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KOREA  ASSOCIATION FOR CREATION RESEARCH

연대문제

방사성 동위원소 연대측정의 기초 가정들 : 이 방법은 지구의 나이가 45억 년임을 확증하고 있는가?

미디어위원회
2019-11-21

방사성 동위원소 연대측정의 기초 가정들

: 이 방법은 지구의 나이가 45억 년임을 확증하고 있는가? 

(Radiometric Dating: Doesn’t it Show that the Earth is 4.5 Billion Years Old? Part 2.

Do you understand how radiometric dating works?)

by Genesis Apologetics


     방사성 동위원소의 붕괴 속도를 나타내는 것은 반감기( half-life)라 불려지는 것이다. 이는 방사성 물질의 50%가 붕괴되는 데 필요한 시간이다. 모원소(parent elements)라는 불안정한 방사성 동위원소는 자원소(daughter elements)라고 불리는 안정적인 원소로 전환된다. 각 방사성 동위원소들은 고유한 반감기를 갖고 있다. 


안정적인 원소로 변화하는 방사성 동위원소들과 반감기


방사성 동위원소들의 반감기 :

      탄소-14(Carbon-14) → 질소-14(Nitrogen-14) : 5,730 년

      칼륨-40(Potassium-40) → 아르곤-40(Argon-40) : 13억 년

      우라늄-238(Uranium-238) → 납-206(Lead-206) : 45억 년

      루비듐-87(Rubidium-87) → 스트론튬-87(Strontium-87) : 486억 년

(*참고 : 탄소-14는 광물이나 암석의 연대측정에 사용될 수 없고, 나무, 뼈, 조개와 같은 탄소를 함유한 유물의 연대측정에 사용된다.)


지질학자들은 결정질 암석의 방사성 동위원소 연대를 측정하기 위해서, 암석 내의 방사성 동위원소의 모원소와 자원소의 비율을 측정한다. 그들은 암석 내의 특정한 결정화 된 광물로부터 동위원소를 분리할 수 있다. 그런 다음 모델을 사용하여, 측정된 비율을 연대 추정치로 변환한다. 이 모델은 원래 형성됐던 최초 암석 내에서 모원소 대 자원소의 비율과 같은 핵심 사항을 가정해야 한다. 누가 이것을 알 수 있을까? 우리는 알 수 없다. 연대측정을 하기 위해서는 초기 조건을 가정해야만 하는 것이다. 진화론자들은 결정질 암석이 용융물로부터 냉각되었을 때, 자원소는 하나도 없었다고 가정한다. 그들은 이런 식으로 그들의 시계를 0에서부터 시작할 수 있는 것이다. 그리고 다른 연대측정 값이 얻어지거나, 진화론적 추정 연대와 모순되는 동위원소 비율을 발견하면, 종종 초기부터 자원소가 있었다거나, 오염됐다고 치부해 버린다. 그래서 그들은 자신들이 원하는 연대측정 값을 얻게 된다.

용융된 마그마 또는 용암으로부터 형성된 화성암(결정질) 암석은 방사성 동위원소 연대측정을 하기 위해 분석되는 주요 암석 유형이다. 예를 들어, 화성암이 고형화 될 때, 그 안의 한 특정 광물에 1,000개의 방사성 칼륨(40K) 원자와, 0개의 아르곤(40Ar) 원자가 들어있다고 가정해보자.

13억 년의 반감기가 지난 후에, 50%가 붕괴되었기 때문에, 암석에는 500개의 40K와 500개의 40Ar 원자가 있게 될 것이다. 즉 500 : 500, 또는 500-모원소 : 500-자원소 비율로서 1 : 1 비율로 있게 되는 것이다. 시료에 이 비율이 들어 있으면, 암석은 13억 년 전의 것이라고 선언된다. 비율이 1 : 1보다 크면, 반감기는 1회도 지나지 않았음으로 암석의 나이는 이보다 더 젊은 연대가 된다. 그러나 비율이 1 : 1 미만이면, 암석은 해당 시스템의 반감기보다 오래된 것으로 간주된다.

 그림 1. 방사성 동위원소 칼륨-40에서 아르곤-40으로의 붕괴. "by(billion years)"는 "십억 년"을 의미하고, K는 칼륨(potassium)이고, Ar은 아르곤(argon)이다. 이 시스템의 3번 반감기가 지난 후인 39억 년 후에는, 그 기간 동안 동일한 붕괴율을 가정할 때, 원래 1000개의 방사성 칼륨-40 원자들 중 125 개만이 남아 있게 된다. (시간이 지남에 따라 모원소/자원소의 예상되는 변화를 보여주는 그림.(photo credit: Genesis Apologetics).


