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KOREA  ASSOCIATION FOR CREATION RESEARCH

연대문제

방사성 동위원소와 지구의 나이

방사성 동위원소와 지구의 나이 

(Radioisotopes and the Age of the Earth)


서론

1998년 5월 20~21일 방사성동위원소와 지구의 나이(radioisotopes and the age of the earth, RATE)에 관한 두 번째 회의가 캘리포니아주 샌디에이고에서 열렸다. 지질학, 지구물리학, 천체물리학, 물리학을 전공한 6명의 훈련된 과학자들이 지난해에 완료된 연구를 보고하기 위해 만났다. 그들은 또한 장래의 활동 계획에 대해서도 논의했다. ICR(The Institute for Creation Research), AIG(Answers in Genesis), CRS(The Creation Research Society) 등의 기구들은 젊은 지구 관점에서 방사성동위원소 데이터들을 공유하고 개발하기 위한 회의를 연합해서 후원해 오고 있다. 몇몇 연구자들이 시도한 초기 연구는 창조, 타락, 홍수 동안 방사성동위원소의 붕괴율이 가속화되는 모델을 탐구하는 것이었다. 몇몇 데이터들은 상당량의 방사성 붕괴가 지구와 우주의 역사 기간 동안 발생했다는 것을 나타내고 있다. 전통적인 오래된 지구연령 모델은 이러한 붕괴가 단기간에 어떤 사건에 의해서 집중적으로 발생했다기 보다는, 수십억년 동안 일정한 율로 발생했다고 가정하고 있다. 붕괴율을 연구하는 몇몇 연구자들은 원소의 지구화학적 분포(geochemical distribution of elements)와 같이 붕괴율의 가속화를 필요로 하지 않는 다른 설명들이 답이 될 수도 있다는 것을 믿고 있다.


지질학적 연구

ICR의 스티븐 오스틴(Steven Austin) 박사는 회의에서 ”그랜드 캐년에 적용된 이소크론 연대측정 방법에 대한 지속적 연구(Continuing Research on Isochron Dating Methods Applied to Grand Canyon Rocks)” 라는 제목의 논문을 발표했다. 그는 그랜드 캐년의 신생대 홍적세(Pleistocene)와 선캄브리아기(Precambrian) 지층에서 채취한 40여 개의 암석 샘플에 대해, 자주 사용되는 ”이소크론 연대측정법(isochron ages)” 법을 사용해 여러 방사성핵종(radionuclides)의 율을 측정했다. 이 샘플들은 Pb-Pb, Sm-Nd, Rb-Sr, K-Ar 방법을 사용하여 분석되었다. 관심은 모암과 함유광물로부터 자원소인 납(Pb, lead), 네오디미움(Nd, neodymium), 스트론티움(Sr, strontium), 아르곤(Ar, argon)의 생성 정도에 초점이 맞추어졌다. 여러 직선 그래프들이 다른 연대측정 방법으로부터 'isochrons' 으로서 해석되었다. 그러나 같은 암석에서도 광물의 함유 정도로 측정한 연대들이 일치하지 않는 결과를 보였다. 비록 불일치하는 이소크론 연대가 정상적인 패턴이라 할지라도, 그 불일치 정도는 예측되는 형태와는 매우 다른 것처럼 보였다. 알파 자원소들은 베타 자원소보다 확실히 오래된 연대를 나타내고 있었다. 앞으로 더욱 많은 측정과 분석들이(특별히 mineral isochrons과 같이) 실험결과에 영향을 준 원인들을 해석하는데 도움을 줄 수 있을 것이다. AIG의 앤드류 스넬링(Andrew Snelling) 박사는 ”동위원소의 오랜 연대 문제점의 해결(Solving the Long-Age Isotope Dating Problem)” 이란 제목의 논문에서 연대측정방법의 지질학적 중요성에 대해 계속 논의하였다.


