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연대문제

지구 연대 측정에 있어서 등시선 연대측정법의 한계와 모순에 대한 연구

지구 연대 측정에 있어서 등시선 연대측정법의 한계와 모순에 대한 연구 

(Study on the Limitation and Contradiction of Isochron Dating 

in the Estimation of the Age of Earth)


요약  

방사성동위원소를 이용한 연대측정법은 초기조건, 반감기 조건 및 유/출입 조건이 모두 만족한다는 전제 하에서 사용될 수 있다. 이 중에서 가장 큰 오차를 유발할 수 있는 초기조건 문제를 해결하기 위하여 등장한 방법이 '등시선 연대측정법(Isochron Dating)'이다. 그러나, 등시선 연대측정법은 지구연대를 진화론적 46억 년에 맞추기 위하여, 반감기가 수 백억 년이 넘는 방사성 동위원소 만을 사용하고 있으며, 연대측정에 사용되는 시료도 제한적이다. 또한, 자원소의 초기값이 거의 현재값에 가까웠다는 것을 역설적으로 보여주고 있다. 본 연구에서는 모든 광물시료에서 동위원소 비율이 거의 동일하다는 것을 전제로, 모원소/자원소의 비율이 높은 암석 및 광물에 대한 등시선 연대측정법의 한계점과, U-Pb 등시선 연대측정법을 지구 연대측정에 사용될 경우의 모순점을 밝히고자 한다.

 

1. 서론

방사성동위원소를 이용한 연대측정 결과에 의하면, 지구의 나이는 대략 46억 년이며, 과학적으로 증명되었다고 여겨지고 있다. 그러나 방사성동위원소 연대측정에 의한 연대측정 결과를 신뢰하기 위해서는 초기조건, 반감기 불명의 조건, 닫힌 계 조건의 세 가지 중요한 가정 사항이 전제되어야만 한다. 이러한 전제 조건 가운데 가장 큰 오차를 유발할 수 있는 것은 바로 자원소의 초기조건에 관한 것이며, 이러한 문제를 해결하기 위하여 지르콘 결정을 사용한 U-Pb법, 자원소의 휘발성을 이용한 K-Ar법 등이 개발되었지만, 여전히 지구연대 측정에는 적합하지 않다. 최근에는 이러한 초기값 문제를 완벽하게 해결했다는 등시선 연대측정법이 등장하였고, 운석에 대하여 이 방법을 사용하여, 지구의 나이를 약 46억 년으로 확정적으로 발표하고 있다[1].

그림 1에서 보는 바와 같이, 등시선 연대측정은 붕괴계열에 있는 모원소(P)와 자원소(D) 외에 자원소와 동일한 원소이면서도 방사성붕괴와는 무관하게 존재하는 동위원소(Di)와의 비율을 사용하여 암석 또는 광물의 생성연대를 계산한다. 초기의 용융상태를 가정하여, 화학적 성질이 동일한 자원소(D)와 동위원소(Di)는 어느 암석 또는 광물에서나 동일한 비율로 존재했다고 전제된다. 즉, D/Di의 비율이 일정하다. 시간이 지나면서, 방사성붕괴에 의해 추가적으로 생성된 자원소(D)의 양은 모원소(P)의 초기값에 비례하므로 D/Di의 비율도 증가하게 되고, 시간에 따라 기울기가 일정한 등시선이 만들어진다. 이 때, 등시선이 세로축과 만나는 지점은 D/Di의 초기값이 되며, 기울기는 샘플이 생성된 연대를 나타내게 된다. 그림 2는 Rb-Sr 등시선 연대측정법을 사용하여 쥬비나스 운석의 연대를 측정한 결과이다.


 

등시선 연대측정은 반감기가 488억 년의 Rb-Sr 계열, 반감기 1,000억 년이 넘는 Sm-Nd 계열 등 지구 나이로 추정하는 46억 년 보다 10 배 이상 긴 반감기를 가진 방사성동위원소에만 적용하고 있다. 또한, 모원소-자원소 비율을 측정한 샘플의 수가 매우 제한적이며, 특히 자원소에 비해 모원소의 비율이 높은 시료에 대해서는 동일한 등시선을 갖는 샘플을 구할 수가 없는 문제점을 안고 있다.

 

2. 등시선 연대측정법의 한계 및 모순

2.1 Rb-Sr 등시선 연대측정법의 한계

실제 자연에서 발견되는 동위원소 간의 비율은 어디에서나 거의 일정하며, 87Sr/86Sr의 비율은 0.7 부근이다. 그림 2에서 보는 바와 같이, 쥬비나스 운석의 샘플에서 87Rb/86Sr 및 87Sr/86Sr의 비율을 측정한 샘플은 매우 제한적이며, 87Sr/86Sr의 비율은 대부분 0.7 부근에 자리잡고 있다. 초기 87Rb/86Sr의 비율이 가장 컸던 시료(우측 상단)에 대해서도 87Sr/86Sr의 비율은 0.7을 크게 벗어나지 않으며, 오차 범위 내에 위치한다. 이것은 가로축에 해당하는 87Rb/86Sr의 비율이 매우 낮은 시료만을 선별적으로 사용하였기 때문이다. 실제로 지표상에 존재하는 87Rb과 86Sr의 함량은 대략 17 ppm, 36 ppm으로[2,3] 87Rb/86Sr의 평균 비율은 대략 0.5에 가깝다. 87Rb/86Sr의 초기값을 0.5로 할 경우, 46억 년에 해당하는 등시선에 위치하는 시료를 찾기가 매우 어렵다. 만일, 초기에 Sr(86Sr+87Sr)은 없고 87Rb 만 있는 샘플의 경우, Sr의 동위원소는 방사성붕괴에 의한 87Sr만 존재하게 되므로 그림 2에서 세로축의 87Sr/86Sr의 비율은 무한대가 되어야 하는데, 동위원소의 비율은 매우 적은 오차 범위 내에 일정한 값으로 존재하므로 모순된 결과를 초래하게 된다.