암석의 연대측정을 하려면, 최소한 4가지의 기본 가정들이 필요하다.


가정 # 1 : 실험실의 측정값은 사람의 실수나 잘못된 판단이 없는 정확한 것이다.

이 비율을 얻기 위한 모원소와 안정적인 자원소에 대한 측정은 정확해야만 하며, 일반적으로 그렇다. 실험실 근무자들의 대부분은 장구한 시간을 믿고 있다. 이것은 예상되는 연대가 대략 설정되어 있음을 의미한다. 그들 모두는 측정 실험을 하기 전에, 수억 수천만 년의 장구한 지질학적 연대 틀을 기억하고 있으며, 따라서 방사성 동위원소 붕괴 이외의 다른 과정이 측정된 동위원소 비율을 만들었을 수도 있었다는 생각을 하지 않는다.


가정 # 2 : 초기 암석에서 자원소는 0인 상태에서 시작했다.

실험자들은 모든 방사성 동위원소 모원소들은 광물이 용융되어 결정화됐을 때부터 붕괴를 시작했다고 가정한다. 그리고 처음에는 안정적인 자원소가 전혀 존재하지 않았다고 가정한다. 암석이 처음에 100% 방사성 모원소와 0% 자원소로 시작했다는 것을 어떻게 알 수 있는가? 암석이 형성됐을 때, 안정적인 자원소가 처음부터 존재하고 있었다면 어떻게 되는 것일까?

결국 이들 전문가들은 종종 예상치 못한 방사성 동위원소 연대측정 결과가 나왔을 때, 암석이 형성됐을 때 자원소가 존재했음에 틀림없다는 변명을 사용하면서, 그 결과를 설명한다. 초기 조건에 대한 지식이 없다면, 방사성 동위원소 시계는 아무런 의미가 없는 것이다.


가정 # 3 : 암석은 붕괴 기간 동안 “닫힌계”를 유지했다. (즉, 모원소나 자원소의 유출입이 없었다).

닫힌계(closed system)는 암석의 역사 전체 동안에 모원소 또는 자원소가 추가되거나 제거되지 않았다는 가정이다. 당신은 원자를 본 적이 있는가? 물론 보지 못했을 것이다. 그것은 너무 작다. 그러나 우리는 원자 수준에서 이것에 대해 생각해보아야 한다. 아르곤과 헬륨과 같은 붕괴 부산물은 모두 가스이다. 가스는 다른 원자에 부착되는 경향이 없어서, 화학반응을 거의 하지 않는다. 암석 결정 내의 원자들과 반응하는 대신에, 암석계 내에 축적되고, 암석의 안팎으로 이동할 수 있다.

한 동위원소 전문가는 대부분의 광물들은 닫힌계에서 형성되지 않는다고 말한다. 닫힌계는 방사성 칼륨이 생성하는 모든 아르곤을 보유해야 한다. 그는 방사성 동위원소 연대측정이 참이 되려면, 광물은 하나의 닫힌계로 있어야만 한다고 강조했다.[iii] 암석에 대해 말할 때, 닫힌계와 같은 것이 있는가?


가정 # 4 : 붕괴율은 항상 일정했다.

또 하나의 가정은 붕괴율이 암석의 역사 동안 항상 동일했다고 가정하는 것이다. 실험실 실험에 따르면, 온도, 압력, 화학적 환경의 변화는 붕괴율에 거의 영향을 미치지 않음을 보여주었다. 이러한 실험을 통해 연구자들은 이러한 가정은 합리적인 것이라고 생각하고 있지만, 사실이 아닐 수도 있다. 다음의 인용문은 이 가정에 대한 그들의 믿음을 보여주고 있다.

방사성 동위원소의 변환은 지질학적 과거 동안 지구상에 존재했던 모든 조건 하에서 현재 속도로 진행되어왔음에 틀림없다. [iv]

그러나 몇몇 과학자들은 지르콘 결정(zircon crystals)은 아래에서 논의된 바와 같이, 과거에 높은 수준의 방사성 붕괴를 견뎌냈다는 증거를 발견했다. 이 증거는 가정 # 4에 도전하는 것이다.

방사성 동위원소 연대측정이 얼마나 많은 가정들에 기초하고 있는 지를 설명해보겠다. 자 여기 테이블 위에서 촛불이 타고 있는 것을 발견했다고 하자. 그 초는 얼마 동안 타고 있었던 것일까? 촛불의 타는 속도와 원래 초의 길이를 알고 있다면, 그 답을 계산할 수 있다. 그러나 원래 초의 길이를 알 수 없거나, 타는 속도가 일정하지 않았다면, 양초가 얼마나 오래 탔는지 확인할 수가 없다. 마찬가지로 암석의 방사성 동위원소 연대측정에서도 비슷한 문제가 발생한다. 암석의 초기 농도나 물리적 상태를 알 수 없으므로, 실험자는 가정을 해야만 하는 것이다.[v]


최근 분출한 용암이 오래된 "연대"를 나타낸다.