지질학과 지구화학

그는 뉴질랜드의 Ngauruhoe 산에서 최근(50년도 안됨) 분출된 용암에 대해 K-Ar 분석을 실시한 결과 350만년 이상이 나왔다는 결과를 보고하였다. 이렇게 얼마 전에 분출한 용암이 오래된 연대로 나온 것은 샘플 암석에 이미 처음부터 존재하고 있는 과도한 아르곤(Ar) 때문이었다. 암석이 형성될 초기부터 존재하는 아르곤과 후에 핵붕괴에 의해 만들어진 (자원소) 아르곤을 구별하는 것은 불가능하다. 스넬링 박사는 아르곤이 맨틀 내부에 존재하였다가 지구의 지각으로 여러 시공간적 스케일을 통해 침투할 수 있다는 것을 증명했다. 덧붙여 Sm-Nd, Rb-Sr, U-Th-Pb 등의 방사성동위원소 반감기를 이용한 연대측정 방법들은 지구 맨틀 내부의 초기의 출발 상태에서는 자원소가 없었다는 가정에 의존한다. 지구표면 암석에 대해 측정된 방사성동위원소 비율이 몇몇 예에서 지구 연대와 일치하지 않는 것을 설명하기 위하여, 지구화학자들은 맨틀 내부의 구성물질들에 대한 여러 가정들을 한 모델들을 사용하고 있다. 스넬링 박사는 초기암석부터 존재한 자원소들이 동위원소들의 붕괴율을 과장되게 만든 이유라고 설명하고 있다.


지구물리학과 천체물리학 연구

로스 알라모(Los Alamos) 국립 실험실의 지구물리학자인 존 바움가드너(John Baumgardner) 박사는 ”지구의 방사성 원소의 분포와 핵붕괴의 역사에 대한 상관적 암시(The Distribution of Radioactive Elements in the Earth and Implications Relative to the History of Nuclear Decay)”라는 제목의 논문을 제출했다. 그는 방사성 원소들의 농도와 열생성과의 관계, 그리고 지질학적으로 다른 물질들의 지표면에서의 상대적인 분포에 대한 데이터를 발표했다. 그 데이터들은 대부분의 방사성 암석들은 지구표면에 특별히 대륙지각에 강하게 집중되었음을 나타내었다. 바움가드너 박사는 지구바깥으로의 열의 분출과 표면 암석의 방사성 양과 강하게 일치하는(local level 에서) 이상한 사실을 강조했다. 이것은 표면의 열흐름이 표면 암석 근처의 방사능 열생산에 의해 좌우되는 것을 의미하는 것이다.

 

그러나 매우 높은 방사능을 보이는 화강암이라 해도 현재의 붕괴율로 수천년 동안 일어났다면 방사능 열생산양은 표면 열흐름의 관측된 패턴을 보이기 위해서는 불충분한 것으로 보인다. 이것은 바로 직전 과거에 비율이 매우 높았었다는 것을 암시한다. 다른 한편으로 화강암에서의 방사능 열생산의 양은 너무 커서 짧은 기간 안에 극도로 많은 붕괴를 허용하지 않았던 것처럼 보인다 (즉 현재율로는 수억년이 걸렸다는 것으로 보일 수 있다).

 

CRSQ(the Creation Research Society Quarterly)의 편집장이고 인디애나에 있는 Grace College의 교수인 도날드 드영(Donald DeYoung) 박사는 ”방사성동위원소 연대측정의 리뷰(Radiometric Dating Review)”라는 논문에서 samarium-neodymium, rhenium-osmium, uranium-lead, thorium-lead, rubidium-strontium, potassium-argon, argon-argon 등의 보편적인 암석연대측정 방법들이 사용하는 7가지 가정들과 방법들에 대해 논의하였다. 그는 이들 연대측정방법들 모두가 3가지의 매우 중요한 가정들에 의해 성립한다고 강조했다.


전통적인 연대측정 방법의 모든 경우에서, 핵붕괴율과 반감기는 항상 일정하며, 암석 샘플의 동위원소의 구성은 전 시대에 걸쳐 작게 부서짐(fractionation)에 의해서도 변화되지 않으며, 암석 샘플은 전 시대를 걸쳐 폐쇄계(closed systems)를 유지하여 암석으로부터 모원소나 자원소의 이동이 전혀 없었다는 것을 가정하고 있다. 드영 박사는 암석에서 전형적으로 발견되는 모든 자원소들을 설명하기 위해 필요한, 빠르게 가속화되는 붕괴율의 크기를 연구했다.


