radiocarbon dating shells

조개껍질, 산호, 탄산염의 방사성탄소 연대측정

권장 시료 크기 (소량 크기도 가능 – 문의바람)
5-50 밀리그램 (AMS 연대측정법), 50-100 그램 (RadiometricPLUS)
권장 용기
지프 백 (작거나 운송 중 부서질 수 있는 시료들은 알루미늄 포일로 포장)
시료를 보내주실 때 봉투 대신 작은 박스에 담아 보내야 운송 중 시료들이 부스러지는 것을 방지할 수 있습니다.
시료 채취 장소의 Delta+R / Delta–R (localized reservoir correction) 을 알려주시면 연대측정 결과에 대한 가장 적절한 달력 보정을 제공할 수 있습니다.

참고 사항 – 연대측정 요금에는 다음 사항들이 포함되어 있습니다. 별도의 동위원소 비율 질량 분석기 [isotope ratio mass spectrometer (IRMS)]을 이용한 d13C 과 d18O 측정, 품질 보증 보고서 (quality assurance reports), 필요시 달력 보정, 이전 분석 결과 및 분석 과정을 보실 수 있는 웹 사이트 이용권(24시간 이용 가능).

전처리 과정전처리 과정은 최종 측정 결과에 직접적인 영향을 미치기 때문에 전처리 과정을 이해하는 것이 중요합니다. 사전 처리에 대해 상담을 원하시거나, 사전 처리 후 (그리고 연대 측정 전에) 본 연구소로부터 연락을 받기 원하시면 언제든지 연락 바랍니다.

산호의 전처리 과정 – 실제 AMS 연대측정하는데 필요한 량은 전처리 후 약 3 밀리그램입니다. 하지만 연대측정 전 철저한 청결과 (추가 비용없이 측정 결과 확인에 필요한 다른 분석) 을 위해 약 50 – 100 밀리그램 보내주실 것을 권장합니다. 대부분의 조개 껍질, 산호초, 그 외 다른 탄산염 시료들은 표면과 표면에 붙어있는 다른 탄산염 물질을 제거하기 위해 심하게 긁어서 청소한 다음, 총 무게의 10-30% 이상을 없애기 위해 산 부식을 합니다. 그래야 좋은 원래의 탄산염으로 연대측정 할 수 있습니다.

가루 상태의 탄산염 – 대기중에 있는 이산화탄소에 노출이 되었다면 연대측정 결과에 영향을 미칠 수 있습니다. 보통 탄산염 가루는 공기와 접촉하는 표면적이 넓어지기 때문에 대기중에 있는 이산화탄소를 흡수한다고 알려져 있습니다. 만약 샘플이 상당히 오래되었다면 (>20ky) 대기중에 오랜 기간 노출로 인해 미지의 상태에서 젊게 결과가 나올 가능성도 있습니다.

특정 지역에서 ( 특히 2만년 이상된 것이라고 추정하시는 경우) 구멍을 뚫거나 가루를 내서 탄산염 시료를 추출해야 할 경우에는 불활성 개스 (inert gas, 질소나 이르곤 개스)로 구멍을 내서 야주 작은 병에 담아 즉시 실험실로 보내시길 바랍니다. 그렇게 오래되지 않은 시료의 경우 (2만년 이하), 구태여 불활성 개스로 작업하실 필요는 없습니다만, 탄산염 가루는 반드시 작은 병에 담아서 대기와의 접촉을 피하게 하셔야 합니다. 그리고 오랫동안 보관하고 있으면 안됩니다.

보고 내용 – Conventional Radiocarbon Age, percent modern carbon (pMC), fraction modern (fM), Delta-14C (D14C) 혹은 요청에 의해 Δ14C 들이 보고서에 기재됩니다.

연대측정(radiocarbon dating) 하기 위해 종종 가속기 질량 분석기(AMS) 연구소로 조개 껍질을 보내는데, 연대측정하기 가장 좋은 조개껍질은 연체 동물의 껍질입니다.

조개껍질의 연대 측정은 쉽지 않습니다; 불확실한 결과가 나오게 하는 요소들이 너무 많기 때문입니다. 방사성탄소 연대측정 기술의 선구자인 미국인 물리 화학자 Willard Libby 박사는 조개 껍질이 연대측정하기에 가장 어려운 물질이라는 것을 예견했습니다.

조개껍질은 해양, 강 하구, 강어귀에서 온 것으로 분류할 수 있습니다. 연대측정 연구소의 연구자들은 잠재적인 오염 물질이 무엇이고, 그것들을 어떻게 제거해야 할지 알기 위해서 어디에서 나온 어떤 종류의 조개 껍질인지 알아야 합니다.