과학 논문들 중에는 알려진 암석의 나이보다 훨씬 오래된 연대측정 결과를 보여주는 논문들이 있다. 이러한 연대측정 결과들은 1960년대와 1970년대에 처음 나타났지만, 과학계의 대부분은 여전히 관심을 기울이지 않고 있다. 최근 하와이 킬라우에아 화산에서 분출된 용암에서 아르곤 및 헬륨 동위원소가 측정되었다. 연구원들은 새로 형성된 암석에 대해 최대 2200만 년의 연대측정 결과를 보고했다![vi] 이러한 모순되는 연대측정 결과는 흔하다. 아래는 그러한 6가지 사례가 있다.

용암, 암석 유형, 위치 (형성된 또는 알려진 연대) : 측정된 40K-40Ar 연대. 

      하와이 킬라우에아 이키(Kilauea Iki) 현무암 (AD 1959) : K-Ar 연대, 850만 년 

      이탈리아 스트롬볼리 산(Mt. Stromboli) 화산탄 (AD 1963) : K-Ar 연대, 240만 년  

      시실리 에트나산(Mt. Etna) 현무암 (AD 1964) : K-Ar 연대, 70만 년  

      캘리포니아 글래스산 메디슨호수 고원의 흑요석 (500년 이내) : K-Ar 연대, 1260만 년  

      하와이 후알라라이(Hualalai) 현무암 (AD 1800~1801) : K-Ar 연대, 2280만 년 

      워싱톤주 세인트 헬렌산(Mt. St. Helens) 용암돔 (AD 1986) : K-Ar 연대, 35만 년


이들 최근에 형성된 화산암 중 가장 오래된 것은 불과 500년도 되지 않았다. 그럼에도 불구하고 40K-40Ar 동위원소 연대측정 결과는 35만 년에서 2280만 년의 연대를 나타냈다.

칼륨-아르곤(40K-40Ar) 시계는 대부분의 화석이 들어있는 현생대(Phanerozoic) 암석에서 가장 광범위하게 사용되고 있는 방사성 동위원소 연대측정법이다. 위에 제시된 암석에 대한 잘못된 연대들은 화성암이 형성될 때(초기 상태), 방사성 아르곤(40Ar)이 없었을 것이라는 가정이 틀렸음을 보여준다. 최근에 분출한 용암류에서 40Ar이 너무도 많았다. 따라서 이 연대측정 방법은 최근 암석에 대해 너무도 오래된 연대를 산출한다.

이들 암석의 아르곤 양은 알려진 나이보다 훨씬 오래된 동위원소 “연대”를 나타낸다. 그들이 측정한 아르곤은 방사성 칼륨의 붕괴로부터가 아닌 다른 출처에서 온 것으로 보인다. 그렇다면 지질학자들은 잘못된 연대측정 방법을 신뢰하고 있는 것이다.

생성 연대가 알려진 암석에 대해 올바른 측정값을 얻을 수 없다면, 왜 생성 연대를 모르는 암석에 대해 얻어진 측정값을 신뢰해야 하는가?

이 잘못된 방사성 동위원소 연대측정 결과는 암석이 형성될 때, 아르곤의 초기 조건이 0% 였다는 가정을 위반하는 것이다. 또한, 40K의 느린 방사성 붕괴는 측정 가능한 양의 40Ar이 암석에 축적 냉각된 후에 시간이 충분하지 않았음을 나타낸다. 따라서 방사성 아르곤(40Ar)은 암석들이 형성될 때, 초기부터 이미 암석에 존재했다.

신뢰할 수 있는 절대 연대를 제공한다고 주장되는 방사성 동위원소 연대측정법은 더 이상 대중에게 선전되어서는 안 된다. 초과 아르곤(excess argon, 초기부터 과도하게 들어있는 아르곤)은 칼륨-아르곤 연대측정법에서 초기 조건 가정을 무효화하는 것이고, 초과 헬륨(excess helium)은 우라늄 연대측정법에 대한 닫힌계 가정을 무효화한다. 동일과정설적 지질학적 시간 틀에 나타나있는 수억 수천만 년의 장구한 연대는 제거되어야한다.



*참조 : 자료실/연대문제/동위원소시계

http://creation.kr/IsotopeClock


출처 : Genesis Apologetics, 2019. 9. 28.

주소 : https://thecreationclub.com/do-you-understand-how-radiometric-dating-works/

번역 : 미디어위원회



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