방사성 탄소 연대를 나무의 나이테와 연결시키다

제12차 ‘노벨’ 학술회의 의제는 “방사성 탄소 변이와 절대 연대”였다. 그 의제를 보면 방사성 탄소 연대를 이제는 절대적으로 간주하지 않음을 알 수 있다. 이 학술 회의에서는 방사성 탄소의 변이와 그 이유를 설명하는 데 역점을 두었다. 그 점은 부분적으로 밖에 성공을 거두지 못하였다. 거기서 절대 연대로 등장한 것은 나무의 나이테 계산에 근거를 둔 연대 계산법이었다.

그것은 좋지 않은 소식인가? 아무튼 방사성 탄소 연대 측정법은 고도의 훈련을 받은 소수의 전문가들만이 실시할 수 있는 특수 기술 분야이며, 그 이론은 여기에 수정을 가하고 저기에 조절을 가하여 결국 다른 과학자들마저도 이해가 곤란할 정도가 되었다. 그와 반면에 성장하는 나무는 매년 나무 둥치에 나이테가 하나씩 생긴다는 사실은 누구나 다 알지 않는가? 그리고 나무를 벤 다음에는 간단히 나이테를 세어서 그 나무가 몇년 살았는가를, 알아낼 수도 있다. 그보다 더 쉬운 것이 어디 있겠는가? 틀림없이, 많은 사람들을 항상 과학적 마술과 같은 기미가 있어보이던 방사성 탄소 시계를 연대를 정확히 알아낼 수 있도록 나무의 나이테 계산이라는 간단하고 금방 이해할 수 있는 것으로 조정한다는 사실을 알고 크게 안도감을 가질 것이다.

학술회의 보고서에는 연대 수정 곡선이 게재되어 있었다. (「사이언티픽 아메리칸」지 1971년 10월호에도 실렸음) 거기에는 방사성 탄소 연대를 나무의 나이테 연대와 일치시키기 위하여 기원전 약 5,200년까지 매년 방사성 탄소 연대에다 얼마의 햇수를 가감해야 하는가가 나타나 있었다.

얼른 보면 마치 증권 시장의 시세표로 착각할 정도이다. 규칙적인 점이라고는 조금도 찾아 볼 수 없고, 아무렇게나 연수가 짧아졌다가 또는 예측할 수 없이 길어졌다가 하는 모양이 영락없이 증권시세표를 연상케 한다. 방사성 탄소 연구실에서 이 수정 곡선을 사용함으로써 이 나이테 연대(수목 연대라고도 함)의 정확성에 전적으로 의존하고 있다.

그러므로 방사성 탄소 연대법을 믿었던 사람들은 이제 새로이 나이테 연대법을 연결시킴으로써 자기들의 믿음이 보강되었는가, 아니면 약화되었는가, 자문해 보아야 할 것이다. 그 대답은 물론 나이테 연대가 얼마나 확실한가에 달려 있다. 그것은 방사성 탄소 연대가 미지의 과거 속으로 떠내려가지 못하도록 붙들어 주는 튼튼한 닻이 되는가?

‘브리슬콘’ 소나무 연대법

수천년을 사는 나무는 많지 않다. 미국 ‘캘리포니아’ 산비탈에 자라는 거대한 ‘아메리카’ 삼목은 장수하기로 유명하다. 그러나 미국 남서부, 바위가 많은 높은 산에서 유별나지 않게 작달막하게 자라는 ‘브리슬콘’ 소나무는 그보다 더 오래 사는 수도 있다는 것이 최근 밝혀졌다. 미국 ‘네바다’ 주에 사는 한 나무는 4,900년이나 되었다고 한다.

