이 글은 SRI 시험 합격 당시 정리한 수기를 바탕으로 재구성했습니다. 학습 참고용 답안이며, 실제 채점자의 기준과 일치하는지는 확인되지 않았습니다.
1. 문제
탄소14가 고고학적 시료의 연대측정에 이용되는 이유와 보정이 필요한 이유를 설명하시오.
2. 모범답안
1. 대기에서 생성된 탄소14가 탄소순환을 통해 생물에 들어가므로, 생물 유래 탄소를 포함한 시료의 연대 추정에 이용할 수 있다.
2. 생물의 탄소 교환이 끝난 뒤 남은 탄소14는 방사성 붕괴로 감소하며, 그 감소량으로 경과시간을 추정한다.
3. 물리적 반감기는 약 5730년으로 수천 년 규모의 시간 변화에 적합하다.
4. 대기 중 탄소14 비율은 시간에 따라 달라졌으므로 방사성탄소 연대를 달력연대로 바꾸는 보정이 필요하다.
5. 관례적인 방사성탄소 연대에는 Libby 반감기 5568년을 사용한다. 이를 물리적 반감기나 보정된 달력연대와 혼동하지 않는다.
3. 문제를 풀기 위해 알아야 할 내용
3.1. 생성·섭취·교환 중단을 연결한다
우주선에 의해 생긴 중성자가 대기 질소14와 반응하면 탄소14와 양성자가 생성된다. 탄소14는 이산화탄소와 탄소순환을 통해 식물과 동물에 들어간다. 생물이 죽는 등으로 외부와의 탄소 교환이 끝나면 그 뒤 남은 탄소14가 감소한다. 연대측정은 모든 고고학적 물건에 그대로 적용하는 방법이 아니라, 분석할 탄소의 기원과 교환 이력을 확인해야 하는 방법이다.
출처: ANU Radiocarbon Laboratory, Production and decay
3.2. 반감기는 시계의 속도이지 초기량의 보증이 아니다
약 5730년이라는 물리적 반감기는 탄소14가 줄어드는 속도를 나타낸다. 그러나 시료가 처음 가졌던 탄소14 비율을 알아야 남은 양을 시간으로 해석할 수 있다. 대기 비율이 항상 일정했다는 가정은 실제로 성립하지 않는다. 따라서 자연계에서 계속 만들어진다는 사실과 농도가 언제나 같다는 주장을 구별해야 한다.
출처: ANU Radiocarbon Laboratory, Calibration
3.3. 방사성탄소 연대와 달력연대를 구별한다
측정 결과를 관례적인 방사성탄소 연대로 표현할 때는 초기 연구와의 일관성을 위해 5568년 반감기를 사용한다. 이후 나이테 등 달력연대가 알려진 자료로 만든 보정곡선과 비교하여 달력연대 범위를 구한다. 5730년으로 숫자만 바꾸는 것은 대기 비율의 변화까지 보정하는 과정과 같지 않다. 결과를 읽을 때에는 미보정 방사성탄소 연대인지, 보정된 달력연대인지 먼저 확인한다.
출처: Oxford Radiocarbon Accelerator Unit, Methods and Results
출처: ANU Radiocarbon Laboratory, Calibration and Tree-ring Calibration
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