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연대문제

번개가 방사성탄소(C-14)를 만들 수 있었다.

번개가 방사성탄소(C-14)를 만들 수 있었다.

(Lightning Can Produce Carbon-14)


      놀랍게도, 일본의 연구자들은 번개(lightning bolts)가 핵분열을 유발할 정도로 강력하여, 방사성탄소(carbon-14)를 포함하여 새로운 동위원소들을 만들 수 있음을 발견했다.

수십 년 동안, 방사성탄소 C-14은 대기에 부딪히는 고에너지 우주선이 질소 원자를 때릴 때에만 생성된다고 들어왔다. C-14은 최대 10만 년까지 유기물 잔해의 연대를 측정하는 주요한 연대측정 방법 중 하나로 사용되고 있다. 교토 대학(Kyoto University)의 연구자들은 번개가 감마선과 양전자(gamma rays and positrons)를 발생시키고 있는 것을 관측했다는 것이다. 이것은 핵분열(nuclear fission)이 일어났음을 가리킨다. 생성물 중 하나는 C-14이라고 그들은 믿고 있었다. Nature(2017. 11. 23) 지에 게재된 논문에서 저자들은 말한다 :

지구상에 탄소 동위원소(carbon isotopes)의 자연적 기원은 단지 두 가지만 알려져 있다 : 지질시대로부터 안정적인 원초의 13C (이것은 항성 핵합성(stellar nucleosynthesis)에서 기원한 것으로), 그리고  준 안정적인 14C (이것은 우주선과의 대기 중 상호작용을 통해 생성된) 이다. 번개에 의해 시발되는 대기 중의 핵반응은 지구상에서 자연적으로 탄소, 질소, 산소의 동위원소(13C, 14C, 13N, 15N, 15O)들을 생성하는, 이전에 알려지지 않았던 경로를 제공하고 있었다. 단수명의 동위원소인 13N과 15O는 지상에서 관측되는 양전자를 통해서, 번개 연구를 위한 새로운 방법론을 제공해준다. 보다 안정적인 13C, 14C, 15N 동위원소들은 지구에서 자연적 동위원소들을 구성하는 데에 기여하고 있었다. 하지만 단지 작은 부분일 뿐이다.

지구에서의 번개 폭풍 (NASA)

그러나 그들은 작은 부분이 얼마나 되는지를 잘 알지 못한다. 데이비드 카스텔베치(David Castelvecchi)는 Nature(2017. 11. 22) 지의 동반 기사에서,

일반적으로 대기 중 C-14의 주요 공급원은 우주선(cosmic rays)으로 간주되어왔었다. 이제 번개도 또한 공급원이 될 수 있다는 것이다. 그러나 이러한 방법으로 동위원소들이 얼마나 많이 생성되었는지는 아직 불명확하다. 왜냐하면 모든 번개가 광핵반응(photonuclear reactions)을 일으킬 가능성은 높지 않기 때문이다. (교토 대학의 물리학자인) 에노토(Enoto)는 말한다.

랭커스터 대학(Lancaster University)의 짐 와일드(Jim Wild)는 The Conversation(2017. 11. 23) 지에서 연대측정에 있어서 C-14의 중요성을 설명하고 있었다 :  :

자연에서 14C는 믿을 수 없을 정도로 희귀해서, 1조 개의 탄소 원자들 중 하나의 비율로 존재한다. 그러나 그것의 무게와 방사성 성질을 제외하면, 14C은 흔히 존재하는 탄소 동위원소들과 기본적으로 동일하다. 14C은 산소와 결합하여 이산화탄소를 형성하고, 식물이 이산화탄소(CO2)를 흡수할 때, 먹이사슬내로 들어간다.

생물체 내에서 12C와 14C의 비율은 유기체가 죽어서, 탄소 섭취를 멈추게 되면, 변하기 시작한다. 14C은 생물체 내에서 붕괴를 시작한다. 14C의 반감기는 5,730년이기 때문에, 붕괴는 느린 과정이다. 그러나 아직 남아있는 12C에 대한 14C의 비율을 측정하면 유기물 표본의 연대를 측정할 수 있다.

