지구 나이는 연대측정방법에 따라 달라져

방사성동위원소 측정 ‘지구 나이=46억 년’

방사성탄소 연대측정으로는 5730년 불과

‘오랜 지구연대’ 주장은 심각한 오류 초래

방사성동위원소 연대측정은 수십억~수백억 년에 해당하는 긴 반감기(半減期, 어떤 양이 초기 값의 절반이 되는 데 걸리는 시간)를 가진 ‘방사성동위원소(우라늄, 루비듐 등)’를 이용해 오래된 광물이나 암석의 연대를 측정하는 방법이다. 방사성동위원소는 방사선을 방출하면서 스스로 안정된 원소로 변환하는데, 이 과정을 ‘방사성붕괴’라고 한다. 예를 들어 우라늄은 방사성붕괴를 거쳐 납이 되는데, 우라늄처럼 붕괴하기 전의 원소를 ‘모(母)원소’, 납처럼 붕괴 후의 원소를 ‘자(子)원소’라고 한다. ‘모원소’의 원자 수가 절반이 되는 시간을 ‘반감기’라고 부르며 이 반감기가 일정하기 때문에 물체에 남아 있는 방사성 원소의 수로 물체의 ‘나이’를 측정할 수 있다.

방사성동위원소 연대측정에 따라 ‘지구 나이=46억 년’이라는 주장이 과학적 사실처럼 받아들여지고 있다. 따라서 성경에 근거해 지구 나이를 ‘6000년’이라고 주장하는 것은 마치 ‘천동설’을 주장하는 것처럼 기독교를 현대과학에 무지한 집단으로 매도하는 결과를 낳는다.

긴 반감기를 가진 방사성동위원소 연대측정과 달리 ‘방사성탄소 연대측정’은 5730년이라는 비교적 짧은 반감기를 가진 ‘방사성탄소(14C)’를 이용해 생물화석의 연대를 예측한다. 방사성동위원소 연대측정에 사용되는 ‘모원소’는 지구 밖 별들의 폭발 과정에서 만들어지지만, 방사성탄소는 지구 대기에서 만들어진다. 따라서 방사성탄소 연대측정은 ‘자원소(14N)’의 초깃값이나 현재 값을 모르더라도 모원소인 탄소(14C)의 양만으로 연대측정을 할 수 있고, 모원소인 방사성탄소의 초기 조건을 비교적 쉽게 구할 수 있다는 장점이 있다.

그러나 일반탄소(12C) 대비 방사성탄소(14C)의 비율이 극히 적고, 방사성탄소의 반감기가 상대적으로 짧기 때문에 매우 정밀한 방사선계측기나 질량분석기를 사용하더라도 최대 10만 년 이내의 시료에만 사용할 수 있다.

방사성탄소 연대측정 한계 최대 ‘10만 년’

지구 대기의 약 80%를 차지하는 질소가 우주에서 오는 우주방사선(특히 중성자)과 핵반응을 일으켜 일부가 방사성탄소(14C)로 변한다. 대기 중에서 방사성탄소는 생성과 붕괴 과정을 동시에 수반한다. 이때 대기 중 방사성탄소의 평형농도(C∞)는 다음 식(아래 계산식 참고)으로 계산된다.

여기에서 R은 대기 중에서 방사성탄소의 생성률을, λ는 방사성 붕괴 상수를 나타낸다. 방사성탄소 농도의 시간 변화율은 생성률과 방사성 붕괴율에 따라 결정된다. 방사성탄소의 생성은 현재 농도와 무관하게 매우 느리지만, 붕괴는 현재 농도에 비례하고 반감기가 5730년에 불과하기 때문에 반감기의 5~6배에 해당하는 3만 년 정도의 시간이 지나면 생성과 붕괴가 거의 평형을 이루어 평형농도에 도달한다.

현재 지구 대기 중 일반탄소 대 방사성탄소의 비율은 평형농도로 여겨지는 1조분의 1이다. 이렇게 생성된 방사성탄소는 산소와 결합해 이산화탄소가 되고, 이산화탄소는 식물의 광합성 과정에서 잎에 있는 숨구멍(氣孔)을 통해 식물 내부로 흡수되며, 그 식물을 먹은 동물의 뼛속에도 축적된다. 이때 동식물 내에 존재하는 방사성탄소와 일반탄소의 비율은 대기 중의 비율과 동일하다. 이후 방사성탄소를 흡수한 동식물이 죽으면 이산화탄소의 흡수는 중지되고, 체내에 흡수된 일반탄소는 그대로 남지만 방사성탄소는 방사성붕괴에 의해 시간이 지날수록 그 양이 줄어들게 된다.

죽은 동식물의 화석에서 방사성탄소와 일반탄소의 비율을 측정하면 그 화석생물의 죽은 연대를 계산할 수 있는 원리이다. 즉 화석에 남아 있는 일반탄소 대비 방사성탄소의 비율이 처음 비율(1/1조)의 1/2이면 사망한 지 5730년이 된 것이고, 1/4이면 1만 1460년, 1/8이면 1만 7190년이 되는 것이다.

앞에서 말한 대로 방사성탄소 연대측정법은 최대 10만 년 이내 죽은 생물에만 사용할 수 있다. 10만 년 이상 된 물질이나 생물에서는 방사선계측기 또는 질량분석기에 의해 방사성탄소가 검출되지 않아야 한다. 그런데도 수천만 년 또는 수억 년이 지났다고 간주되는 생물의 화석과 심지어 석탄·다이아몬드에서도 방사성탄소가 검출되고 있다.

이것이 사실이라면 이들 시료들은 최대 10만 년을 넘지 않은 것이므로 ‘진화론적 지질주상도’와 46억 년이라는 ‘오랜 지구연대’에 심각한 오류를 초래할 수 있다. 실제로 6500만 년 전에 멸종했다는 공룡의 뼈에서도 잔류 방사성탄소가 존재한다. 측정된 방사성탄소 연대는 대략 2만 년에서 4만 년 범위에 속하는 것으로 나타나고 있다. <계속> 

/박재원 핵공학 박사

㈜미래와도전 기술이사

한국창조과학회 이사

위 글은 교회신문 <786호> 기사입니다.