학문
엄격한비단벌레5
공룡 화석으로 나이는 어떻게 알아내나요?
아주 오래된 화석을 발견하면 몇천만 년 전 생물인지까지 발표하는 것이 신기합니다. 뼈 자체를 검사하는 것인지 주변 암석의 나이를 재는 것인지 궁금한데요. 화석이 발견된 지층의 연대와 실제 생물이 살았던 시기는 어떤 방법으로 연결하여 알아 내는 건가요?
4개의 답변이 있어요!
안녕하세요, 엄격한비단벌레5님. 이중철 전문가입니다.
먼저, 공룡 화석의 나이는 화석 뼈 자체나 주변 흙을 직접 측정하는 것이 아니라, 화석층 위아래에 끼어 있는 화산재와 용암 같은 화성암의 방사성 동위원소 반감기를 측정하는 절대 연대 측정법과 표준화석을 비교하는 지층 대비법을 결합하여 알아내고 있답니다.
■ 뼈 자체나 퇴적암을 직접 측정하기 어려운 이유
고고학에서 널리 쓰이는 방사성 탄소-14 연대 측정법은 반감기가 약 5,730년에 불과하여 최대 5만 년에서 6만 년 전까지만 측정이 가능합니다. 공룡은 최소 6,600만 년 전에 멸종했기 때문에 뼈 속에 방사성 탄소가 전혀 남아 있지 않은데요. 더욱이 수천만 년의 세월 동안 뼈의 본래 유기물은 지하수의 미네랄로 완전히 치환되어 단단한 돌로 굳은 상태입니다. 또한 화석을 품고 있는 퇴적암 역시 서로 다른 시기에 풍화된 오래된 암석 알갱이들이 뒤섞여 쌓인 것이므로, 모래 알갱이의 나이를 재더라도 뼈가 실제로 묻힌 지층의 형성 시기를 정확히 알려주지는 못한답니다.
■ 화성암의 방사성 동위원소 붕괴를 활용한 샌드위치 연대 측정
과학자들은 퇴적층 사이에 샌드위치처럼 끼어 있는 화산재층(응회암)이나 용암이 굳은 화성암을 핵심 열쇠로 활용합니다. 화성암은 마그마가 식어 광물 결정이 굳는 순간 방사성 시계가 작동하기 시작하는데요. 지르콘 광물 속 우라늄이 납으로 붕괴하거나 칼륨이 아르곤으로 변하는 수억 년 단위의 긴 반감기를 질량분석기로 정밀하게 측정합니다. 예를 들어 공룡 화석이 포함된 퇴적층 아래의 화산재층이 8,000만 년 전이고, 위의 화산재층이 7,500만 년 전으로 분석된다면, 그 사이에 묻힌 공룡은 7,500만 년에서 8,000만 년 전 사이에 생존했음을 명확히 확정할 수 있습니다.
■ 표준화석과 지층 누중의 법칙을 통한 교차 검증
모든 발굴지에 화산재층이 함께 존재하는 것은 아니기 때문에 고생물학자들은 상대 연대 측정법을 병행합니다. 아래 지층이 위 지층보다 먼저 쌓였다는 지층 누중의 법칙과 함께, 특정 시기에만 전 지구적으로 번성했던 암모나이트나 미세 유공충 같은 표준화석을 확인하는데요. 이를 통해 화산재층이 없어 연대를 바로 알 수 없는 지층이라도, 이미 절대 연대가 밝혀진 다른 지역의 지층과 동일한 화석군을 대조하여 정확한 생존 시기를 입체적으로 엮어내는 것이거든요.
정리하자면,
공룡 화석의 나이는 돌로 변한 뼈 자체를 재는 것이 아니라, 화석층 위아래 화성암 속 방사성 동위원소의 반감기로 절대적인 시간의 범위를 좁히고, 함께 발견되는 표준화석으로 전 세계 지층을 교차 대비하여 생물이 살았던 정확한 연대를 밝혀내는 정밀한 융합 과학의 산물이랍니다.
※ 질문자님을 포함하여 소중한 분들의 건강, 재산과 안전을 지키고, 혹시나 발생할 수 있을 다양한 문제 상황에 놓이지 않기 위해서라도 저를 포함하여 다양한 토픽에서 활동하는 모든 전문가분들의 아하 지식커뮤니티에서의 답변은 예외 없이 참고 용도로만 유용하게 활용하시기 바랍니다.😉
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채택된 답변안녕하세요. 임형준 수의사입니다.
