『유쾌발랄 화학스토리』 방사성 탄소 연대 측정법 최초 발견자 윌러드 프랭크 리비

『유쾌발랄 화학스토리』

방사성 탄소 연대 측정법 최초 발견자 윌러드 프랭크 리비

안녕하세요. 롯데정밀화학 유쾌발랄소화제의 화통이입니다.

선사유적지나 역사적 유물이 발견되는 현장에서 자주 사용되고 있는 연대측정법이 바로 방사성 탄소연대 측정법인데 수만년에서부터 수억년에 이르기까지 과거의 역사 시간대를 정확히 판가름하는 이런 과학기술이 누구로부터 만들어졌고 원리는 무엇인지 알아보도록 합시다!

이미지 출처 : www.nobel.or.kr

방사선 탄소연대측정법을 개발한 미국의 화학자 윌러드 프랭크 리비(1908~1980),

그는 시간측정기로써 14C를 사용하여 생물학적 기원 물질의 연대 결정방법을 개발하여 1960년 노벨상 수상자로 선택되었습니다.

그의 측정방법은 널리 사용되고 있고 고고학, 지질학, 지구물리학, 그리고 다른 과학 분야에 필수적인 것이 되었습니다 이 방법은 다행히 매우 단순하여 모든 사람이 그 방법의 조건과 원리를 이해할 수 있습니다.

노벨연설내용

과학분야에 얼마만큼 큰 기여를 하였는지는 노벨연설내용을 보면 알 수 있습니다.

방사능 연대 측정법

방사성 탄소 연대 측정법(Radiocarbon dating)은 탄소화합물 중의 탄소의 극히 일부에 포함된 방사성 동위 원소인 14C 의 조성비를 측정하여 그 만들어진 연대를 추정하는 방사능 연대 측정의 한 방법입니다. 흔히 줄여서 그냥 '탄소연대측정'이라고도 부르는데 탄소연대측정이 가장 많이 사용되는 대상은 유기물이 포함되어 있는 고고학 유물의 경우가 대부분입니다. 14C의 반감기는 약 5730년이며 이를 이용하여 6만년까지의 연대를 측정할 수 있다고 합니다.

보정(calibration)을 거치지 않은 순 연대에 대해 흔히 1950년을 기준으로 거꾸로 올라가는 BP(Before Present)라는 단위를 쓰며, 보정을 통해 실제의 날짜와 일치시키고 있습니다. 1950년을 기준으로 삼는 것은 핵실험에 의해 대기중 14C 의 양이 인위적으로 변화한 시점이 1950년이기 때문입니다. 보정에 있어서는 일반적으로 매우 오래동안 살아있는 나무를 이용하기도 합니다. 나무는 나이테 분석을 통해 그 나이를 정확히 알 수 있기 때문인데 이 기술은 시카고 대학교의 윌러드 리비(Willard Frank Libby)와 그의 동료들이 1949년에 발견하였습니다.

방사능 연대 측정법 원리

방사성 탄소 연대 측정법은 말 그대로 방사성 14C 의 붕괴를 이용하여 물질의 연대를 측정하는 방법을 말합니다.

14C 는 대기 속의 질소가 중성자와 핵반응을 일으켜 생성되는 것으로, 식물이 광합성 할 때 대기중의 탄소를 흡수하게 되는데 14C 는 

방사능을 갖고 있으므로 식물의 세포 안에 남아있게 되고, 식물이 죽은 순간부터 14C 가 더 이상 유입되지 않고 붕괴만 하기 때문에 반감기를 이용하여 식물이 죽은 시점을 알아낼 수 있게 됩니다. 

 

지구상의 모든 생물은 14C 을 포함하고 있다고 볼 수 있는데요. 생물이 죽으면 대기와 교류가 단절되므로 14C 의 보급은 끊기고 14C 는 붕괴정수(崩壞定數) λ(1.209×10-4년)만큼 14N로 β붕괴함으로써감소한다고 합니다. 즉 5730년마다 14C 의 양이 반으로 줄어들게 되는 것인데요. 이렇게 생물체에서 14C 의 양을 측정하면 생물체가 사망한 연대를 측정할 수 있게 됩니다. 

이런 리비 교수의 연대 측정방법이 알려지자 과학계에서 곧바로 관심을 가졌고, 오래지 않아 여러 나라에서 14C 실험실을 만들었습니다. 오늘날 약 40개의 연구 기관들이 이 분야 연구를 진행하고 있는데 그 중 절반이 미국에 있다고 합니다. 매년 수천 개의 연대결정 결과가 발표되고 있으며 매우 인상적인 결과들이 쏟아져 나오고 있답니다!

 

노벨상의 후보로 리비 교수를 추천했던 과학자 가운데 한 사람이 다음과 같이 그의 업적을 평했습니다. 

 

화학에서 단 하나의 발견으로 인간이 연구하는 많은 분야에 그렇게 큰 파급효과를 준 적은 거의 없었다. 단 하나의 발견이 그처럼 공공의 이익을 널리 초래한 적은 거의 없었다. 

 

역사학자들 뿐 아니라 인류 고고학 분야에 있어 아직까지 절대적이면서도 유일한 방법으로 인정받고 있는 방사성 탄소연대 측정법! 이 방법으로 연대를 측정하여 인류문명의 기원과 고고학 등에서 새로운 결과를 알게 되었다는 점을 참고하시면서 유물을 보면 더 흥미롭지 않을까요?