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우라늄 계열 연대 측정법

기본 정보
동의어	우라늄 계열 비평형 연대 측정법
시대	구석기 시대
관련 정보
키워드	동위 원소 연대 측정, 납-우라늄 연대 측정법, 모핵종, 딸 핵종, 지질 연대
사전 정보
수록 사전	한국고고학전문사전(구석기 시대 편)
집필 연도	2023
집필자	김주용

설명

방사성 원소 중에서 질량수 200 이상의 핵종은 불안정하여 알파와 베타 붕괴가 일어난다. 우라늄-238(238U)이 알파 붕괴(alpha decay)를 시작으로 납(Pb)에서 붕괴가 끝나는 과정에서 나타나는 핵종을 우라늄 계열이라 명명한다. 자연 상태에서 우라늄 계열 모핵종(parent nuclides)인 우라늄-238(238U)과 우라늄-235(235U)로부터 방사성 붕괴를 통해 딸 핵종(daughter nuclides)인 우라늄-234(234U), 토륨-230(230Th), 납-210(210Pb) 등이 생성되는데, 우라늄 계열 연대 측정법은 이 모핵종과 딸 핵종 간의 비평형 관계를 추적하여 지질 연대를 측정하는 방법이다.

모핵종인 우라늄과 딸 핵종들 사이의 화학적 특성 차이로 인해 침식, 퇴적, 부분 용융, 광물 정출, 침전, 흡착 등과 같은 지질 과정(geological process)을 거치는 동안 다른 물질로 분리되는 분별 작용(fractionation)이 일어난다. 이 분별 작용의 발생 연대와 방사성 비평형 비율은 반비례하며, 이를 이용하여 우라늄 계열 비평형 연대 측정(uranium series disequilibrium dating)을 실시한다.

제4기 토양과 퇴적물 시료의 우라늄 계열 비평형 연대 측정에서는 우라늄-238과 토륨-230을 이용한다. 토륨-230의 반감기는 약 7만 5천 년인데, 반감기의 약 5~7 배수인 약 40~50만 년 전까지 연대 측정이 가능하다. 약 40만 년이 지나면 우라늄-238과 토륨-230의 방사능 비가 거의 같아지는 영년 평형(secular equilibrium) 상태가 도래하여 연대 측정의 의미가 없다.

현재 지구상의 토륨-230과 토륨-232 비율을 알고 있으므로 시료의 토륨 비율과 현재 토륨의 비율을 비교하여 지르콘(ZrSO4)의 생성 시기 혹은 지르콘을 포함하는 퇴적층 형성 시기를 알 수 있다. 우라늄-토륨 연대 측정에서는 우라늄-238과 그 딸 핵종 토륨-230 사이의 방사성 비평형 정도를 통해 광물 정출 시기 혹은 용암 생성 시기, 방해석(CaCO3) 2차 침전 시기, 산호 형성 시기 등의 연대를 측정할 수 있다.

참고문헌

• Renfrew, C., Bahn, P. (2006). 현대고고학의 이해(4판)(이희준, 역). 사회평론.
• Walker, M. J. C. (2016). 제4기 지질시대 연대측정방법: 과거를 측정하다(이관홍 외, 역). 문우사. https://www.riss.kr/link?id=M14065084