물리학 연구

CRSQ의 편집장이고 버지니아의 불루필드 대학의 교수인 유진 채핀(Eugene Chaffin) 박사는 ”중성자 공명의 변화와 오클로 자연 반응로에서 사마리움의 효과적으로 포착된 단면에 관한 연구(A Study of the Variation in the Neutron Resonance and Effective Capture Cross Section of Samarium for the Oklo Natural Reactor.)”와 3 편의 물리학 프리젠테이션을 발표했다. 오클로 자연 반응로는 아프리카의 사암층에 축적되어있는, 그리고 지구 역사 동안에 분명히 활성화되었던 우라늄의 핵분열성 퇴적물이다. 잔존 자원소들을 조사하면서, 채핀 박사는 자연 반응은 젊은 지구와 일치하며, 수십억 년의 연대와 일치하지 않음을 보여주려고 시도했다.  


만약 붕괴율의 가속화가 발생했었다면, 관심은 오클로 자연 반응로의 광석이 측정가능한 양으로 존재해서는 안 된다는 것이었다. 이번 발표에서, 채핀 박사는 반응로에서 과정을 늦추는 ‘독(poisons)’으로 작용하는 사마리움(samarium) 동위원소들의 계산된 단면의 처리에 의문을 제기했다. 그는 핵 단면적의 계산에 있어서 여러 변수들이 붕괴율이 가속화된 상황 하에서 크기의 순서에 의해서 변화될 수 있었음을 제안했다.


뉴멕시코 앨버커쿠의 샌디아 국립 실험실의 물리학자인 러셀 험프리(Russell Humphreys) 박사는 '화강암을 통한 헬륨의 확산(Helium Diffusion through Granite)” 이라는 제목의 논문을 발표했다. 험프리 박사는 만약 지구의 나이가 수십억년 이라면 헬륨의 농도는 화강암 안의 어떤 광물들에서 너무 높다는, 그의 가설을 지지하는 실험 데이터와 이론 데이터를 함께 제공했다. 화강암을 통한 헬륨의 확산율에 의하면 대부분의 헬륨들은 이미 대기로 누출되어 나갔어야만 한다는 것이었다. 그러나 가속화된 붕괴율이 단지 수천년 전에 발생한 사건이었다면, 측정된 헬륨의 농도는 계산된 확산율과 일치하는 것이다. 헬륨은 화강암의 흑운모 박편(biotite flakes)에 묻혀있는 지르콘(zircon) 결정 안의 우라늄과 토륨의 방사성 붕괴에 의해서 만들어진다. 


유사한 가스인 아르곤의 확산율은 흑운모에서 측정되었지만, 헬륨의 확산 결과는 어떠한 문헌에서도 보고되지 않았었다. 두 연대 모델 사이에서 확산율의 예측은 크기에 있어서 5등급이 다르다. 험프리 박사는 RATE 프로젝트에서 우선적으로 실시되어야할 실험으로, 흑운모를 통한 헬륨의 확산율에 대한 잘 디자인된 실험실 실험을 제안했다.


풀러톤 캘리포니아 주립 대학의 물리학 교수인 케이트 반즈(Keith Wanser) 박사는 RATE 그룹에 ”터널링에 기인한 양자역학 시스템의 비지수함수적 붕괴(Non-Exponential Decay of Quantum Mechanical Systems Due to Tunneling)” 라는 제목의 논문을 제출하기위해 초대 받았다. 반즈 박사는 RATE 프로젝트의 조정 위원회에 참여하지는 않지만, 그가 수고한 연구의 중요성 때문에 프리젠테이션의 첫째 날 참가를 위해 초청되었다. RATE 그룹은 때때로 적절한 연구와 기회가 만들어지면 정기 프리젠테이션에 다른 연구자들을 포함시킬 계획이다. 반즈 박사의 프리젠테이션은 비지수함수적으로 시간에 따른 핵붕괴율을 만드는, 시간에 따른 터널링의 엄격한 양자 이론을 다루었다.   


