방사성 탄소의 나이테 보정

  • 나이테는 방사성 탄소 연대 측정 결과를 보정하는데 사용합니다.
  • 결과의 보정은 시간에 따른 전세계 방사성 탄소 농도 변화 설명에 꼭 필요합니다.
  • 방사성 탄소 측정 연대 측정은 AD 1950년을 ‘0(zero)’ BP로 정하여, BP연대로 보고합니다.
  • 보정 곡선에 쓰이는 절편 법이나 확률 법으로 계산한 연령 범위로 보정 결과를 보고합니다.
  • 48000 BC까지 올라가는 국제적 공인 보정 곡선 커브는 (calibration curves) PJ Reimer et al. 이 만들었습니다 .
  • 보정 곡선은 x축에 “Dendro timescale (연륜 척도)”, y축에 방사성 탄소 연대로 되어 있습니다.

보정은 분석 전에 해야 할 뿐만 아니라, 분석의 결과에 대해서도 보정을 합니다.

방사성 탄소 (radiocarbon)라고도 불리는 탄소 14는 자연적으로 생긴 탄소의 동위 원소입니다. 불안정적이며, 탄소12와 탄소13과 달리 방사성을 가지고 있습니다. 탄소는 99%의 탄소 12, 1%의 탄소 13, 그리고 수백만분의 1인 탄소 14로 구성되어 있습니다.

방사성 탄소 연대 측정에서는 연대 측정 결과를 기록하고, 방사성 탄소 연대을 일반 달력 연대로 바꾸기 위해 보정이 필요합니다.

Beta AMS

측정 단위, 반감기, 보정의 필요성

서기 1500년을 0 (zero) BP로 정의한 연대 BP는 보정되지 않은 방사성 탄소 연대입니다. BP는 “Before Present (현재 전)”나 “Before Physics (물리학 전)”의 약자입니다. BP 계산 공식은 다른 연대 결정 기술에서도 쓰이지만 조금씩 다르게 정합니다. 예를 들어 열발광학 연대 측정에서는 BP를 서기 1980년으로 정합니다.

또한 탄소 연대 측정 계산에서 사용하는 반감기는 화학자 Willard Libby씨가 밝힌 값인 5568년이지만 캠브릿지 반감기라 알려진 5730년보다 더 정확하지는 않습니다. 비록 덜 정확하지만, 캠브릿지 반감기 발견 전후에 생긴 방사성 탄소 연대를 비교해 봤을 때 불확실과 오류를 피하기 위해 Libby씨의 반감기를 그냥 사용합니다.

방사성 탄소 연대 측정은 대기권의 방사성 탄소의 농도는 1950년처럼 항상 일정하며, 탄소 14의 반감기는 5568년이라는 가정 하에 시작합니다. 방사성 탄소 결과의 보정은 오랜 기간 동안 방사성 탄소의 대기 중 농도 변화를 설명하는데 필요합니다. 지구의 지자기 변동, 화석 연료 과다 사용, 핵 실험등과 같은 여러 이유로 인해 농도에 변화가 생겼습니다.

보정은 연륜 연대학에서 가장 일반적으로 많이 씁니다.

연륜 연대학과 방사선 탄소 연대 측정

연륜 연대학이란 나무가 자라면서 나이테를 만든다는 현상에 기초한 과학이며, 나이테 연대학이라 하기도 합니다. 연륜 연대학자들은 나무나 오래된 목재의 나이테 성장 패턴을 분석하고 비교하여, 과거에 일어난 사건과 환경에 미친 요인들을 연구하여 연대를 측정합니다. 그들은 각각의 나이테를 형성한 달력 연대를 정확하게 알 수 있습니다.

연륜 연대학적 발견들은 초창기 방사성 탄소 연대 측정에서 중요한 역할을 했습니다. 방사성 탄소 연대 측정 방법의 정확성을 확인하기 위해 나이테가 제공해준 정확한 연대가 꼭 필요했습니다. 1950년대 후반, 여러 과학자 (특히 네덜란드인인 Hessel de Vries)들은 방사성 탄소 연대와 나이테의 방사성 탄소 연대 결과를 통해 얻은 일반 달력 연대 사이의 차이를 확인할 수 있었습니다. 따라서 연륜 연대학은 나이테를 사용하여 연대를 측정합니다.