와일드는 진화론을 믿고 있었지만, 번개에 관한 이 발견의 중요성을 설명하고 있었다 :

이 결과는 지구 대기에서 이전에 알려지지 않았던 동위원소의 출처를 보여주었기 때문에 중요하다. 여기에서는 C-13, C-14, N-15를 다루고 있었지만, 향후 연구에서는 수소, 헬륨, 베릴륨의 동위원소들과 같은 다른 동위원소들도 밝힐 수 있을 것이다.

또한 이 연구 결과는 천문학자들과 행성과학자들에게도 의미가 있다. 우리 태양계 내의 다른 행성들은 대기의 조성에 기여할 수도 있는, 대기 중의 번개폭풍을 갖고 있다. 이러한 행성들 중 하나가 목성(Jupiter)이다. 주피터는 고대 로마신화에서 천둥(thunder)의 신이라 불린다.

New Scientist(2017. 11. 22) 지는 그 발견에 대한 건전한 경고를 하고 있었다 :

벼락과 번개는 단지 두려운 것 이상이다. 그것들은 방사선을 생성한다. 최초로, 번개가 방사능과 심지어 반물질(antimatter) 구름을 일으킨다는 확실한 증거가 있다. 그러나 이것이 땅에 있는 사람들의 건강에 어떤 영향을 미치는지는 불명확하다.

기사에서는 이 발견이 방사성탄소 연대측정(radiocarbon dating) 결과에 어떤 영향을 미쳤을지는 다루지 않고 있었다. 방사성탄소 연대측정의 보정(calibration)은 이미 알려진 대기 중 C-14 대 C-12의 비율에 의존하기 때문에, 연대측정의 결과가 크게 달라질 가능성은 낮다. 그러나 번개와 같이 흔한 것이 커다란 변화를 줄 수 있다는 사실이 물리학의 역사에서 늦은 시기에 발견되었다는 것은 중요하다.

다른 소식으로, 핵물리학에 대한 믿음이 오늘날 또 다시 바뀌었다. 펜실베이니아 주립대학(Penn State)의 과학자들은 남극에서 아이스큐브 검출기(IceCube detector)를 사용하여, 고에너지 중성미자(high-energy neutrinos)가 지구에 의해 그들의 궤도에서 멈출 수도 있다고 결정했다. 이전까지 이 미끄러운 입자들은 그것을 느낄 수도 없이, 지구를 바로 통과할 수 있다고 생각했었다. Live Science(2017. 11. 22) 지는 아이스큐브 검출기는 얼음 아래 1마일 깊이에 위치됐었다고 말한다.



당신도 물리학자가 되어, 어떤 신뢰해왔던 개념을 뒤엎을 수 있다. 실제로 교토 대학은 대중들이 참여할 수 있는 크라우드펀딩(crowdfunding, 인터넷 모금) 프로그램을 개설했다고 Science Daily(2017. 11. 22) 지가 말했다. 선임저자인 에노토는 새로운 발견이 우리 모두에게 미치는 영향에 대해 이렇게 논평했다. ”우리는 반물질(antimatter)이 공상과학에만 존재한다는 생각을 갖고 있었다. 폭풍우가 몰아치는 날 우리 머리 위를 지나가고 있을 줄 누가 알았겠는가?”



번역 - 미디어위원회

링크 - https://crev.info/2017/11/lightning-can-produce-carbon-14/

출처 -

구분 - 4

옛 주소 - http://www.kacr.or.kr/library/itemview.asp?no=6735

참고 : 6655|5791|4675|2882|4693|4273|2843|2367|2424|2473|2508|2605|483|482|473|422|2251|2961|2876|2719|3273|3702|3735|3775|3781|4074|4190|4271|4435|4487|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



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