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방사능 연대측정은 믿을 수 있나?"창조연대 논쟁, 젊은 지구론 무엇이 문제인가?"(2)
과학과 신학의 대화 첫 주제로 양승훈 교수의 창조론 대강좌 시리즈 6번째 책 『창조연대 논쟁: 젊은 지구론, 무엇이 문제인가?』를 소개한다. 본 글은 제 3강, “방사능과 창조연대” 중 방사성 연대 측정법, 젊은지구론자들의 이의 제기 부분이다. -편집자 주-

 

방사성 붕괴 이용해 지구 연대 처음 측정한 미국 천문학자 헨리 러셀

[미주뉴스앤조이=신기성 기자] 창조과학의 영향을 받아 젊은 지구론을 신봉하는 교인들과 얘기 하다보면 방사성 연대측정법을 신뢰할 수 없다는 주장을 자주 듣는다. 방사성 연대측정법은 학교 때 배웠을지도 모르지만, 과학에 관심 없는 사람들에게는 생소한 개념일 수도 있다.

학교에 따라 차이는 있겠지만 미국 공립학교는 대체로 8학년 정도에 방사성 붕괴와 연대측정법에 대해서 배운다. 9학년 학생들에게 방사성 붕괴(radioactive decay)와 방사성 연대측정법(radioactive dating method)에 관해 물어보니 자신 있게 안다고 답을 한다. 연대측정법을 신뢰하느냐고 묻자 당연하다고 답한다.

이 글을 읽는 이들도 방사성 연대측정에 관해 잘 알거나 친숙할 수도 있지만 본 연재의 목적은 보다 많은 이들의 이해를 돕기 위해 기본 개념에 관한 양승훈 교수의 설명부터 시작하려고 한다.

방사성 붕괴와 방사성 연대

방사성 물질은 방사선을 낼 수 있는 능력을 가진 물질을 말한다. 동위원소는 원소의 주기율표에서 같은 자리에 있는 원소, 즉 핵 속에 같은 수의 양성자를 가지고 있지만 원자의 질량수가 다른 원소를 가리킨다.

원자 혹은 원자핵의 에너지가 불안정한 상태에서 방사선을 배출하는 핵종을 방사성 핵종 또는 방사성 동위원소라고 부른다. 불안정한 원자핵이 헬륨 원자핵이나 전자, 감마선 등을 방출하면서 에너지를 잃는 과정을 방사성 붕괴(radioactive decay)라고 한다. 외부의 압력, 온도, 화학적 작용 등에 관계없이 원자 핵 스스로 방사선을 내며 안정된 원자핵으로 변해가는 과정을 말한다.

세 종류의 방사능 붕괴(창조연대 논쟁 93쪽)

방사선 붕괴에는 알파 붕괴, 베타 붕괴, 감마 붕괴가 있다. 알파 붕괴는 원자핵이 불안정하여 양성자 2개와 중성자 2개로 된 알파 입자(헬륨 원자핵)가 방출되며, 따라서 알파입자를 낸 원자는 양성자와 중성자가 각각 2개씩 줄어들게 된다. 베타 붕괴에서는 전자가, 감마 붕괴에서는 감마선이 방출되면서 원자의 에너지를 낮춘다.

방사선 붕괴를 통해 에너지를 낮출 뿐만 아니라 원자는 다른 종류의 원자로 변환된다. 변환되기 전의 원자를 모원자(parent element), 변환 후의 원자를 자원자(daughter element)라 부른다. 예를 들면, 탄소-14 원자(모원자)는 방사선을 방출한 뒤, 질소-14 원자(모원자)로 변환된다.

방사성 연대측정법은 암석 중에 포함되어 있는 방사능 물질이 일정한 속도로 붕괴한다는 사실을 이용해서 그 암석의 생성 연대를 측정하는 방법이다. 현재까지 가장 오래된 암석으로 알려진 것은 그린란드에서 채취한 화강편마암이며 약 38억 년 정도 된 것으로 알려졌다. 하지만 지구 나이는 이보다 훨씬 더 오래된 46억년으로 추정되는데 이는 방연석(galena), 운석, 월석 등을 이용한 연구를 통한 결과다.

방사성 연대측정법

방사성 붕괴를 통해 지구의 연대를 처음 측정한 사람은 미국의 천문학자 헨리 러셀(Henry Norris Russell, 1877~1957)이다. 러셀은 우라늄이 납으로 붕괴되는 과정을 통해 지각의 연대를 약 40억 년으로 추산했다.

방사성 연대측정의 원리는 단순하다고 양승훈 교수는 말한다. 방사능을 띤 모원소와 모원소가 붕괴돼서 생성된 자원소의 비율을 측정하고, 반감기를 이용해서 연대를 측정하는 것이다. 물론 반감기는 일정해야 한다는 전제가 붙는다. 모원소와 자원소를 더한 것이 최초의 모원소의 숫자라고 가정하면, 여기에 반감기를 감안해서 최초 모원소만 100% 존재하던 시기를 계산할 수 있다. 기본적인 공식은 간단하기 때문에 몇 가지 기본적인 가정만 타당하다면 오류의 가능성은 매우 적다.

러셀 교수가 처음 시도했을 때보다는 지금 훨씬 더 정교하고 정밀한 측정이 이루어지고 있다. 지난 100여 년 동안 과학자들은 방사성 붕괴를 이용한 연대 측정에 필요한 가정들을 면밀히 조사해 왔고 지금은 지구의 절대 연대를 측정하는 대표적인 방법으로 받아들이고 있다고 한다.

하지만 젊은지구론자들은 여전히 이 방법을 신뢰할 수 없다고 평가하면서 그 가정들에 대해 이의를 제기한다. 그리고 그들의 반론은 크게 다음 세 가지로 요약할 수 있다.

(1) 방사성 원소의 반감기는 일정한가? 만일 시간이 경과함에 따라, 주어진 환경이나 자극에 의해 붕괴속도, 즉 반감기가 변한다면, 현재의 붕괴속도에 근거한 방사성 연대측정은 정확하다고 할 수 없을 것이다.

(2) 용융상태의 마그마가 굳기 시작했을 때 모원소만 있었는가? 처음 붕괴가 시작될 때는 모원소만 있었고 자원소는 없었다고 가정해야 한다. 다시 말해 시료 속에 들어있는 자원소는 모두 모원소가 붕괴해서 생긴 것이며, 방사성 붕괴와 무관하게 처음부터 존재한 것이 아님을 가정해야 한다.

(3) 외부로부터 모원소나 자원소의 유출이나 유입은 없었는가? 한번 자원소가 만들어지면 아무리 오랜 시간이 지나더라도 이 자원소가 시료로부터 탈출하거나 외부로부터 첨가되지 않는다고 가정해야 한다.

방사성 연대측정을 신뢰하고 오랜 지구론을 받아들이는 사람들은 위의 의문에 어떤 답을 내놓았을까? 양승훈 교수는 7가지의 소주제를 가지고 젊은지구론자들의 이러한 의문제기에 대해 조목조목 설명을 한다. 다음 편은 젊은지구론자들의 문제 제기에 대한 양승훈 교수의 반론을 정리할 계획이다.

신기성  shin@newsnjoy.us

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