이직도 방사성 탄소 측정 결과를 보정하는 데 나이테를 사용합니다. 다른 달력 나이를 가진 나이테 목록에는 지난 11,000년까지 거슬러 올라간 기록들이 있습니다. 참고로 미국산 브리슬콘 파인 (Bristlecone pine) (Pinus aristata)와 아일랜드와 독일에서 볼 수 있는 물에 사는 오크 (Quercus sp.)가 자주 사용됩니다. 방사성 탄소 연대 측정 실험실들은 다른 종류의 나무에서 오는 데이터를 사용한다고 알려져 있습니다.

방사성 탄소 연대 나이테의 보정

이론상, 어떤 탄소를 함유한 샘플의 연대는 이 샘플의 방사성 탄소 함유 량을 일반 달력 연대를 아는 나이테를 가진 샘플의 방사성 탄소 함유 량과 비교하면 쉽게 알 수 있습니다. 만약 샘플의 방사성 탄소 함유 량과 나이테의 탄소 함유 량이 같으면 같은 연대라고 결론을 내릴 수 있습니다.

하지만 실제로 나이테의 보정은 여러 요인들로 인해 그리 간단치 않습니다. 여러 요인 중에서 가장 커다란 요인은 각 나이테의 개별 측정만 행해지며 샘플의 정확성에 한계가 있다는 것입니다. 그래서 일반 달력 연대에 오차가 생기게 됩니다.

그래서 실제 보정 결과는 절대 값으로 주어지지 않고 연대의 범위로 표시합니다. 연대의 범위는 절편 법과 확률 법으로 계산을 하며, 이 두 가지 방법 모두 보정 커브가 필요합니다.

보정 커브

방사성 탄소 연대 측정을 위한 첫 째 보정 커브는 8,000년 전으로 거슬러 올라가 연속적인 일련의 나이테에 기반을 둡니다. 1960년대에 Wesley Ferguson씨는 이 일련의 나이테를 만들었으며, Hans Suess씨가 유용한 보정 커브를 처음으로 발표하는데 도움을 주었습니다. 브리슬콘 파인 (Bristlecone pine)으로 만든 Suess씨의 보정 커브는 일반 달력 축에 나이테를 사용합니다.

Suess씨의 보정 커브 이후 많은 보정 커브들이 발표되었습니다. 하지만 많은 보정 커브들의 확산으로 인해 해결책보다는 더 많은 문제들이 발생했습니다. 수년 후에, 가속기 질량 분석법 사용과 초정밀 방사성 탄소 연대의 도입으로 인해 새로운 보정 커브가 생겼습니다. 북아일랜드 Belfast 연구소에서 아일랜드 산 오크 나무로 연륜 연대학을 이용해 초정밀 방사성 탄소 연대의 보정커브를 발표했습니다.

최근 국제적으로 공인된 보정 곡선 커브 (calendar calibration curves)는 거의 48000 BC까지 올라갑니다. (Reimer et. al., INTCAL13 and Marine13 radiocarbon age calibration curves 0 – 50000 yrs cal BP, Radiocarbon 55(4), 2013). 1950년 후부터 대기 중 방사성탄소 농도에 관한 많은 량의 데이타가 존재합니다. 이런 최근의 데이타는 최근 물질에 대한 연대 값을 설명하는데 매우 유용하게 활용됩니다. (Hua, et. al. Atmospheric Radiocarbon for the period 1950-2010, Radiocarbon, 55(4), 2013).

전형적인 탄소 14의 보정 커브는 x축은 “Dendro timescale(연륜 척도)”이며, y축는 방사성 탄소 연대 수입니다.

보정에 관한 협약

cal BC, cal AD, cal BP 사용은 방사성 탄소 연대 측정 결과를 연륜 연대학 적으로 보정하여 사용한다는 권장 사항에 대한 협약입니다. 방사성 탄소 연대 측정 결과는 정확해야 합니다. 따라서 단순히 BC, AD, BP로 보고할 수는 없으며, cal BC, cal AD 는 일반 달력의 년도인 BC와 AD와 정확히 일치하지만, cal BP는 1950년 이전의 연대라는 사실입니다.

방사성 탄소 연대 측정 결과

방사성 탄소 연대 측정 결과에는 보정하지 않은 결과, 실제 사용한 보정 커브, 사용한 보정 방법, 보정 전 원래의 결과의 수정 여부를 모두 포함해야 하며, 또한 보정 오차와 관련한 정확한 범위도 포함해야 합니다.

 

최신 업데이트 : May 5, 2016