화석의 나이는 얼마나 되는가?

“중공, 50만년된 북경인의 화석 발굴”

종종 이와 같은 신문 표제를 본 적이 있는가? 독자는 화석이 50만년된 것인지를 어떻게 알아 내는지 궁금할 것이다.

과학자들이 화석의 연대를 측정하는 데는 몇 가지 방법이 있다. 그들이 가장 신뢰하는 방법은 방사능 연대 측정법이다. 그 원리는 무엇인가? 그것은 참으로 정확한가?

대개, 화석 자체가 아니라 화석과 동일한 지층의 암석에서 발견되는 방사성 광물질의 연대가 측정된다.

‘우라늄’-납 연대 측정법. ‘우라늄’은 극히 서서히 납으로 변화되는 방사성 원소이다. ‘우라늄’ 하면 보통 ‘우라늄’-238을 가리키는데, 이것은 45억년 만에 그 반이 납으로 변하는 비율로 붕괴한다. ‘우라늄’을 포함하고 있는 광물질의 연대는 그 안에 얼마만큼의 납이 형성되었는가를 측정함으로써 판정될 수 있다.

따라서 어떤 광물질에 들어 있는 ‘우라늄’과 납의 함량을 화학적으로 분석하면, 간단한 계산으로 그 연대가 산출된다. 그러나 납에는 몇 가지 동위 원소가 있는데 오직 납-206만이 ‘우라늄’-238에서 나온다는 사실로 인하여 분석은 복잡해진다. 그래서 화학자는 납 속에 이 특정 동위 원소가 얼마나 들어 있는지를 알아내기 위해 물리학자의 질량 분석계의 도움을 받지 않으면 안 된다.

하지만, 그 해답이 정확하려면 두 가지 극히 중요한 가설이 사실과 부합하지 않으면 안 된다.

첫째로, 용암의 ‘마그마’가 식으면서 ‘우라늄’ 광물질이 형성될 때 거기에는 납이 전혀 섞여 있지 않았어야 한다. 만일 납이 조금이라도 섞여 있었다면 새로 형성된 암석은 이미 수백만년이나 된 것처럼 보이게 될 것이다.

둘째로, 그 광물질에서 납이 조금도 누출되지 않았어야 한다. 연대 측정에 필요한 납이 얼마간 오래된 광물질에서 새어 나갔다면, 그것을 분석할 때 훨씬 연륜이 짧은 것처럼 보이게 될 것이다.

따라서, 이 방법은 틀림없는 것이 아니다. 그럼에도 불구하고, 이러한 함정에 적절히 유의하여, 많은 고대 암석층에 대해 상당히 신뢰할 만한 연대가 매겨졌다. 이 방법에 근거하여 지각에서 가장 오래된 부분의 연대는 40억년 이상으로 매겨졌다.

그러나 ‘우라늄’ 광물질은 화석과 동일한 지층에서 발견되지 않는다. 화성암, 또는 열로 변성된 암석 속에서는 어떠한 화석이라도 파괴되고 말 것이기 때문이다. 그래서 화석의 연대를 측정하기 위해서는 다른 방사성 시계들이 이용되지 않으면 안 된다.

‘칼륨-아르곤’ 연대 측정법. ‘칼륨’ 원소는 광물계에 널리 퍼져 있다. ‘칼륨’의 동위 원소 중 극히 희귀한 ‘칼륨’-40은 13억년의 반감기로 붕괴한다. 그 대부분은 ‘칼슘’으로 변하지만 그 중 11‘퍼센트’는 다르게 붕괴하여 ‘아르곤’이 된다. 그런데 ‘아르곤’은 불활성 기체이다. 그것은 다른 원소들과 결합하지 않으며 보통 대기 중에서만 발견된다. 그러나 장기간 외부 영향을 받지 않은 ‘칼륨’을 함유하고 있는 장석(長石)과 같은 광물질에는 방사성 과정으로 생긴 ‘아르곤’이 빠져 나가지 못하고 붙잡혀 있다.

