동위 원소 분석(同位元素分析)

동위 원소 분석
기본 정보
시대	신석기 시대
관련 정보
유적	부산 가덕도 장항 유적, 부산 동삼동 조개더미, 여수 안도 조개더미
키워드	방사성탄소연대측정법, 산소 동위원소 분석, 질소 동위 원소 분석법
사전 정보
수록 사전	한국고고학전문사전(신석기 시대 편)
집필 연도	2024
집필자	곽승기

설명

동위 원소 분석은 고환경이나 과거의 식생활을 파악하는 주요 연구법 가운데 하나로, 방사성탄소연대측정법(C), 질소(N), 산소 동위원소 분석(O) 등의 동위 원소를 대상으로 한다. 고고 유적에서 발굴된 뼈에서 추출한 탄산염이나 콜라겐, 토기 내부에 남아 있는 탄화물이나 유기물질에서 추출한 탄소, 질소의 동위 원소를 분석함으로써 과거 사람들의 식생활을 추론할 수 있다.

대기 중의 이산화탄소에는 세 가지의 탄소 동위 원소 ¹²C, ¹³C, ¹⁴C가 포함되어 있으며, 이산화탄소는 광합성을 통해 살아 있는 식물체 내에 침투한다. 벼, 콩 등의 C₃ 식물군과 조, 기장과 같은 C₄ 식물군은 광합성 과정이 서로 다른데, 그에 따라 동위 원소 ¹²C와 ¹³C가 체내에 고유한 비율로 존재하게 된다. 이 비율은 해당 식물이 포식자에게 먹힌 이후에도 포식자의 체내에 유지되므로 C₃ 식물군이나 C₄ 식물군이 식생활에 기여한 정도를 가늠해 볼 수 있다.

질소 동위 원소 분석으로 C₃ 식물군 내에서 질소 고정[nitrogen fixation]을 하는 콩과 식물을 구분해 내거나, 수산 자원의 기여 양상도 추정할 수 있다. 콩과 식물의 뿌리에 있는 박테리아나 수중에 서식하는 조류는 대기와 수중의 동위 원소 ¹⁴N과 ¹⁵N을 활용하여 질소 고정을 한다. 질소 동위 원소 분석은 질소 고정 과정에서 생물체 내에서 변화하는 동위 원소 ¹⁴N과 15N 간의 비율을 측정한다. 콩과 식물은 초식동물이나 인간에게 먹히고, 조류는 수중 먹이 사슬의 첫 단계에 속하므로 질소 동위 원소 분석으로 콩과 식물과 수산 자원의 활용을 확인할 수 있다.

산소는 동위 원소 ¹⁶O, ¹⁷O, ¹⁸O로 구성된다. 이 가운데 ¹⁶O와 ¹⁸O 간의 비율로 과거의 기후를 추정할 수 있다. 지구의 기온이 낮아지면 빙하가 커지고 해수면이 하강하는데, 이때 바닷물에 녹아 있던 산소 가운데 상대적으로 가벼운 ¹⁶O가 ¹⁸O보다 더 많이 빙하로 이동하게 된다. 따라서 기후가 한랭하면 빙하에 포함된 ¹⁶O의 양이 증가하며, 반대로 기후가 따뜻해지면 해수 내 용존 ¹⁶O의 비율이 상승한다. 이러한 원리로 빙하 코어(core)나 바다 밑의 해저 퇴적물, 혹은 해양 생물의 껍데기(CaCO₃) 등에 포함된 ¹⁶O와 ¹⁸O의 비율을 측정하여 과거의 기후 변화를 추정할 수 있다.

우리나라의 부산 가덕도 장항 유적, 동삼동 조개더미 등에서 출토된 신석기 시대의 인골에 탄소, 질소 동위 원소 분석을 적용하여 수산 자원의 활용을 추정한 사례가 있다. 최근에는 부산 동삼동 조개더미, 범방 유적 출토 토기에서 추출한 미량 유기물질에 탄소 동위 원소 분석을 적용하여 신석기 시대 식생활의 다양성을 고찰한 시도도 있었다.

참고문헌

곽승기. (2023). 신석기시대 제주도와 한반도 남부 해안지역의 생업 활동 -토기의 잔존유기물 분석을 중심으로-. 한국신석기연구, 45, 11-34. https://www.riss.kr/link?id=A108661174
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