발광 연대 측정법(發光年代測定法)

기본 정보
동의어	냉광 연대 측정법
시대	구석기 시대
관련 정보
유적	연천 전곡리 유적
키워드	열 발광, 광 여기 발광, 적외선 여기 발광
사전 정보
수록 사전	한국고고학전문사전(구석기 시대 편)
집필 연도	2023
집필자	김주용

설명

발광 연대 측정법은 규산염(silicate) 광물이 시간의 경과에 따라 일정한 비율로 축척되는 홑전자(unpaired electron)의 총량을 빛에 노출하여 그 발광 신호를 측정하여 연대를 확인하는 방법이다. 발광 연대 측정을 위해서는 시료 채취 지점 주변에서 우라늄(U), 토륨(Th), 포타슘(K-40)을 포함하는 방사능 원소들이 알파(α), 베타(β), 감마(γ) 붕괴에 의해 생성되는 연간 방사선량률(annual dose rate)을 측정해야 한다.

지구상의 규산염 광물 중 특히 석영과 장석 등의 이산화 규소(SiO2)의 결정 격자(crystal lattice)는 우라늄, 토륨, 포타슘을 포함하는 방사능 원소의 붕괴로 인해 알파, 베타, 감마 방사선에 노출되면 결정 격자 내 여분의 전자들이 이온화되며 전자 저장소(트랩, trap) 내에 저장된다. 자연 방사선 흡수로 인해 트랩 내에 저장된 이온화 전자는 열이나 빛을 흡수하는 순간 트랩에 포획된 전자(trapped electron)들이 발광 센터(luminescence center)에 집결되어 발광 에너지로 방출된다. 열 흡수에 의해 발광 신호가 빠져 나가는 것을 열 발광(thermoluminescence, TL)이라 하며, 일정한 강도와 파장을 가지는 빛 에너지 흡수에 의해 발광 신호가 빠져 나가는 것을 광 여기 발광(Optically Stimulated Luminescence, OSL) 혹은 적외선 여기 발광(Infrared Stimulated Luminescence, IRSL)이라 한다.

자외선 발광(ultraviolet emmission)을 회피할 목적으로 석영 입자를 사용하는 OSL의 경우 약 10만 년 전 퇴적층의 연대 측정에 유용하다. 반면에 장석 입자(약 100~150 μm 크기)를 사용하는 IRSL의 경우 약 20만 년 전 퇴적층의 연대 측정에 유용하다.

지질 시료 중에서 빙하 퇴적층, 사면 쇄설 퇴적층(slope debris flow), 조립질 붕적층( coarse-grained colluvium), 액상화 퇴적층(liquefaction sand deposits), 삼각주-빙호-해양저 퇴적층 등은 약 1시간 이내의 빛을 받으면서 빠르게 퇴적되어 발광 연대 측정에는 부적합하다. 이에 비해 풍성 퇴적층(eolian deposits), 사주 퇴적층(dune deposits) 등은 최종 퇴적까지 약 8시간 이상 빛을 받은 광선량(light exposure)을 가지므로 발광 연대 측정에 적합하다. 발광 연대 측정법으로는 과거 약 5만 년 전까지 연대 측정이 가능한 방사성 탄소 연대 측정 구간보다 더 오래된 시료의 연대 측정이 가능하다. 또한 대개 빛에 노출된 이후 퇴적된 퇴적층이나 불탄 토양‧퇴적물 시료 등에도 이 측정법을 적용할 수 있다.

최근에는 하안 단구와 해안 단구의 형성 연대를 알기 위해 사질이나 역사질 단구 퇴적층(terrace deposits)을 대상으로 발광 연대 측정(OSL 이나 IRSL 연대 측정)이 실시되기도 한다(홍성찬, 최정헌, 2016). 또한 유물이나 불 땐 자리, 토기와 기와, 경작 토층 등 다양한 영역에서 발광 연대 측정을 수행한다. 특히 구석기 고고학에서는 약 10만 년 전에 형성된 문화층 형성 연대를 규명하는 데 OSL 연대 측정법이 널리 활용되고 있다. 발광 연대 측정으로 연천 전곡리 유적의 퇴적층에서 TL 연대와 OSL 연대를 산출하였고, 이를 활용해 유적의 문화 성격을 규명하였다.