안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.
암석의 절대 연령을 측정하는 무기 핵화학적 방법 중 하나인 칼륨-아르곤 연대 측정법은 방사성 동위원소의 붕괴 속도가 외부 환경과 관계없이 일정하다는 원리를 이용합니다. 암석 내에 존재하는 칼륨-40은 시간이 흐름에 따라 일정한 확률로 붕괴하여 안정한 기체인 아르곤-40으로 변하게 됩니다. 이 붕괴가 일어나는 속도, 즉 양이 절반으로 줄어드는 데 걸리는 시간인 반감기는 약 12억 5천만 년으로 매우 길어 수억 년 전의 지질학적 사건을 추적하기에 적합합니다.
핵심적인 원리는 마그마가 굳어 암석이 형성되는 시점을 '0'으로 설정할 수 있다는 점에 있습니다. 암석이 녹아 있는 액체 상태일 때는 내부에서 생성된 아르곤 기체가 밖으로 빠져나가지만, 마그마가 냉각되어 고체 결정 구조를 형성하면 그 순간부터 생성되는 아르곤-40은 암석의 단단한 격자 구조 내에 갇히게 됩니다. 마치 모래시계를 뒤집는 것처럼, 암석의 생성과 동시에 아르곤이라는 생성물이 격자 내부에 축적되기 시작하는 것입니다.
지질학자들은 암석 시료를 채취하여 현재 남아 있는 칼륨-40의 양과 격자 속에 갇혀 있는 아르곤-40의 양을 정밀하게 분석합니다. 초기에는 아르곤이 전혀 없었다는 전제하에, 현재 측정된 두 원소의 상대적 비율을 반감기 공식에 대입하면 암석이 굳어진 이후로 얼마나 많은 시간이 흘렀는지 계산할 수 있습니다. 이러한 무기 핵화학적 변화는 온도나 압력 같은 물리적 요인의 영향을 받지 않으므로, 아주 오래된 지각의 형성 시기를 밝혀내는 신뢰도 높은 척도가 됩니다.