조개류는 자연에서 온 탄소로 껍질을 만듭니다. 과학적 연구에 의하면 조개류는 해양 식물이나 육상 식물에서 유기질 탄소를 만들며, 바닷물에 있는 탄산수소염 (Biarbonate), 공기에 있는 이산화탄소, 민물에 있는 탄산수소염에서 무기질 탄소를 만듭니다.

껍질은 유기질 덩어리에 탄산 칼슘 결정체가 퇴적하여 생기는데, 이 유기질 덩어리는 콘키오린 (Conchiolin)이라 불리는 단백질입니다. 이 단백질은 껍질의 아주 작은 일부이다 보니 연대측정 과정에서 필요한 시료들은 무기질 부분입니다.

무기질이지만, 탄산염은 연대 측정이 가능합니다. 왜냐하면 탄산염의 구성 자체가 자연에서 온 탄소 14가 들어있기 때문입니다. 껍질에 있는 탄산염은 일반적으로 미네랄 아라고나이트 (Mineral aragonite) 형태이고, 일부 껍질들은 아라고나이트와 방해석 (Calcite)이 섞여 있는 형태이며, 굴 껍질과 같은 것들은 대부분 방해석 형태입니다.

껍질의 구성물인 탄산염으로 연대 측정을 하게 되면 문제가 있을 수 있습니다. 왜냐하면 이 탄산염은 물에 녹으며, 어쩌면 주변 물질과 동위 원소 교환이나 화학적 교환을 했을지도 모르기 때문입니다. 껍질이 주변 토양에 있는 산과 탄소를 교환하게 되면, 껍질의 탄소 14 비율과 방사성 탄소 연대가 바뀝니다. 이 탄소 교환은 주로 껍질 외부에 영향을 끼칩니다.

반면에 재결정은 껍질의 내부 층에 영향을 줄 수 있습니다. 이 현상은 아라고나이트가 방해석으로 바뀌면서 같이 일어나는데, 이것 역시 탄소 14 비율을 변화시킵니다. 재결정은 껍질이 현대의 방해석과 탄소를 교환할 때 일어납니다.

조개껍질의 방사성탄소 연대측정과 관련된 두 가지 요소 또는 리저버 효과가 있습니다- 해양 영향 ( marine effect)와 경수 영향 (hard water effect)입니다. 이런 영향들로 인해 조개껍질의 연대측정 결과에 대해서는 반드시 연대 상쇄 평가를 해야 합니다.

해양 영향이란 표면과 바닷속 심층에 있는 해수가 천천히 섞이면서 생깁니다. 이산화탄소 진로를 통한 대기권과 생명체 간의 탄소 교환 속도는 대기권과 해양간의 탄소 교환 속도와 서로 다릅니다.

대기권과 표면 해수 사이 이산화탄소의 평형이 비교적 빠르게 일어나지만, 표면 해수는 심층 해수와의 이산화탄소의 교환 속도는 상당히 느립니다. 표면 해수에서 들어오는 이산화 탄소와 심층 해수에서 빠져 나가는 이산화탄소에서 탄소 14 성분은 다른 상태의 방사선탄소 반감기에 있을 수 있습니다. 연구에 따르면 탄소 14가 대기권에 남아있는 기간은 6년에서 10년 사이인 반면에 해양에 남아있는 기간은 수천 년이라고 합니다.

심층 해수의 용승은 또 다른 현상으로, 표면 해수의 방사성 탄소 함량을 희석시킵니다. 적도 지역과 같은 지구 특정 지역에서 심층 해수는 위로 솟구치는 현상이 있는데, 이 현상은 위도에 따라 다르며, 무역풍 때문에 일어납니다. 용승이 일어나는 또 다른 원인으로는 해안선의 형태, 지역 기후와 바람, 해양의 바닥 지형 등 입니다. 심층 해수의 느린 혼합과 용승은 해양 표면 해수가 이미 대기권에 반해 명확한 방사성탄소 연대를 가지고 있다는 것을 의미입니다.

민물 조개껍질은 해양 영향과는 상관없지만 경수 영향– 언제 생긴 것인지 모르는 아주 오래된 탄산 칼슘이 녹아 생긴 칼슘 이온의 존재-에는 민감합니다. 경수 영향의 크기와 칼슘 이온 량의 연관성이 직접적이지 않지만, 칼슘 이온이 있다는 것은 탄산 14 감소와 정확히 일치합니다. 이러한 경수 영향은 실제보다 오래된 연대측정 결과를 보여줍니다. 석회석이나 이화토와 같은 호수나 강가에서 흘러 들어온 물질들에서 오래된 탄산 칼슘 (CaCO3)이 녹기 때문입니다. 결과가 오래된 것으로 나오는지, 어리게 나오는지 알아보기 위해 같은 지역에 있는 살아있는 조개 껍질을 연대 측정해 보기도 합니다. 여러 요인에 의해서 수 십 년에서 수백 년 오차가 생길 수 있습니다.

