▲ 대전지부 최동진 ▲KAIST 교수/산학     ©편집국

아르곤-동위원소 연대측정법에는 칼륨-아르곤 연대측정법과 아르곤-아르곤 연대측정법이 있다. 칼륨-아르곤 연대측정법은 칼륨의 방사성 핵종의 붕괴로 생성되는 칼륨-40과 반응성이 없는 아르곤의 핵종인 아르곤-40번에 기초한다. 이 방법은 1960년대에 개발되었고 대부분 화성암의 연대측정에 사용된다. 칼륨-40의 반감기가 12.5억 년에 달할 정도로 길다고 얘기하기 때문에 지구상에 존재하는 가장 오래된 암석들도 연대측정이 가능하다고 한다. 또한 아르곤-아르곤 연대측정방법은 실험실에서 암석 시료에 중성자를 조사해서 생성된 아르곤의 핵종 아르곤-40과 아르곤-39의 비율을 측정하여 연대를 측정한다.

칼륨-아르곤 연대측정법의 원리는 비교적 간단하다. 용암이나 화산재의 결정체같이 화산암이 용해된 상태일 때 화산암은 칼륨-40의 붕괴로 생성된 아르곤-40을 방출하게 된다. 그러다 암석이나 광물이 식게 되면 아르곤은 더 이상 방출될 수 없게 되고 광물의 결정격자들(crystal lattices) 속에 갇히게 된다. 시간의 증가에 따라 아르곤 양은 증가하게 되므로, 결정격자 속에 갇힌 아르곤의 양이 연대를 결정하게 된다. 실험실의 전기로(furnace) 안에서 암석 시료들을 녹는점까지 가열하면, 암석 시료 속에 함유된 아르곤-40은 기체로 발산되고, 이 아르곤의 양을 질량분석기로 측정한다. 또 다른 시료에서는 칼륨-40의 함량을 원자흡수분광광도계(atomic absorption spectrophotometer)나 화염광도계(flame photometer)를 사용해서 측정한다. 칼륨-40과 방사성붕괴에 의해 형성된 아르곤-40 함유량 간의 비율이 화산분출 후 경과된 시간을 알려주는 원리이다. 칼륨-아르곤 연대측정법의 통상적인 문제점 중 하나가 똑같은 성분이 함유되어 있는 별개의 부시료가 필요하다는 것이다. 만약 시료가 현무암처럼 서로 이질적일 경우에는 연대측정에 오차가 발생한다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 아르곤-아르곤 연대측정법이 개발되었다. 여기서 아르곤-40의 함유량은 직접 측정한다. 하지만 칼륨-40의 농도는 기존에 알려진 칼륨과 아르곤 동위원소의 비율을 사용해서 간접적으로 측정한다. <다음호에 계속>

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