이러한 장수한 수목의 사용 가치는 사실은 1953년에 ‘아리조나’ 대학교의 ‘에드문드 슐만’ 씨가 처음 지적하였다. ‘캘리포니아’ 동부의 ‘화이트’ 산맥에서 그는 대단히 오래된 나무들을 발견하였는데, 그중 어떤 것들은 지금까지 생존하고 어떤 것들은 죽었으며, 목재가 되어 있는 것도 있었다. 그는 산 나무와 죽은 나무에서 잘라 낸 속 부분을 수집하였다. 그는 그들을 연구실에서 검사하여 나이테 연대법을 확립하였다. 1958년에 그가 죽자 같은 연구실에서 일하던 ‘시. 더불류. 페르구손’ 교수가 그 연구를 이어 받았다. ‘페르구손’ 교수는 ‘노벨’ 학술회의에서 그 연구의 현재 상태에 대하여 보고를 하였다. 그는 ‘브리슬콘’ 소나무를 사용하여 나이테 연대를 기원전 5522년까지 확정하였다고 주장하였다. 이것은 거의 7,500년에 달하는 오랜 기간이다. 실로 인상적인 업적임에 틀림없다. 그의 정확성을 의심할 만한 이유라도 있는가?

어떤 학자들이 제시한 의문점

‘페르구손’ 교수와 같은 대학의 지질학과에서 일하는 ‘피. 이. 다몬’ 교수는 “어떤 연구자들은 나이테 연대 측정법의 정확성에 의심을 품을 만하다.”는 말을 하였다.⁸a 그 연대법이 의심을 받을 만한 이유를 이해하기 위하여 나이테 연대법을 확립한 과정을 자세히 살펴보기로 하자.

알아보아야 할 첫째 문제는, 나이테 계산의 기본적인 가정 곧 나이테 하나가 1년과 동일하다는 가정이다. 그러나 항상 그런 것은 아니라는 사실을 알 때 사람들은 놀랄 것이다. 이 점에 대하여 ‘페르구손’은 이렇게 말하였다. “어떤 경우에는 여러 세기에 걸친 장기간에 5‘퍼센트’ 이상의 나이테가 빠져있다. 표본 가운데 어디에 나이테가 ‘빠졌’는가는 그 ‘빠진’ 나이테가 들어 있는 다른 나무와 나이테의 모양을 비교 대조함으로써 확인할 수 있다.”⁹ 연구자들이 자기네 연대에 이러한 “빠진 나이테”를 가산하기 때문에, 1세기에 5년 혹은 그 이상 정도 실제 연수가 나이테의 수보다 더 많은 것이다.

더욱 흥미 있는 점은 나무가 일년에 나이테를 두개 또는 세개씩 만들어 내기도 한다고 ‘페르구손’이 말한 점이다. “어떤 종류의 침엽수는, 특히 남부 지방이나 고도가 낮은 지방에서 자라는 침엽수는 한 계절에 두 가지 또는 그 이상의 단계로 나뉘어 급격히 성장한 것들이 있다. 그러한 단계 하나 하나는 나이테와 대단히 흡사하다. 그러나 그러한 중복 성장 현상은 ‘브리슬콘’ 소나무의 경우에는 대단히 희귀하며, 우리가 연구 대상으로 삼는 지방의 위도와 고도에서는 극히 드물다.”⁹

그러므로 현재의 기후 조건 하에서는 중복 나이테가 드물다는 것이다. 균일론자들의 견해로는 그러한 말이 틀림없이 틀릴 것이다. 그러나 이러한 견해는 기원전 2370년의 대홍수 전에는 기후가 훨씬 더 따뜻했었다는 여러 가지 증거를 무시하는 견해이다. 또한 현재 ‘브리슬콘’ 소나무 숲이 있는 지역이 그 당시에는 훨씬 더 낮았었는지도 모른다. 그러한 가능성과 위에 인용한 견해를 연결시켜 보면, 그 당시에 살았던 나무들은 중복 나이테를 많이 가지고 있었을지도 모른다. 이런 현상은 대홍수 전만 아니라 그 이후 얼마 동안 지각이 새로운 압력에 따라 조정되는 동안에 있었을 것이다. 그러한 조건하에서 중복 나이테가 얼마나 많이 형성되었으며, 그 때문에 연대 계산에 몇 세기나 가외로 더들어갔는지 누가 알겠는가?

