[G리포트] 과학자들은 어떻게 지구의 나이를 45억년이라 측정할 수 있었을까? 쉽게 알아보는 지구의 연대측정법

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안녕하세요. 지식창고입니다. 

 

지구상에 있는 모든 생물들은 나이를 먹습니다. 비록 인간처럼 출생신고를 통해 정확한 나이는 알 수는 없지만, 생물이 갖는 여러가지 특징을 통해 나이를 짐작할 수는 있습니다. 예를 들어, 나무는 매년 생기는 나이테를 통해 알 수 있으며, 사슴은 뿔에 난 가지를 통해, 거북이는 등껍질에 있는 무늬로, 조개는 껍데기 주름으로, 물고기는 비늘로 나이를 알 수 있습니다. 이러한 특징이 없는 포유류 또한, 조건이나 환경에 따라 차이는 있겠지만, 치아의 마모정도로 나이를 가늠할 수 있습니다. 이뿐만 아니라, 눈부신 과학의 발전으로 무생물의 나이도 알 수 있어, 우리는 유물이나 유적이 언제 만들어졌는지도 알 수 있는 수준까지 왔습니다. 하지만, 이러한 눈부신 과학의 발전에도 불구하고 우리는 여전히 현재 우리가 살고 있는 지구의 나이가 정확하게 몇 살인지에 대해 알지 못합니다. 물론, 현재 우리가 학교에서 배웠던, 그리고 과학적으로 밝혀진 지구의 나이는 45억년입니다. 그러나, 이마저도 장담할 수가 없는 한계점이 분명히 있습니다. 그래서, 오늘은 지구의 나이가 몇살인지에 대한 이야기를 하려고 합니다.  

 

우리가 살고 있는 이 지구가 언제 만들어졌는지에 대한 궁금증은 문명이 존재하던 시절부터 있어 왔습니다. 고대 인도는 90억년마다 지구가 재창조된다고 믿었으며, 고대 그리스에서는 일정한 주기마다 지구가 창조된다는 재창조론과 지구는 시작도 없고 끝도 없다는 무한론이 끝없는 논쟁을 이어 갔습니다. 하지만 고대인들의 이러한 논쟁은 추상적인 개념에서 비롯되었기에, 보편적인 진리로 받아들여지지 않았으며, 지구의 탄생에 관한 논쟁은 중세인 17세기에 이르러 종교적 개념이 더해지면서 성서에 나오는 몇 가지 사건들과 주요 인물들의 가계도·나이 등을 계산하여 기원전 4004년에 천지창조가 있었다는 젊은 지구론이 득세하게 됩니다. 하지만, 이는 종교적인 이론에서 비롯되었기에 과학자들은 그들 나름대로의 근거로 지구의 나이에 관한 추정을 이어갔습니다.

 

이러한 과학자들의 노력은 19세기에 이르러 처음으로 지구의 나이를 계산하는 과학적 근거를 가진 열띤 논쟁이 벌어지기 시작합니다. 이 논쟁은 지구가 현재의 온도까지 식는 속도와 시간을 계산하여 지구의 나이를 추정하는 캘빈파와 진화에 필요한 시기를 역추산하여 지구의 나이를 추정하는 다윈파사이에서 벌어졌지만, 과학자들은 진화라는 추상적인 개념보다는 절대온도를 이용하여 산술적인 근거를 제시한 캘빈파의 주장을 주로 받아드렸습니다. 하지만, 이러한 캘빈파의 주장은 19세기 말 프랑스의 물리학자 퀴리부인에 의해 방사능 물질이 발견되면서 새로운 국면을 맞이하게 됩니다. 물질을 이루는 가장 작은 단위인 원자가 불안정한 상태가 되어 붕괴되면 입자와 전자파를 방출하게 됩니다. 이러한 성질을 방사능이라고 부르며 이런 성질을 갖는 물질을 방사능 물질이라고 부릅니다. 하지만, 이런 방사능 물질이라도 끊임없이 방사능을 일으킬 수 없으며, 어떤 시기가 되면 방사능의 세기는 약해질 수밖에 없습니다. 이런 방사능의 세기가 절반으로 줄어드는 시기를 반감기라고 부르게 됩니다. 따라서, 우리는 어떤 광물에 존재하는 방사능 물질의 질량을 분석하여 그 광물이 언제 만들어졌는지 반감기를 통해 역추산할 수 있는 것입니다.

 

예를 들어, 방사능 물질의 하나인 우라늄-238의 반감기는 44억년입니다. 우라늄은 오랜 세월을 통해 납으로 변화합니다. 따라서, 광물에 남아있는 우라늄과 납의 질량을 계산하면 광물이 최초로 만들어진 시기를 알아낼 수가 있습니다. 우라늄의 질량이 50이고, 납의 질량이 50이라면, 이 광물의 나이는 44억년인 것입니다. 하지만, 여기에는 문제가 있습니다. 우리가 구할 수 있는 광물이라고 해봤자, 지구의 표면에 존재하는 것이기에 그것만으로 지구의 나이를 측정하기에는 무리가 있는 것입니다. 결국, 정확한 지구의 나이를 측정하기 위해서는 맨틀과 지각의 경계면에 있는 광물을 채취해야하는데 현대 과학으로도 그것을 실행하는 것은 어렵습니다. 그래서 과학자들이 찾은 방법은 우주에서 지구로 떨어진 운석에 남아있는 우라늄과 납을 측정하는 것이었습니다. 이때 운석을 통해 조사된 측정연대가 45억년이었고, 이것이 바로 우리가 알고 있는 지구의 나이가 45억년이라는 과학적 이론이 세워진 것입니다.

 

여러분은 이부분에 대해 이상하지 않나요? 왜 지구의 나이를 측정하는데 외계에서 온 운석을 분석해야할까요? 이런 배경에는 혼돈의 우주시기에 수많은 원시행성이 생겨나고, 이러한 행성들은 서로 충돌하여 붕괴가 일어났으며, 이렇게 붕괴된 행성의 일부는 중심으로 모여들어 거대한 행성인 태양을 만들고, 이렇게 만들어진 태양은 주변에 떠돌아다니는 행성을 중력장으로 묶어 지금의 태양계를 형성하게 되었다는 태양계 형성이론이 있습니다. 이런 과학이론에 따라, 태양계에 존재하는 행성은 비록 형성시간의 근소한 차이가 있을지언정 거의 동시에 형성된 것으로 간주합니다. 따라서, 태양계의 형성 당시의 부유물로 여겨지는 운석의 연대를 측정하면, 결국, 지구가 형성된 시기도 알 수 있다는 가정이 가능한 것입니다. 말그대로 가정에서 출발한 이론이라는 것이 중요합니다. 이런 이유로 과학자들은 운석을 통해 지구의 나이를 측정하는 방법을 사용하게 된 것입니다. 하지만, 이 운석을 통한 지구의 연대측정법 또한 측정된 운석이 어디에서 기원했는지에 대한 출처를 알아내야 한다는 점에서 분명히 한계점은 있습니다. 측정된 운석이 지구형성 당시의 운석이 아니라면 당연히 결과도 바뀌겠지요. 그럼에도 불구하고 지금까지 고안된 방법중에서 가장 신뢰할 수 있는 측정방법이기에 우리는 지구가 45억년의 나이를 가지고 있다고 배우는 것입니다. 먼 훗날 더욱 발전된 측정법이 개발되면 여태까지 그래왔듯이 지구의 나이는 다시 바뀔 것으로 보여집니다.   

 

지금까지 지식창고였습니다. 

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