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흑요석 수화층 연대 측정법

기본 정보
시대	구석기 시대
관련 정보
키워드	절대 연대 측정법, 적외선 광음향 분광법, 흑요석 확산 연대 측정 방법, 이차 이온 질량 분석기, 수화층, 뎁스 프로파일링, 방사성 탄소 연대 측정법
사전 정보
수록 사전	한국고고학전문사전(구석기 시대 편)
집필 연도	2023
집필자	조남철

설명

흑요석은 시간이 지남에 따라 주위의 수분을 흡수하면서 화학 반응을 일으키고, 이는 내부로 확산되면서 내부에 층을 만드는데 이를 수화층(hydration layer)이라 한다. 흑요석 수화층 연대 측정법은 수화층의 두께를 확인하여 연대를 측정하는 방법이다. 1960년 프리드먼(Friedman, I.)과 스미스(Smith, R.)에 의해서 처음으로 소개되었으며, 흑요석 수화층 두께의 제곱이 시간과 비례한다는 픽(Fick)의 제2 확산 법칙(X2=Dt, X: 수화층의 두께, D: 확산 계수 또는 수화 속도, t: 시간)을 이용하여 연대를 측정한다.

흑요석 수화층의 두께는 흑요석을 가공한 이후로부터의 시간을 나타낸다. 그러나 흑요석의 수화층은 유적의 매장 조건(온도, 습도 등), 구성 성분 등에 따른 수화 정도의 차이가 크므로 이러한 조건들을 고려해서 연대를 측정하는 것이 필요하다. 흑요석의 수화층을 분석할 때에는 편광 현미경과 같은 광학 현미경으로 관찰하는 것이 일반적이다. 흑요석을 적당한 크기로 자른 후, 거울면이 될 때까지 연마한다. 그리고 빛을 투과하여 수화층이 관찰 가능해질 때까지 미세하게 다시 연마한 후 편광 현미경으로 수화층을 관측하는 것이다. 그러나 이 경우 초점 기술, 이미지 조절 등에 의해서 조금씩 두께 차이가 나타나 정확성과 정밀성이 떨어진다. 최근에는 적외선 광음향 분광법(Infrared Photoacoustic Spectroscopy, IR-PAS), 이차 이온 질량 분석기(Secondary Ion Mass Spectrometry, SIMS) 등 다양한 뎁스 프로파일링(depth profiling, 시료의 깊이 분포에 따른 구성 원소들의 화학 조성비) 기술을 이용하여 수화층의 두께를 정밀하게 관찰하여 연대 측정에 이용하고 있다. 적외선 광음향 분광법은 분자들이 특정 주파수의 적외선을 흡수하는 원리를 이용하여 화학 작용기와 화학 물질을 정량적으로 분석하는 기술로서 흑요석은 깊이에 따른 수화층의 수분의 양을 측정하며, 이차 이온 질량 분석기는 표면에 이차 이온을 생성하고 이를 질량 분석 하여 표면의 원소 구성과 분포를 알아내는 기법으로서 흑요석의 수화층 두께는 수소(H)의 뎁스 프로필(depth profile)을 통해 계산할 수 있다.

국내에서는 아직까지 흑요석의 수화층을 이용한 연대 측정이 적용된 사례를 찾기 어렵다. 그러나 해외에서는 아프리카 파푸아 뉴기니 등의 흑요석 산지에서 출토된 흑요석들의 수화층 두께를 측정하고 탄소 연대 측정 결과와 상호 교차 분석 하여 그 연대를 규명한 바 있다. 또한 온도에 따른 수화 속도를 계산하여 정확하게 연대를 측정하기 위한 많은 연구들이 진행되고 있다.

참고문헌

• Renfrew, C., Bahn, P. (2006). 현대고고학의 이해(4판)(이희준, 역). 사회평론.
• Liritzis, I., Stevenson, C. M. (2012). Obsidian and Ancient Manufactured Glasses. University of New Mexico Press. https://www.riss.kr/link?id=M14261312
• Shackley, M. S. (1998). Archaeological obsidian studies: Method and theory. Springer. https://doi.org/10.1007/978-1-4757-9276-8