1. 개요
연대측정법(年代測定法, geochronology)은 지리학, 지질학, 고고학 등에서 암석, 광물, 지층, 화석, 유물, 유적 등의 연대를 추정하는 방법을 말한다.보통 시간이 매우 중요한 요소가 되는 학문에서는, 해당 사건이 언제 일어났는지를 아는 것이 무척 중요하다. 역사에서야 기록한 사람이 기록한 날짜를 새기면 되겠지만, 자연을 다루거나 선사 시대를 다루게 되면 직접적으로 기록된 바가 없기 때문에 연구 대상의 나이를 역추적해야한다. 천문학이나 물리학에서도 시간이 중요한 요소가 될 때가 많지만, 보통 연대측정이라고 하면 지구나 행성의 시료로 그 범위가 제한되어 사용되고 있다. 특히 지질학에서 다양한 방법을 개발해왔는데, 이는 지질학에서 연대측정으로 다루는 연대 범위가 가장 넓기 때문이다. 많은 지질학 연구에서 사건의 순서와 시기는 매우 중요한 화두이다.
연대측정에선 상대연령 측정과 절대연령 측정 두 가지로 나뉘며 두 방법 모두 각각의 난점을 가지고 있어 상호보완적이다. 다만 절대연령 측정법의 많은 기술들은 첨단 기술이 요구되는 경우가 많아서 보다 최근에서야 확립되기 시작한 것들이 많다. 예로부터 상대연령에 대한 지식은 많이 쌓여 있었지만 절대연령에 대해서는 확답을 내리기 어려운 때가 많이 있었다.
2. 연대측정 방법
크게 절대연대측정법과 상대연대측정법으로 나뉜다.2.1. 절대연대측정법
절대연대측정법은 해당 시료의 나이를 해당 시료의 성질을 이용하여 계산하는 것이다. 즉, 어떤 암석이나 화석이 정확히 몇 년 전에 형성되었는지 측정하게 된다. 오늘날 절대 연령을 계산하는 방법 중 대부분은 방사성 동위원소를 이용하며, 20세기 이후 등장하였다.[1]방사성 동위원소는 물리적으로 성질이 잘 알려져 있고, 각 동위원소 시스템마다 장점(과 단점)이 달라서 상호보완 및 교차검증이 가능하기 때문에 강력하다. 이 동위원소 연대측정법은 해당 항목을 참고할 것.
방사성 동위원소를 이용하지 않는 경우는 다음과 같은 것들이 있다.
- 열 발광 연대측정법(TL : ThermoLuminescence) : 광물이 열에 의해 발광하면서 누적된 에너지(from 방사선)가 방출되는 현상에 기반한 것으로 특히 토기류에서 유용하다. 토기를 빚어 가마 안에서 구울 때 가마의 열로 인해 내부의 광물[2]이 그동안 방사선에 쬐어 쌓인 에너지를 발광 현상을 통해 털어내므로 일종의 리셋[3]이 되어 버린다. 이후 새로 방사선을 쬐면서 에너지가 누적되므로 채취된 시료에 열을 가해 나타나는 발광의 정도를 측량하면 얼마 전에 구워서 만들었는지 시기를 알 수 있게 된다. 짧게는 70년부터 50만 년 전의 것까지 열에 구워진 적 있는 광물 함유물이라면 모두 측정이 가능하다. 탄소 연대 측정법과 마찬가지로 우주선량 변화에 따라 오차는 존재할 수 있다.
- 광자극 연대측정법(OSL : Optically Stimulated Luminescece) : TL과 마찬가지로 냉광을 이용한 연대측정법이나 그 자극원이 빛에 있다는 점에서 차이가 있다. 자연에 존재하는 방사선들은 광물의 가전도대의 전자를 전도대를 거쳐 격자결함으로 이동시키지만 햇빛에 노출되어 있는 동안에는 바로바로 다시 가 전도대로 전자가 내려가므로 쌓이지 않는다. 하지만 퇴적 등을 통해 햇빛으로부터 차단이 된 순간부터 환경방사선으로 인해 광물에 에너지가 쌓이게 된다. 추후 햇빛을 차단한 상태에서 시료를 채취하여 전처리 과정을 거친 후 축적된 방사선량을 검출해 내면 해당 시료의 연대를 파악할 수 있다.