동일 형태로 함께 연결시킴

다음에 살펴볼 점은 하나의 나무로 7,500개의 나이테를 가지고 있는 나무는 없다는 사실이다. 현재 살아 있는 어떤 나무들은 3,000년 이상 심지어는 4,000년 된 것도 있다고 하나, 연대 측정법에서 사용한 현대의 나무로서 가장 오랜 것은 기원 800년까지 밖에 소급하지 않는다. 그런데, 약 2,200개의 나이테를 가진 죽은 나무가 발견되었는데, 나이테의 두껍고 얇은 모양에 있어서 생존한 나무의 내부 층과 죽은 나무의 거죽 층이 비슷한 형태를 띠고 있다는 사실이 발견되었다. 그러므로, 그 두 나무가 기원 800년부터 기원 1285년의 기간이 서로 겹친다고 간주되었다. 그리하여 더 오래된 나무는 기원전 957년까지 계산되었다. 이렇게 겹쳐서 연결시키는 일을 17개의 다른 죽은 나무로 계속하였다. 그 나무들은 나이테가 439 내지 3,250개나 되는 것들이며, 연결시킨 결과 나이테가 총계 7,484년 전으로 소급되었다.

이제, 서로 겹치는 동일 형태의 나이테를 연결시키는 일이 얼마나 확실한가? 하고 사람들은 질문할 것이다. 열 일곱 개의 나무들을 연결시키는 방법은 오직 한 가지 방법 밖에 가능하지 않다고 ‘페르구손’은 확언한다. 그는 이렇게 설명하였다. “사용한 모든 표본에 대한 기본 연대는 각기 그 해에 따라 나이테의 모양이 독특하다. 그 전체 기간을 통하여 장기간에 걸쳐 나이테의 넓고 좁은 모양이 정확히 동일할 곳은 하나도 없었다. 그것은 매년 기후가 정확히 동일하게 변화되지 않기 때문이다.”⁹ 어떤 사람들은 이러한 견해를 액면 그대로 받아들이겠지만, 다른 연구자들은 ‘다몬’이 말한 바와 같이 의심을 품을 것이다.

또 다른 질문은, 만일 죽은 나무의 조각을 서로 연결시킬 때에 연결시킬 만한 가능성이 두 가지 이상일 경우에는 어느 쪽이 “정확”한가를 무엇에 따라 결정할 것인가? 하는 점이다. ‘페르구손’의 다음과 같은 말은 우리에게 실마리를 제공한다. “종종 아직 연대를 결정하지 않은 표본들에 대해 방사성 탄소 분석을 한다. 이렇게 하여 얻은 연대는 그 표본의 대강의 연대가 되며, 그것은 기본 연대 중의 어느 부분을 살펴 볼 것인가에 대한 실마리를 제공하여 나이테 연대를 보다 쉽게 식별할 수 있게 된다.”¹⁰ 또한 이렇게 말하였다. “400년간의 나이테를 가지고 있는 한개의 조그마한 표본을 방사성 탄소 분석을 한 결과 그 표본이 거의 9,000년 전 것임이 나타났다. 이 사실은 나이테 연대를 더욱 오래 전으로 소급할 수 있는 희망을 보여 주고 있다.”¹¹

그러므로, 때로는 의아스러운 나무 조각의 나이테들을 서로 연결시키는 데 탄소 14 연대 측정법을 지침으로 삼고 있음이 분명하다. 이러한 사실은, 나이테 연대법이 생각보다는 기초가 튼튼하지 못하며, 그 방법의 옹호자들은 방사성 탄소 연대법에 의지하려고 한다는 의아심을 갖게 하지 않는가? ‘다몬’ 교수가 나이테 연대법에 자기의 확신을 피력한 다음 다음과 같이 말한 것을 보면 그러한 의심이 근거 없는 것도 아니다. “그렇지만, 객관적으로 비교할 수 있는 어떤 것 곧 다른 연대 측정법이 있다는 것은 확신을 더해 준다. 이것은 사실상, 역사적으로 연대가 밝혀진 표본에 대한 탄소 14 연대 측정법에 의한 것이다.”⁸

나이테 연대법이라는 것이 단지 4,000년 전까지밖에 소급하지 못하는 역사 시대 범위 내에서도 방사성 탄소로 밑받침을 해 주어야만 하는 것이라면, 그 이전의 4,000년간 혹은 5,000년간에 대하여는 무엇이라고 말하겠는가?