화산재 속에 화석이 묻힌 상태에서 ‘칼륨’의 이러한 특성이 이용된다. ‘칼륨-아르곤’ 연대 측정법의 이론은 단순하다. 화산이 폭발하면 분출된 용암은 이전에 암석 속의 ‘칼륨’으로부터 형성됐던 ‘아르곤’을 상실한다. 화산 활동이 정지하면서 암석은 굳고, 이제 ‘아르곤’이 제거된 ‘칼륨’이 암석 속에서 다시 ‘아르곤’을 만들기 시작한다. 그리하여 ‘칼륨-아르곤’ 시계는 0으로 맞춰지며, 폭발 시에 묻힌 것은 어느 것이든지 그 주위의 재를 분석함으로써 연대를 측정할 수 있다.

이론은 훌륭한 것처럼 들리지만 실제로는 이것 역시 기본 가설에서부터 난점이 있다. 한편으로는 ‘아르곤’이 광물질에서 빠져 나갔을 가능성이 연대 측정치가 너무 적어지게 할 수 있다. 반면에, 화산의 열로 인해 용암에서 ‘아르곤’이 전부 증발되지 않았다면 이 시계는 시작점부터 잘못된 것이 될 것이다.

‘칼륨-아르곤’ 연대 측정법이 비교적 최근의 퇴적물 즉 몇 백만년 이내의 퇴적물에 이용될 때 이것은 특히 심각할 수 있다. 재 속에 극미량의 ‘아르곤’이 남아 있어도 엄청난 오차가 있게 될 것이다. 가령, 매장되어 있던 ‘칼륨’ 광물질이 화산 폭발로 분출되기 전에 10억년 동안 ‘아르곤’을 축적해 왔다면 재 속에 그 ‘아르곤’의 1‘퍼센트’의 8분의 1만 남아 있어도 그 안에 새로이 묻힌 뼈의 연대는 그 때 이미 100만년이나 되어 있던 것처럼 측정될 것이다.

이것은 1억년된 퇴적물에서는 심각한 오차가 안 될지 모른다. 그러나 ‘탄자니아’의 ‘올두바이’ 협곡에서 발견된, 소위 인류의 조상에 대한 주장 즉 그 화석이 100만년 내지 200만년된 것이라는 주장이 그로 인해 얼마나 잘못된 것이 될 수 있는지 이해할 수 있을 것이다. 시침밖에 없는 시계로 초를 읽기란 어려운 법이다.

과학적 연대 측정의 불확실성을 확증하는 다음 사실에 유의하라. 두명의 과학자가, 6,500만년된 것으로 연대가 매겨진 이전 발견물과 새로운 발견물을 연관짓기를 원했다. 그러나 ‘칼륨-아르곤’ 연대 측정은 새로운 발견물이 4,400만년밖에 안 되었다고 즉 2,100만년이나 차이가 지는 것이라고 판정하였다. 아무런 문제도 되지 않았다.—뜻이 있는 곳에는 길이 있는 법. 두 과학자는 “그 원인은 ‘아르곤’의 상실 또는 불순물 때문이라고 말한다.” 1981년 7월 18일자 「사이언스 뉴우스」지의 보도다. 연대가 그들의 목적에 부합되면 당연하다는 듯 넘어가고 그렇지 않은 때는 독단적이 되는 그러한 태도이다.

방사성 탄소 연대 측정법. 탄소-14의 반감기가 5,500년이라는 데 근거를 둔 방사성 탄소 시계는 인간이 지상에 존재해 온 기간 내의 연대를 측정하는 데는 훨씬 더 유용하다. 이 경우, 창조 이래 죽 존재해 온 방사성 원소를 이용하는 것이 아니다. 반감기가 매우 짧기 때문에 방사성 탄소는 오래 전에 모두 없어졌었을 것이다. 그러나 이 동위 원소는 지구의 대기로 쏟아져 들어오는 우주선(線)으로 말미암아 끊임없이 형성되고 있다.

모든 생물에는 각 조직체 부분마다 탄소가 들어 있는데, 살아 있는 생물의 탄소-14의 비율은 대기중의 이산화탄소의 탄소-14 비율과 같다. 생물이 죽어서 땅에 묻히고 그래서 대기로부터 단절되면 탄소-14는 점점 붕괴하여 사라진다. 그러므로 오래된 나무 조각이나 숯 조각을 파내어, 남아 있는 탄소-14의 비율을 측정하면 그것이 얼마나 오래 전에 살던 나무의 일부분인가를 알 수 있다.