공룡 화석은 뼈 자체보다 주변 지층의 연대를 측정하는 경우가 많습니다 화석 위 아래에 있는 화산재층의 우라늄, 납이나 칼륨, 아르곤 동위원소 붕괴를 이용해 연대를 계산해야 합니다. 이를 통해 화석이 묻힌 시기의 범위를 추정하며, 지층의 순서와 표준화석도 함께 활용합니다.
안녕하세요. 공룡 화석의 나이는 대부분 화석 자체의 뼈를 직접 측정하는 것이 아니라, 화석이 묻혀 있던 주변 암석의 연대를 측정하여 알아냅니다. 특히 방사성 동위원소의 붕괴 속도를 이용하는 방법과 지층의 형성 순서를 함께 분석하면 수천만 년에서 수억 년 전까지 생물의 생존 시기를 추정할 수 있습니다.
먼저 화석이 발견된 지층의 위아래에 있는 화산재나 화성암의 나이를 측정하는데요, 이때 사용하는 대표적인 방법이 방사성 동위원소 연대 측정법입니다. 암석 속에는 칼륨-40이나 우라늄-238처럼 시간이 지나면서 일정한 속도로 다른 원소로 변하는 방사성 동위원소가 들어 있습니다. 예를 들어 우라늄-238은 매우 긴 반감기를 거쳐 납-206으로 변하는데, 원래 동위원소와 생성된 원소의 비율을 측정하면 암석이 만들어진 시점을 계산할 수 있습니다. 이때 화석이 발견된 지층 아래쪽의 화산암이 1억 5천만 년 전, 위쪽의 화산재층이 1억 4천만 년 전에 형성되었다면, 그 사이에 묻힌 화석은 대체로 1억 5천만~1억 4천만 년 전의 생물이라고 추정할 수 있습니다. 즉, 화석이 형성된 시기를 위아래 지층의 연대 사이에 놓고 범위를 좁히는 것입니다.
여기서 중요한 점은 공룡의 뼈 자체를 방사성 탄소 연대 측정법으로 검사하는 것은 아니라는 사실입니다. 탄소-14의 반감기는 약 5,730년이어서 수천만 년 전에 살았던 공룡의 나이를 알아내는 데는 적합하지 않습니다. 대신 훨씬 긴 반감기를 가진 우라늄이나 칼륨 등의 동위원소를 이용해 주변 암석을 측정합니다.
또한 지층 속에서 발견되는 특정 화석의 종류를 비교하는 생물층서학도 활용하는데요, 이미 연대가 밝혀진 다른 지역의 화석과 비교하면 화산암이 없는 지역에서도 지층의 연대를 추정할 수 있습니다. 즉 공룡 화석의 연대는 방사성 동위원소 측정, 지층의 위아래 관계, 화석의 종류 등을 종합하여 결정하는 것이며, 한 가지 방법에만 의존하지 않고 여러 증거를 교차 검증하기 때문에 수천만 년 전이라는 구체적인 연대까지 밝혀낼 수 있는 것입니다. 감사합니다.
비단벌레님의 질문에서 이미 말씀하신대로 뼈 자체를 직접 검사하기보다는, 화석이 발견된 주변의 지층과 암석을 분석하는 방법이 주로 사용됩니다.
왜냐하면 공룡 뼈는 수천만 년 동안 광물로 바뀌어 돌이 된 상태이며, 뼈 측정에 쓰이는 탄소 연대 측정법은 약 5~6만 년까지만 측정할 수 있기 때문입니다. 수천만 년 된 공룡 화석에는 탄소-14가 거의 남아있지 않아 이 방법으로는 나이를 잴 수 없는 것이죠.
대신 과학자들은 화석 주변 지층을 이용해 나이를 알아내는데, 먼저 지층이 쌓인 순서대로 나이를 비교하는 상대 연대 측정법을 적용합니다.
이어서 퇴적층 위아래에 위치한 화산재인 응회암 층에서 우라늄이나 칼륨 등의 방사성 동위원소 감소 비율을 측정하는 절대 연대 측정법을 사용합니다.
예를 들어 화석 아래 화산재가 7,000만 년 전, 위 화산재가 6,500만 년 전이라면, 그 사이에 묻힌 공룡은 약 6,800만 년 전에 살았다고 추정하는 방식입니다.
이런 형태로 지층의 순서와 주변 화산재 암석의 절대 연대를 참고해서 화석의 나이를 밝혀내는 것이죠.