이러한 계산을 하는데 있어서 어려움은 극도로 넓은 범위의 시간 척도에 걸쳐 (적어도 크기의 37 등급에 걸쳐) 붕괴 확률을 계산해낼 수 있는 분석방법을 발견하는 것이다. 그는 한번의 적분 평가로 붕괴 확률의 시간 의존성을 감소시키는 그린 함수(Green's function)에 대한 분석 해결책을 발견해왔다. 알파 붕괴의 문제점에 대해, 그는 먼저 가장 오랜 반감기를 가지며 (2.1×1015 년), 방사되는 알파 입자 중에서 가장 낮은 알파입자 에너지를 가지는(1.83 MeV) 네오디미움(neodymium)을 조사하기로 계획하고 있다. 그것은 단기간에 가장 큰 비지수함수적 붕괴효과를 나타낼 것으로 기대되고 있다.    


다른 논의

둘째 날, RATE 그룹은 추가 연구와 2000년 Status Report 발간을 위한 계획을 토의하기 위해서 만났다. 12 개 정도의 이론적, 실험적 연구 프로젝트들의 수행이 검토되었다. RATE 그룹은 내년 동안에 연구 계획서를 쓸 것이다. 그래서 개인들과 단체들이 연구자금을 모을 것이다. 추가 연구자들은 그들 분야의 전문가들 중에서 선발되어 RATE의 과학자 중 하나와 같이 직접 연구하게 될 것이다. 관심이 있는 과학자는 ICR의 바디만(Vardiman) 박사에게 신청서를 제출하여야 한다. 참가에 관한 신청서에는 이력서, 발표 연구 목록, 연구 계획서, 도움이 필요한 항목들을 포함해야 한다. 바디만 박사는 이 서류들을 적당한 과학자에게 보낼 것이다.

 

Status Report와 연구 계획은 2000년 여름에 ICR, AIG, CRS가 연합하여 출판할 것이다. 이 보고서가 나온 후에, RATE 그룹은 5년 동안 이 연구 프로젝트 연구를 수행할 것이며, 2005년에 그 진행 상태를 보고할 것이다.


기도 요청

우리는 이러한 노력에 당신의 참여를 부탁한다. 당신이 할 수 있는 가장 중요한 공헌은 기도를 통해서이다. 우리는 이러한 연구 수행이 기념비적인 일이라고 확신한다. 우리가 이 일을 잘 수행할 수 있는 지혜를 가지기 위해서 당신의 기도를 필요로 한다. 처음으로 가진 두 번의 회의를 가짐으로서, 다윗과 골리앗의 싸움에 비교되는 헌신적인 미팅을 시작하게 되었다. 예전에 다윗이 사자와 곰을 만났을 때 하나님의 인도하심을 신뢰했었기 때문에, 골리앗으로부터도 하나님이 지켜주실 것으로 믿었다. 우리도 그러한 확신을 가질 수 있도록 기도를 부탁드린다.


* Dr. Vardiman is Executive Vice President of ICR and Chairs the Astrogeophysics Department of the ICR Graduate School. 

  

*한국창조과학회 자료실/연대문제/젊은 우주와 지구

    http://www.kacr.or.kr/library/listview.asp?category=L04

*한국창조과학회 자료실/연대문제/C-14 시계

    http://www.kacr.or.kr/library/listview.asp?category=L01

*한국창조과학회 자료실/연대문제/동위원소시계에 있는 많은 자료들을 참조하세요

    http://www.kacr.or.kr/library/listview.asp?category=L02


번역 - 미디어위원회

링크 - http://www.icr.org/pubs/imp/imp-301.htm

출처 - ICR, Impact No. 301, 1998

구분 - 3

옛 주소 - http://www.kacr.or.kr/library/itemview.asp?no=1556

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