이것 역시 이론이다. 실제로는 잘못된 판독이 나오게 할 수 있는 것들이 많다. 표본을 쉽게 망칠 수 있는 한 가지는 보다 오래된, 혹은 보다 최근의 탄소가 든 다른 물질과 혼성될 수 있는 가능성이다.

특히 매우 오래된 표본의 경우 매우 심각한 의문은, 고대에도 대기 중의 방사성 탄소 비율이 오늘날과 똑같았는가 하는 것이다. 이것을 확실히 알 수 있는 방도는 없다. 왜냐하면 방사성 탄소의 비율은 우주선이 얼마나 쏟아졌느냐에 달려 있는데, 이것은 상당히 변덕스럽고 불규칙적이기 때문이다. 가령 인류의 초기 역사 기간에 어떤 이유론가 우주선의 강도가 평균적으로 현재의 반밖에 안 되었다고 한다면, 그 기간에 나온 표본은 모두 실제보다 5,500년 더 된 것처럼 보일 것이다.

과거에 우주선의 강도가 어느 정도였는지를 알 방도가 없으므로 탄소-14 연대는 역사적 유물로 탄소 시계가 측정된 기간 즉 약 3,500년 전 이내의 기간에 대해서만 인정하는 것이 현명하다. 그보다 더 오래되면 될수록 그 연대는 더욱 더 부정확해진다.

그러므로 연대는 얼마나 믿을 만한가? 북경인의 화석은 참으로 50만년이 된 것인가? 「브리태니커 백과사전」이 이에 대해 무엇이라고 말하는지 보기로 하자. 각기 다른 지역의 지층에서 발견된 비슷한 동물 화석들을 걸 맞추려는 것에 대해 그 책은 이렇게 말한다.

“이러한 일련의 증거들은 직립 원인이 본질적으로 중기 홍적세 초에 속한다는 잠정적인 결론에 이르게 했다. ·⁠·⁠· 화석 기록상 직립 원인의 가장 최근의 중심 표본으로 받아들여지는 것은 중국의 북경, ‘쟈바’의 ‘트리닐’, ‘알제리아’의 ‘터니핀’, ‘탄자니아’의 ‘올두바이’인 9의 두개골 등으로 된 집단인 것 같다. ‘트리닐’ 층에 대한 반복적인 ‘칼륨-아르곤’ 연대 측정으로 이들의 연대는 55만 년 전으로 추산되었다. ·⁠·⁠· 직립 원인의 연대 범위는 150만 년 전 내지 50만 년 전인 것으로 말하는 것이 이치적인 것 같다.”

“잠정적인”, “인 것 같다”, “추산”, “말하는 것이 이치적” 등, 분명한 주장을 회피하기 위한 많은 양다리 걸치기 표현들에 유의하라. 북경인의 화석 연대가 측정되었다고 말하지 않았다. 추리를 주워 모아 내린 결론은 결국 하나의 분석에 근거한 것인데, 이 분석에서, 이전에 축적되었던 ‘아르곤’의 일천분의 일만 ‘칼륨’ 광물질에 남아 있어도 그것만으로도 전체 50만 년이라는 기간이 나올 수 있는 것이다. 신문 표제의 배후를 살펴 볼 때 우리는 북경인의 화석 연대에 대해 널리 선전된 주장의 확고한 증거를 찾아 볼 수 없다.

인간 창조에 관한 성서 역사를 흠잡기 원하는 사람이라면, 자기 입장을 정당화하기 위해 과학적인 연대 측정 방법의 상호 모순된 주장들을 이용할 수 있다. 그러나 공평을 기하기 위해서는, 그러한 연대 측정 방법에 오차가 너무 많고 믿을 수가 없기 때문에 성서를 하나님의 진리의 말씀으로 받아들이는 사람의 믿음에 성공적으로 도전할 수 없다는 점을 인정하지 않으면 안 될 것이다.

[17면 삽입]

그 해답이 정확하려면 두 가지 극히 중요한 가설이 사실과 부합하지 않으면 안 된다

[18면 삽입]

시침밖에 없는 시계로 초를 읽기란 어려운 법이다

[18면 삽입]

탄소-14 연대는 그 연대가 역사적인 유물로 측정될 수 있을 때에만 인정하는 것이 현명하다

[19면 삽입]

신문 표제의 배후를 살펴 보면 북경 원인의 화석 연대에 대한 주장을 밑받침하는 증거가 없음을 알게 된다