우주선 유발 동위 원소 연대 측정법(宇宙線誘發同位元素年代測定法)
| 기본 정보 | |
|---|---|
| 시대 | 구석기 시대 |
| 관련 정보 | |
| 유적 | 연천 전곡리(85-12 일원) 공동주택 신축부지 유적 |
| 키워드 | 절대 연대 측정법, 노출 연대, 수직 단면 연대 측정, 매몰 연대, 우주선, 현장 생성 우주선 유발 동위 원소, 등시선 방법, 베릴륨-10(10Be), 알루미늄-26(26Al), 염소-36(36Cl) |
| 사전 정보 | |
| 수록 사전 | 한국고고학전문사전(구석기 시대 편) |
| 집필 연도 | 2023 |
| 집필자 | 최이레 |
설명
우주선 유발 동위 원소 연대 측정법은 암석 및 퇴적물과 같은 지질 물질의 연대를 결정하는 데 사용되는 절대 연대 측정 방법이다. 이는 우주로부터의 고에너지 입자인 우주선(cosmic ray)[1]과의 상호 작용에 의해 물질에서 생성되는 우주선 기원 핵종으로 알려진 특정 동위 원소를 측정한다.
우주선이 지구 대기에 진입하면 대기 원자와 충돌하여 일련의 핵 반응을 통해 중성자, 양성자 및 뮤온(muon)을 포함한 2차 입자를 생성한다.[2] 이러한 2차 입자 중 일부는 광물이나 암석 표면의 원자와 상호 작용 하여 우주선 기원 핵종(베릴륨-10, 알루미늄-26, 염소-36, 표 1 참고)을 생성하며, 이는 시간이 지남에 따라 광물이나 암석 표면에 축적된다. 시료에 있는 우주선 기원 핵종은 우주선에 노출된 시간에 대한 정보를 제공하므로 그 연대를 추정할 수 있다(수백 년~5백만 년 이내). 특정 우주 생성 핵종의 반감기(half-life)를 고려한 농도를 측정함으로써 연구자들은 암석이나 퇴적물이 우주 방사선에 마지막으로 노출된 이후의 노출 기간 또는 시간을 계산할 수 있는 것이다.
고고학 및 고인류학 분야에서는 석영 광물에서 발견되는 현장 생성 우주선 유발 동위 원소인 베릴륨-10(10Be)과 알루미늄-26(26Al)을 활용한다. 석영은 지질학적으로 풍화 및 마모에 강하고, 간단하고 균일한 화학 조성(SiO2)과 조밀한 결정 구조를 가지고 있어 비우주 생성 동위 원소로 인한 오염을 최소화한다. 이를 통해 낮은 수준에서도 우주 발생 알루미늄-26과 베릴륨-10을 검출할 수 있다. 또한 석영은 종종 퇴적물 또는 인간이 이동시킨 자연물(manuport), 인위적 도구 또는 유물의 형태로 고고학 유적지에 풍부하게 남아 있어 분석에 적합하다.
우주 생성 핵종을 이용한 표면 노출 연대(surface exposure dating) 측정[3]과 매몰 연대(burial dating) 측정[4] 방법이 중국, 아프리카, 인도 등을 포함하는 여러 지역에서 적용되고 있다. 특히 매몰 연대 측정 방법 중에서 일부 지질학적 불확실성을 제거할 수 있는 등시선(isochron) 방법[5]은 아슐리안 석기에 직접 적용되어 연대를 산출하고 있다. 이 방법은 지난 500만 년 동안의 연대 측정이 가능하며, 고고학과 고인류학 연대 측정 구간의 중요한 틈새를 채우는 데 도움이 될 수 있다. 우리나라에서도 베릴륨-10과 알루미늄-26의 매몰 연대 방식을 이용하여 최근 연천 전곡리(85-12 일원) 공공주택 신축부지 유적에 대한 절대 연대 측정 연구가 진행되었다.
| 핵종(nuclides) | 반감기(half-live, years) | 주요 타깃(main targets) |
|---|---|---|
| 3H | 12.3 | O, Mg, Si, Fe(N,O) |
| 3He | 안정(Stable) | O, Mg, Si, Fe(N,O) |
| 10Be | 1.4 x 106 | O, Mg, Si, Fe(N,O) |
| 14C | 5.7 x 103 | O, Mg, Si, Fe(N) |
| 21Ne | 안정(Stable) | Mg, Si, Fe |
| 26Al | 7.1 x 105 | Si, Al, Fe(Ar) |
| 36Cl | 3.0 x 105 | Ca, Fe, K, Cl(Ar) |
| 41Ca | 1.0 x 105 | Ca, Fe(Kr) |
| 53Mn | 3.7 x 106 | Fe(Kr) |
이미지
참고문헌
- Fujioka, T. et al. (2022). Direct cosmogenic nuclide isochron burial dating of early Acheulian stone tools at the T69 Complex (FLK West, Olduvai Bed II, Tanzania). Journal of Human Evolution, 165, 103155. https://doi.org/10.1016/j.jhevol.2022.103155
- Granger, D. E. (2014). Cosmogenic Nuclide Burial Dating in Archaeology and Paleoanthropology. In H. D. Holland, K. K. Turekian(Eds.), Treatise on Geochemistry(2nd ed.), 14(pp. 81-97). Elsevier. https://doi.org/10.1016/B978-0-08-095975-7.01208-0
- Shaar, R. et al. (2021). Magnetostratigraphy and cosmogenic dating of Wonderwerk Cave: New constraints for the chronology of the South African Earlier Stone Age. Quaternary Science Reviews, 259, 106907. https://doi.org/10.1016/j.quascirev.2021.106907
- Wang, K. et al. (2019). Cosmogenic nuclide burial dating of Liuwan Paleolithic site in the Luonan Basin, Central China. Journal of Geographical Sciences, 29, 406-416. https://doi.org/10.1007/s11442-019-1606-1
각주
- ↑ 우주에서 지구로 쏟아지는 높은 에너지를 지닌 각종 입자와 방사선 등을 말한다.
- ↑ 대기 중의 입자들(16O, 14N)과 충돌하여 대기 기원(meteoric)의 우주선 유발 동위 원소(10Be, 14C)를 생성하고 대기 중의 부유 입자들에 흡착되어 호수 또는 바다로 일정하게 퇴적된다.
- ↑ 암석이 지표면 또는 지표면 근처에 노출된 시간을 추정하기 위한 지구 연대학적 측정 방법으로 우주선 기원 동위 원소를 이용한 절대 연대 측정 방법 중 하나이다.
- ↑ 동일 시료 내에서 생성되는 복수의 핵종(26Al, 10Be)을 이용하여 연대를 산출하는 방식으로 시료가 매몰이전 지표면에서 우주선과 반응하는 동안 고정된 비율로 생성되지만 매몰 이후 붕괴만 진행되기에 두 핵종 간의 반감기 차이를 이용하여 절대 연대를 산출하는 방법이다.
- ↑ 동일 위치에서 채취되어진 개별 시료들을 하나의 직선에 회귀시켜 절대 연대를 산출하는 방법이다.