수목 연대 측정의 문제점

두 가지 연대법을 상호 보강하려는 그 노력은, 학자들 사이에 상당한 논란을 불러 일으켰던 다른 문제로 인하여 곤란한 입장에 처해 있다. 현재 다른 모든 방사성 탄소 연대 측정에 대한 기초가 되어 있는 ‘브리슬콘’ 소나무의 표본에 대해 방사성 탄소 분석을 하는 경우에도 표본이 변질되었을 가능성을 고려하지 않으면 안된다. 조개류의 석회질이나 뼈 속의 탄산염 등 무기물질은 연대가 그보다 더 오래되었거나 짧은 다른 용해된 탄산염과 치환이 잘 된다는 사실이 알려져 있다. 그러기 때문에 그러한 것들은 연대 측정에 가치가 없다. 섬유질과 같은 유기 물질은 다른 것과 치환이 잘 되지 않는다고 한다. 나무 속의 수액은 죽은 나무에서는 씻겨나가버릴 수도 있다. 그러나 그것이 여러 세기 동안 또는 수 천년 동안 그 나무 속에서 순환한다면, 그것이 부분적이나마 붕괴하는 탄소 14를 대치하지 않았으리라고 확신할 수 있는가?

수액과는 달리 수지(樹脂)는 잘 제거되지 않는다. ‘페르구손’은, ‘브리슬콘’ 소나무는 “대단히 수지가 많”다고 말하였다.¹² 나무의 연대가 짧은 부분에서 연대가 오랜 부분으로 수지가 이동한다는 사실을 전문가들은 다 인정한다. 그렇게 되면 그것은 착오를 일으킬 것이다. “수지의 내부 확산은 확실히 있을 만한 결과이다.”¹³ 또한 “나무의 내부로 들어갈수록 수정치(修正值)가 크기 때문에 수지 문제는 중요하다.”¹³ 한 실험에 있어서는 축출한 수지가 그 나무보다 400년이나 더 어린 것으로 나타났었다.

그러나 전문가들은 그들의 화학 처리법이 얼마나 효과적인가에 의견의 일치를 보지 못하고 있다. 한 사람은, 목재를 산과 ‘알칼리’에 차례로 끓이면 “모든 수지가 제거”된다고 하였다.¹⁴ 다른 학자는 이렇게 말하였다. “내 견해로는, ‘브리슬콘’ 속의 수지를 무기 화합물 처리로 완전히 제거할 수 없다고 본다.”¹⁴ 그러나 유기 화학 용매를 사용한다면, 후에 용매가 완전히 제거되었는가에 대하여 걱정을 하지 않으면 안된다. 현대의 탄소가 조금만이라도 거기에 남게 되면, 그 고대 목제의 표본을 근대의 것으로 만들어버릴 것이기 때문이다. 물론 학자들은 이러한 모든 오류를 배제하려고 양심적으로 노력한다. 그러나 그들은 완전히 성공을 거두는가? 우리는 얼마나 확신을 둘 수 있는가?

빙하 퇴적층 계산

약간 비슷한 방법으로 과거로 소급해서 연수를 계산하는 다른 방법이 그 회의에서 토론되었는데, 그것은 빙하 퇴적층에 근거한 방법이었다. 퇴적층이란 모래와 점토가 번갈아가면서 퇴적된 지층인데, 빙하가 녹음에 따라 1년에 한층씩 형성되었다고 하는 것이다. 이러한 퇴적층 가운데 ‘스웨덴’에 있는 한 퇴적층은 과거 12,000년 전까지 소급할 수 있는 계속적인 기록을 담고 있다는 주장도 나왔다. 이것 역시 방사성 탄소 연대법과 연결시킬 수 있는 절대 연대로 제안되었다. 그러나 그것은 실제로 얼마나 튼튼한 기초가 되는가?

