 원자핵 속의 양성자와 중성자의 비율에 의해 결정되기 때문에 원자의 화학적
상태나 물리적 조건에 따라 달라지지 않는다. 따라서 방사성 동위원소는 과거에 있었던 지질학적 사건이나
기후 변화의 영향을 받지 않고 시간의 흐름을 알려주는 완전한 시계인 셈이다.
탄소14를 이용한 탄소연대측정법
유적이나 유물의 연대를 측정하는 데는 방사성 탄소를 이용한다. 방사성 탄소를 이용하여 1947년에 고고
학적인 연대를 처음으로 측정한 사람은 윌리아드리비(Willard Frank Libby, 1908~1980)였다. 리비는 탄
소의 동위원소인 탄소14를 고고학 연대 측정에 사용한 공로로 1961년 노벨 화학상을 받았다.
우리 주위에 가장 흔한 원소 중 하나인 탄소는 질량이 14인 방사성 동위원소가 있다. 우주에서 날아오는
우주선 속에는 섞여 있던 중성자가 질소 원자핵과 충돌하면 방사성 동위원소인 탄소14가 만들어진다. 탄
소14는 불안정한 원자핵이므로 붕괴하여 보통의 질소 원자핵으로 바뀐다. 탄소14가 보통의 질소로 붕괴하
는 반감기는 약 5,730년이다. 우주선에 의해 만들어지는 탄소14의 수와 붕괴하는 탄소14의 수가 평형을
이루면 공기 중에는 일정한 양의 방사성 탄소가 항상 존재하게 된다. 실험 관측에 따르면, 지구의 대기 중
에는 약 1012개의 보통의 탄소 원자마다 약 1개의 비율로 방사성 탄소 원자가 포함되어 있다.
식물은 대기로부터 이산화탄소를 흡수하여 광합성 작용으로 유기화합물을 만들어낸다. 따라서 금방 만들어
진 유기화합물 속에는 공기 속에서와 같은 비율의 방사성 탄소가 포함되어 있다. 그러나 생물체 내의 방사
성 탄소의 양은 시간이 갈수록 줄어들기만 한다. 따라서 나무와 뼈, 옷가지 등 탄소를 포함하는 시료만 구
할 수 있으면 이 시료 속에 포함 되어 있는 방사성 탄소의 양을 측정해서 이 시료가 만들어진 때로부터 얼
마나 많은 시간이 흘렀는지 알 수 있다.
리비는 5년간의 집중적인 연구를 통해 방사성 탄소를 이용해 유기화합물의 연대를 측정하는 방법을 알아냈
다. 리비는 자신이 발견한 방법을 이용하여 결정한 연대 측정의 정확성을 확인하기 위해 연대가 잘 알려진
이집트 유물들의 연대를 측정하여 비교했고, 나이테를 이용하여 정확한 연대를 알 수 있는 미국산 삼나무
의 연대를 측정하여 비교하기도 했다. 이러한 일련의 실험과 관측을 통해 리비는 탄소14의 연대 측정법의
신뢰성을 입증하는 데 성공했다.
우라늄-납 연대측정법
그러나 반감기가 5,730년인 탄소14로는 수천 년 전의 유물의 연대를 측정할 수 있을 뿐이다. 지질학적
연대는 유적이나 유물의 연대와는 비교할 수 없을 정도로 길기 때문에 반감기가 매우 긴 방사성 원소를 이
용해야 한다. 우라늄의 방사성 동위원소를 이용하여 지구의 나이를 처음으로 측정한 사람은 어니스트러더
퍼드(Ernest Rutherford, 1871~1937)였다. 러더퍼드는 1929년에 우라늄에는 반감기가 약 7억 년인 우
라늄235와 반감기가 약 45억 년인 우라늄238이 있다는 것을 밝혀내고 이를 이용해 지구의 나이를 계산
했다.
