상대연령
3-1-2 |
지질 연대 측정 |
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상대연령 |
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상대연령으로 오래된 지층을 알 수 있지만 몇살인지는 모릅니다. |
두 지층에서 두가지 다른 화석이 나왔습니다. 누가 더 오래된 것인지는 뻔합니다. 오래된 밑에
있는 지층에서 나온 화석이 더 늙은 것입니다. 이렇게 비교해 얻어진 나이를 상대 연령이라고
합니다. 누가 더 오래된 것인지는 알지만 정확히 몇 살인지는 모릅니다. 답답한 일이죠.
지구의 나이가 6000년 밖에 안되었다는 것이 옛날 중세 시대부터의 사고방식이었습니다.
이유는 성경을 보면 '누가 누구를 낳고...'하면서 족보가 나오는데 그것으로 미루어 짐작한
것이죠. 아담에서 아브라함까지 2000년, 아브라함에서 예수까지 2000년, 예수부터 지금까지
2000년 이니까 도합 6000년이 지구의 나이라는 것입니다.
그러나 많은 과학자들이 퇴적층의 갯수를 세어보니 적어도 지구의 나이는 700만년 이상이라는
사실이 캐나다의 학자에 의해서 밝혀졌습니다.
또한 어떤 학자는 처음에는 바닷물도 민물과 같았는데 육지에서 나트륨(Na)이 들어오고
바다 속에서 화산이 터지면서 염소(Cl)가 공급되어 염화나트륨(NaCl ; 소금)이 생겼다고 생각하고
현재 바다 속에 있는 소금의 양을 구해 지구의 나이를 계산해 보니 지구는 적어도 생긴 지
1억년 이상되었다는 사실을 알아 내었습니다.
이런 식으로 지구의 나이가 오래되었다는 것을 짐작했지만 정확히 몇 살인지는 몰랐죠.
참 갑 - 갑 - 했죠.
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절대연령으로 지층이 몇 살인지 알 게 되었습니다. |
아 그런데, 화학에서 획기적인 발견이 있었습니다. 지구의 시계를 발견한 것입니다.
땅 속에 묻힌 끝내주게 정확한 시계였습니다. 바로 방사성 동위 원소였습니다.
방사성 원소는 일정한 시간이 지나면 일정한 양씩 다른 원소로 변해갑니다.
이것을 방사성 원소의 자연 붕괴라고 합니다. 바로 이 현상을 이용해 다른 원소로 변한 양을 재면
그 방사성 원소가 생겼을 당시의 나이를 알아 낼 수가 있습니다.
이런 방법으로 지층의 나이가 구해지면 그 속에 묻힌 화석의 나이도 거의 정확이 계산됩니다.
이것이 바로 절대연령입니다.
이 방법으로 밝혀진 지구의 나이는 대략 45억년 정도입니다. 달에서 가져온 월석과 하늘에서
떨어진 운석의 나이도 대략 45억년 이었습니다. 지구, 달, 운석 등 태양계 내의 천체가
45억년전에 동시에 생겼다고 여겨집니다.
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처음 양이 반으로 줄 때까지 걸리는 시간이 반감기입니다. |
방사성 동위원소를 이용한 이 방법을 좀 더 자세히 해봅시다.
어떤 지층에 용암이 뚫고 들어가 식으면서 암석(화성암 ; 주로 화강암)이 생겼다고 합시다.
이 암석 속에 우라늄이 있는데 이 우라늄( U )이 시간이 지나면서 납 ( Pb )으로 변해갑니다.
이 우라늄이 처음 양의 반(50 %)이 납으로 변하는데 걸리는 시간을 특히 반감기(반으로
감소하는데 걸리는 기간)라고 합니다. 실험실에서 정밀한 측정에 의해 대부분의 방사성
원소들의 반감기가 알려져 있습니다.
예를 들어 구체적으로 따져봅시다.