그림 2에서 87Sr/86Sr의 초기값은 약 0.7 인데 비해, 46억 년 동안 방사성붕괴에 의해 추가로 생성된 87Sr/86Sr 비율은 최대 0.006에 불과하여 초기값의 1% 미만임을 알 수 있다. 이것은 등시선 연대측정법이 개발되기 전, 단순연대측정법에 의하여 지구의 나이를 대략 45억 년으로 추정한 것이 얼마나 왜곡된 결과였는지를 역설적으로 입증해 준다.

 

2.2 우라늄-납 등시선 연대측정법의 모순

등시선 연대측정법에 사용할 수 있는 동위원소는 모원소-자원소 붕괴계열에 있는 자원소와 동일한 원소이면서, 자연계에서 방사성붕괴에 의해서는 만들어지지 않는 다른 동위원소가 존재해야 하고, 각각의 동위원소들이 측정할 수 있을 만큼 충분한 양이 샘플에 분포하고 있어야 한다. 우라늄-납 붕괴계열은 연대측정법이 이미 개발되어 있으며, 방사성붕괴와 무관하게 자연계에 존재하는 204Pb가 존재하기 때문에 등시선 연대측정법을 사용하기에 최적의 조건을 갖추고 있다.

그림 3은 238U-206Pb 등시선 연대측정법에 의한 등시선을 보여 준다. 204Pb와 238U의 지표 평균농도가 각각 0.14 ppm, 1.79 ppm인 것을 고려하여 가정된 3개의 샘플은 238U/204Pb의 초기값이 각각 10, 20, 30으로 설정하였다. 206Pb/204Pb의 초기값은 샘플에 관계없이 현재 지표에서의 동위원소간 비율인 17.2[2,3]로 동일했다고 가정하였으며, 오른쪽 그림의 파란색 선으로 나타난다. 238U의 반감기인 44.7억 년에 해당하는 기울기를 가진 등시선은 빨간색으로 표시된 직선으로 나타난다. 206Pb/204Pb의 비율이 각각 21.6, 25.9, 30.2로 기준값으로 부터 25%에서 75% 정도 벗어났음을 말해 준다. 이것은 어느 샘플에서나 동일한 원소의 동위원소 비율이 대략 1% 범위 내에서 일정하다는 것과 모순된다.

 

3. 결론

지금까지 방사성동위원소 연대측정에서 초기조건을 해결하였다고 주장하는 등시선 연대측정법의 한계점과 모순에 대하여 설명하였다. 등시선 연대측정법은 진화론적 지구연대라고 주장되어지는 46억 년에 비해 반감기가 10배 이상으로 긴 방사성붕괴 계열을 이용함으로서, 등시선이 마치 46억 년에 해당하는 것처럼 속여 왔음을 말해 준다. 또한 모원소의 초기값 비율이 아주 적은 샘플만을 사용하여 계산되었음을 알 수 있다. 실제 모원소 광산과 같이 모원소만 있고 자원소가 거의 존재하지 않았던 샘플에 대해서는 등시선을 만족시킬 수가 없다는 것도 설명하였다. 또한, 지구의 연대를 46억 년으로 가정하더라도 방사성붕괴에 의한 자원소의 생성은 초기값에 비해 1% 미만으로 매우 적음을 보여 주었다. 다음으로는, 등시선 연대측정법을 사용하기에 완벽한 조건을 갖추고 있는 U-Pb 붕괴계열을 등시선 연대측정법에 적용할 경우, 진화론적 지구 연대에 해당하는 등시선은 비현실적인 206Pb/204Pb 비율을 나타낸다는 것을 설명하였다.

결론적으로, 등시선 연대측정법은 반감기가 수 백억 년 이상되는 방사성동위원소를 사용하고, 모원소의 초기값 비율이 현저히 낮은 제한적인 샘플을 선택적으로 사용하여, 지구 연대를 장구한 진화론적인 연대에 맞추기 위한한 속임수에 불과하다는 것을 보여준다.

 

4. 참고 문헌

1. J-F. Minster, J-L. Birck & C.J. Allegre, 'Absolute age of formation of chondrites studied by the 87Rb-87Sr method,'  Nature, Vol. 300, December 2, 1982
2. 'Abundance in Earth's Crust,' Archived from the original WebElements.com on 9 March 2007. Retrieved from Wikipedia, 'Abundance of Elements in Earth's Crust' on April 19, 2018
3. 'Half Life of the elements,' http://periodictable.com/Properties/A/HalfLife.htmlRetrived from the website on April 19, 2018.

 

*추천 글 : Key Flaw Found in Radioisotope Isochron Dating (Andrew A. Snelling. AiG, March 27, 2017)
https://answersingenesis.org/geology/radiometric-dating/key-flaw-found-radioisotope-isochron-dating/



출처 - 2018년 한국창조과학회 학술대회 자료집

구분 - 4

옛 주소 - http://www.kacr.or.kr/library/itemview.asp?no=6839

참고 : 2367|2424|2473|2508|2605|483|482|473|422|2251|2961|2882|2876|2843|2719|3273|3702|3735|3775|3781|4074|4190|4271|4435|4487|4693|4838|4869|4992|5053|5073|5243|5240|5367|5377|5425|5452|5457|5531|5541|5672|5697|5718|5828|5842|5977|6079|6141|6144|6180|6208|6356|6370|6405|6444|6480|6499|6505|6512|6534|6579|6649|6650|6720|6735



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