경수 영향은 강 하구와 같이 탄산염이 많이 함유된 민물 유입 지역에 있는 해양성 조개 껍질에도 영향을 미칩니다. 달팽이 껍질 같이 육상에서 자란 껍질 역시 그 생명체가 탄산염이 풍부한 지역에서 먹고 자랐을 경우에 경수 영향을 받을 수 있습니다.

AMS 연구소 분석가들은 주어진 조개껍질 시료에 영향을 미치는 이런 리저버 효과들에 대해서 잘 알고 있어야 하며, 그래서 연대 편차 상쇄가 필요하다는 것을 잘 알아야 합니다. AMS 연구소는 50, 60년대에 핵 무기 실험 전에 동일 지역에서 수집한 같은 종으로 연대가 알려진 조개 껍질의 연대를 측정하고, 같은 종들에서 방사선탄소 함유량 변화가 없다는 가정하에 해양 영향과 경수 리저버 영향을 가늠해 봅니다.

Delta±R 값은 해양성 탄산염에만 사용합니다.

해양성 탄산염의 나이에 따라, 200년-500년 교정 (즉 전지구적 해양 리저버 교정)을 모든 해양성 탄산염에 자동적으로 적용합니다. 이 지동 교정은 방사성연대 측정결과가 더 최근 것이라는 것을 의미하는데, 이유는 대기에 있는 현재의 이산화탄소가 해수에 섞여 평형을 이루는데 200-500년 걸린다는 사실 때문입니다.

Delta±R 교정은 전지구적 해양 리저버 교정으로 교정을 마친 시료에 추가로 적용합니다. 고객이 제공한 값에서 이미 교정한 연대를 빼거나 더합니다. (Delta+R나 Delta-R에 따라서). 참고사항 – 마이너스로 표시되는 부정 값인 Delta-R은 연대가 오래된 것으로 만듭니다. (전지구 해양의 평균치에서 민물로 희석된다는 전형적인 가정에 따라).

Delta±R 교정을 하지 않은 것과 한 것 간에 1000 +/- 30 BP 연대측정 결과 정도의 차이가 난다는 것을 보여주는 보고서가 여기 있습니다.

방사성탄소 연대측정 시료의 선택 전 탄소를 받아 들이는 생명체의 주변 환경은 여러 생각해야할 요소 중 하나입니다. AMS lab 연구소 분석가들은 조개껍질 시료들에 노출되는 여러 종류의 오염 물질 종류에 대하여 잘 알고 있어야 합니다.

조개껍질 시료에 접촉하자마자 시료의 탄소 14 함유량을 변화시킬 수 있는 탄소를 가지고 있는 물질은 모두 오염 물질입니다. 이것은 탄산 칼슘, 땅의 부식 산 물질과 이산화탄소 모두 잠재적 오염 물질이라는 것을 의미합니다. 방사성탄소 연대측정에 있어 조개껍질 시료의 가장 일반적인 오염 물질은 동위 원소 교환과 재결정이 만들어 놓은 오염 물질들 입니다.

AMS 연구소는 방사성탄소 연대측정에 앞서 부정확한 결과로 이끌 수 있는 모든 잠재적 오염 물질들을 전처리 과정을 통해 사전 처리합니다.

산 부식, 알카리에서 음파처리 혹은 전처리 생략.

충분한 시료를 보내주시면 저희 연구소는 외부 껍질 반 정도를 벗겨내어 추가로 생겼을지도 모를 탄산염을 제거합니다. 따라서 시료를 충분히 보내주실수록 더 좋을 결과를 얻으실 확률이 높아집니다.

방사성탄소 연대측정 전, 조개 껍질의 물리적인 사전처리 o는 일체의 화학물질을 사용하지 않으면서 시료의 크기 또한 줄어들게 하지 않으면서 눈에 보이는 오염 물질을 제거하는 것입니다.

AMS 방사성탄소 연대측정 분석 물질인 아라고나이트 (aragonite)를 분리하기 위해 드릴과 연마지 (Carborundum Paper)로 외피를 제거합니다. 재결정된 즉 오염 물질인 방해석은 분필과 같은 흰색으로 드릴로 쉽게 제거할 수 있습니다.

추가 전처리 전 표면적을 늘리기 위해 시료를 절구통에 넣고 빻아 가루로 잘게 만듭니다.

화학적 전처리는 껍질의 외부와 방해석 구성물을 제거하기 위해 희석된 산인 염산으로 세척합니다.

극소량 시료의 경우, 부식 (etch)에 제한적이거나 전혀 못할 수도 있습니다. 부착되어 있는 물질 그리고/혹은 구멍이 있을 경우, 음파처리를 하기도 합니다.