A 지층을 관입한 화강암층에 반감기 2억 짜리 방사성원소가 처음 양의 25 %가 남아
있다고 하면 반감기가 2회( 100 % --> 50 % --> 25 % )진행된 것이므로 시간은
4억 ( 2 억 x 2 회 )이 지난 것입니다. 따라서 이 화강암 층의 나이는 4억년이고,
이 4억짜리 화강암이 뚫고 지나간 A 지층은 4억년보다 나이가 많은 지층입니다.
아래 그림은 우라늄이 납으로 변하는데 걸리는 시간을 단계적으로 표시해 놓은 겁니다.
처음에는 100 %였다가 반감기 한 번 지나면 처음 양의 50 % 가 남고, 또 한번 반감기가
지나면 25% 남습니다. 따라서 현재 남아있는 양이 처음 양의 25 %라는 것은 반감기가
2번 지난 것을 의미합니다.
반감기가 3억년짜리였다면 3억년 2번 지났으니 나이가 6억년인 것입니다.
이 반감기가 아주 짧은 원소를 이용해서 고대의 유물의 나이나, 미이라의 나이등을
알아내고 있습니다. 생물에서는 더 짧은 반감기를 이용해 식물의 반응 시간이나 수명들을
잴 수 있습니다. 아마 생물 시간에 배웠겠지요.
방사성원소라는 시계는 아주 정확하고 어디나 존재하므로 어떤 것의 시간도 정확히
잴 수 있습니다. 자연 속에는 우리가 상상하는 모든 것이 숨어있습니다.
과학자가 꿈인 사람들은 이 숨은 것을 찾아내는데 일생을 거십시요.
퀴리부인(본명은 마리 퀴리)은 1898년 강력한 방사성원소를 발견하고 자신의 조국인
폴란드의 이름을 따서 플로늄(Po ; 원자번호 84 번) 이라고 붙였습니다.
이 퀴리부인은 일생을 방사성원소의 발견에 바쳤으며 결국 방사선 때문에 병을 얻어 죽었습니다.
남편 퀴리 (프랑스인)도 역시 같은 과학자였습니다. 퀴리부부는 퀴리요법(암치료의 한 방법)을
특허를 내면 돈방석에 앉지만 인류의 지적 재산을 이용해 돈 벌고 싶지 않다며 퀴리요법을
공짜로 전세계에 공개해 누구나 자유롭게 사용하게 하였습니다. 정말 숭고한 정신입니다.
우리나라에서도 많은 퀴리부인과 퀴리(퀴리부인의 남편)가 나타났으면 정말 정말 좋겠읍니다.
한 여름 밤의 꿈보다 허무하고 짧은 인생일진대 온갖 욕심 버리고 인류를 위한
그 무엇에 온 목숨을 거는 장인정신으로 치열하게 살다 갑시다.
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처음에는 100 %, 갈수록 줄어갑니다. |
반감기 곡선은 아래와 같습니다.
모원소(방사성원소)는 자꾸 줄어가고 자원소(생성된 원소)는 자꾸 생겨납니다.
모원소가 처음 양의 반(1/2 , 50%)으로 감소될 때까지 걸리는 시간인 T 가 바로 반감기입니다.
반감기 곡선을 읽는 법을 아래 그래프를 보고 해봅시다.
위 그래프를 보고 다음 각 경우의 눈금을 읽어보면
1. 모원소가 처음량의 60%가 남아 있으면 ---> 0.5 정도 되므로 5000천 만년
2. 모원소가 처음량의 40%가 남아 있으면 ---> 0.8 이므로 8000천 만년
3. 자원소가 60%가 있으면 ---> 모원소는 40 %가 있다는 뜻이므로 역시 8000만년
특히, 주의해야 할 경우는 자원소 값을 알려줄 때입니다.
자원소를 알려줄 때는 모원소로 환산하여 그래프를 보아야 합니다.
자원소와 모원소의 합은 항상 100 %이므로 자원소가 40 % 라는 것은 모원소는 60 %라는 의미입니다.
위 그래프를 보고 혼자 잘 따져 보세요.....