- 나이테 측정법(Dendrochronology) : 나이테의 개수를 통해 연대를 재는 방법으로, 1년 단위로 기록되는 나이테를 이용하여 정확한 편이지만 나무의 수명이 한정되어 있으므로 방사성 연대측정법보다 시한이 상당히 짧다. 한편 테의 두께 및 간격 등을 분석하여 당대의 공기 농도 등을 측정함으로써 방사성 탄소 연대측정법이 탄소 농도 등의 문제로 교란될 가능성에 대한 보완 용도로 쓰이기도 한다. 하지만 단순히 한 그루의 나이테만 세는 것이 아니라 당시의 기후 등의 영향으로 같은 성향으로 자란 나이테를 연결해서 상당히 긴 시간까지 측정하기도 한다. 물론 기준으로 쓸 수 있는 확실한 자료가 있을때 얘기이긴 하지만 꽤 많은 학자들이 연구하고 있으며 활용도 또한 상당히 높은 편이다. 특히나 5000년 이상 살아남은 강털소나무의 샘플을 이용해 방사성 탄소 연대측정법을 보정했을 정도라고 한다. 비슷한 것으로 가시측정법(Acanthochronology)이 있는데, 선인장이나 다육 등대풀의 가시를 통한 연대측정이다.
- 플루오린 매몰 연대측정법 : 시료가 지하에 매몰된 연대를 계산하는 방법으로, F가 지하수에 들어있고, 이에 의해 매몰된 물질의 F 농도가 교란된다는 성질을 이용하는 것이다.
- 흑요석 노출연대(exposure age) 측정법 : 흑요석이 공기와 접촉하면 시간이 지나면서 물을 머금게 된다는 성질을 이용하는 것으로, 이 방법 자체만으로 연대를 구하는 것보다 다른 알려진 연대를 이용하여 함께 구할 때 절대연령이 산출된다.
- 고지자기 연대측정법 : 지구의 자기 축이 이동하는 것을 근거로 하여, 고지자기의 지질적 흔적을 통해 연대를 추산하는 방법. 과거에 불을 사용하면서 토양에 있던 자성을 가진 광물의 자성이 당시의 자기방향으로 고정되는 것을 응용하여 연대를 측정하는 방식이다. 그냥 측정해서 연대가 나오는 건 아니고 지구의 자기축이 이동한 연표가 과학자들에 의해 작성되어 있어 시료를 거기에 대입해서 연대를 측정하는 방식이다. 대체로 인류와 불은 뗄 수 없는 관계이기에 시료로 쓸만한 유구가 많이 발견된다.
- 자기공명 연대측정법
등이 있다. 사실 이거보다 더 많다.
2.2. 상대연대결정법
지층을 다른 지층과 비교하여 상대적으로 어떤 것이 더 오래되었는지 조사하는 방법이다. 절대연령 측정법은 각 시료의 연대를 계산하게 해주지만, 사실 보다 직관적이고 더 근본적인 것은 상대연령이다. 보통 절대연령과 상대연령이 서로 어긋나게 되면, 어지간하면 상대연령이 더 우위에 있다.[4] 그만큼 이 상대연령은 간단하면서도 강력하다. 치명적인 한계는 서로 누가 먼저인지는 알려주지만, 그것의 절대적인 시기는 모른다는 것. 그래서 결국에는 둘 다 필요하다.대표적인 예로 표준화석(Index fossil)을 이용하는 방법이 있다.
3. 여담
고고학 연구에도 주로 활용된다. 아무래도 대부분의 유물과 유적이 땅에서 나오다보니 지질학에 사용되는 다양한 연대결정법이 유물과 유적의 연대를 결정하는데 사용된다. 고고학의 성립과 발전에 지질학의 여러 이론과 방법들에 근간을 둔 것이 많다.4. 관련 문서
[1] 방사성 동위원소가 19세기가 끝나면서 세상에 알려졌으니...[2] 특히 석영이 애용된다.[3] 전문용어로 bleaching, zeroing[4] 절대연령을 포기하는 경우도 많다.