‘스칸디나비아’의 퇴적 연대는 ‘스웨덴’ 도처에 흩어져있는 퇴적층을 연결시켜서 형성한 것이다. 그 기록을 보면 몇 가지 이유로, 그것이 나이테 연대보다 훨신 가치가 적음을 알 수 있다.

한가지는, 나무의 껍질 테에 비교될 만한 퇴적층 즉 현재에 연결되는 층이 없다는 것이다. 최후의 퇴적층에 대한 연대 추정이 사람들에 따라 크게 다르다. 또한 퇴적층으로 연수를 계산하는 문제도 확실치가 않다. 그러기 때문에 한 지질학자는 ‘스케인’에 있는 일련의 퇴적층의 시초 연대를 기원전 12,950년이라고 추정하였는데, 다른 사람은 단지 기원전 10,550년이라고 하였다. ‘스웨덴’ 지질조사소의 ‘이. 프롬’ 박사는 이렇게 말하였다. “이들 여러 경우에서 지질적 배경으로는 가능 연대 범위를 확정적으로 판별할 수 없으며, ‘상호 연결 방법’은 상당히 믿을 수 없는 결과를 내 준 것이 분명하다. 뿐만 아니라, ‘스케인’에 있는 이들 지층은 얼음이 녹은 물 속에 형성된 모든 퇴적층이 실제 일년에 일회씩 형성된 퇴적층인가가 의심스럽다.”¹⁵

퇴적층 하나 하나가 항상 1년에 해당하는 것이 아님을 인정한 이 말을 보라. 그것은 사실상 물이 빨리 흐르고 서서히 흐른 흐름 상태의 변화를 나타내는 것이다. 그러한 일은 기후 조건에 따라 1년에도 여러 차례 일어날 수 있다. “‘스웨덴’의 지질 조사소의 ‘회른스텐’ 박사는, 각각의 퇴적층을 주의깊이 검사하여, 1년을 2년으로 계산하는 일이 없도록 하지 않으면 안된다는 사실을 지적하였다. 1년 동안에 형성된 단일 퇴적층에도 녹은 물의 변화에 따라 의사(擬似)—겨울 층이 한개 혹은 두개 들어 있을 수도 있다. (중복 나이테와 비교)”¹⁶ ‘예일’ 대학교의 저명한 지질학자 ‘알. 에프. 플린트’ 교수는 퇴적층을 어떻게 평가하는지에 대한 명백한 진술을 요청하였다. 그러나 학술 회의 보고서에 나타난 바와 같이 그러한 설명은 지금껏 나오지 않았다.¹⁷

그런데도 이들은 ‘노벨’ 학술 회의에 제시된 “절대 연대”이다. 대중 과학 잡지들에 실린 기사들을 보면, 방사성 탄소 연대 측정법이 지금은 과거 어느 때보다 더 견고하게 확립된 것 같은 인상을 받기 쉽게 되어 있다. 그러나 ‘웁살라’ 학술회의에서 진행된 토의 내용을 자세히 검토해보면 불확실한 점이 더 많아졌음을 알 수 있다. 방사성 탄소 이론은 그 연대를 받아들이도록 하는 견고한 기초가 되지 못한다. 20년간의 연구 결과 기본적인 대부분의 가정을 크게 약화시켜버렸다.

이제 와서는 나이테 연대 측정법이라고 하는 새로운 방법을 연구하는 하나의 집단에 의지하고 있다. 다른 연구실에서 앞으로 또 20년간을 연구하게 되면 이 방법에 대한 부가적인 약점이 또 얼마나 나타날는지, 이러한 실정에 비추어 볼 때에 당신은 가까운 장래에 중요한 결정을 내리는 데 있어서 성서보다는 그러한 연대 측정법에 더 의지하겠는가?

[각주]