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그러나 다행히 원자는 나이를 먹지 않는다. 조금 전에 만들어진 원자나 100억 년에 만들어진 원자나 모두
똑같은 붕괴 확률을 갖는다. 따라서 원자의 반이 붕괴되는 데 걸리는 시간인 반감기는 항상 일정하다. 더
구나 방사성 원소의 반감기는 원자핵 속의 양성자와 중성자의 비율에 의해 결정되기 때문에 원자의 화학적
상태나 물리적 조건에 따라 달라지지 않는다. 따라서 방사성 동위원소는 과거에 있었던 지질학적 사건이나
기후 변화의 영향을 받지 않고 시간의 흐름을 알려주는 완전한 시계인 셈이다.
탄소14를 이용한 탄소연대측정법
유적이나 유물의 연대를 측정하는 데는 방사성 탄소를 이용한다. 방사성 탄소를 이용하여 1947년에 고고
학적인 연대를 처음으로 측정한 사람은 윌리아드리비(Willard Frank Libby, 1908~1980)였다. 리비는 탄
소의 동위원소인 탄소14를 고고학 연대 측정에 사용한 공로로 1961년 노벨 화학상을 받았다.
우리 주위에 가장 흔한 원소 중 하나인 탄소는 질량이 14인 방사성 동위원소가 있다. 우주에서 날아오는
우주선 속에는 섞여 있던 중성자가 질소 원자핵과 충돌하면 방사성 동위원소인 탄소14가 만들어진다. 탄
소14는 불안정한 원자핵이므로 붕괴하여 보통의 질소 원자핵으로 바뀐다. 탄소14가 보통의 질소로 붕괴하
는 반감기는 약 5,730년이다. 우주선에 의해 만들어지는 탄소14의 수와 붕괴하는 탄소14의 수가 평형을
이루면 공기 중에는 일정한 양의 방사성 탄소가 항상 존재하게 된다. 실험 관측에 따르면, 지구의 대기 중
에는 약 1012개의 보통의 탄소 원자마다 약 1개의 비율로 방사성 탄소 원자가 포함되어 있다.
식물은 대기로부터 이산화탄소를 흡수하여 광합성 작용으로 유기화합물을 만들어낸다. 따라서 금방 만들어
진 유기화합물 속에는 공기 속에서와 같은 비율의 방사성 탄소가 포함되어 있다. 그러나 생물체 내의 방사
성 탄소의 양은 시간이 갈수록 줄어들기만 한다. 따라서 나무와 뼈, 옷가지 등 탄소를 포함하는 시료만 구
할 수 있으면 이 시료 속에 포함 되어 있는 방사성 탄소의 양을 측정해서 이 시료가 만들어진 때로부터 얼
마나 많은 시간이 흘렀는지 알 수 있다.
리비는 5년간의 집중적인 연구를 통해 방사성 탄소를 이용해 유기화합물의 연대를 측정하는 방법을 알아냈
다. 리비는 자신이 발견한 방법을 이용하여 결정한 연대 측정의 정확성을 확인하기 위해 연대가 잘 알려진
이집트 유물들의 연대를 측정하여 비교했고, 나이테를 이용하여 정확한 연대를 알 수 있는 미국산 삼나무
의 연대를 측정하여 비교하기도 했다. 이러한 일련의 실험과 관측을 통해 리비는 탄소14의 연대 측정법의
신뢰성을 입증하는 데 성공했다.
우라늄-납 연대측정법
그러나 반감기가 5,730년인 탄소14로는 수천 년 전의 유물의 연대를 측정할 수 있을 뿐이다. 지질학적
연대는 유적이나 유물의 연대와는 비교할 수 없을 정도로 길기 때문에 반감기가 매우 긴 방사성 원소를 이
용해야 한다. 우라늄의 방사성 동위원소를 이용하여 지구의 나이를 처음으로 측정한 사람은 어니스트러더
퍼드(Ernest Rutherford, 1871~1937)였다. 러더퍼드는 1929년에 우라늄에는 반감기가 약 7억 년인 우
라늄235와 반감기가 약 45억 년인 우라늄238이 있다는 것을 밝혀내고 이를 이용해 지구의 나이를 계산
했다.
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