방사성탄소 연대측정법 (放射性炭素 年代測定法)

과학기술

개념

내용 요약

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방사성탄소 연대측정법은 방사선을 이용해 유물·유적의 절대 연대를 측정하는 측정법이다. 고고학에서 가장 많이 사용하는 연대측정법의 하나로 잔존하는 방사성 탄소의 농도를 측정해 물체의 죽은 연대를 산출한다. 우리나라에서는 1961년에 처음으로 이 방법이 소개되었다. 1968년 한국원자력연구소에 측정 기재인 액체섬광측정기가 설치된 후 이용되었다. 현재 방사성 탄소 연대가 측정된 현황을 보면, 구석기시대가 2개 유적에서 3개, 신석기시대가 15개 유적에서 55개, 청동기시대는 16개 유적에서 32개, 기타 유적에서 28개가 있다.

정의

방사선을 이용해 유물 · 유적의 절대 연대를 측정하는 측정법.

내용

고고학에서 가장 많이 사용하는 연대측정법의 하나이다. 이 방법은 1949년 미국의 물리화학자 리비(Libby, W.F.)가 대기 중에 존재하는 방사성 탄소(C¹⁴)의 생성체계를 밝혀내고, 고고학에 응용함으로써 시작되었다.

원리는 다음과 같다. 우주선(宇宙線)이 대기권에 돌입하면서 질소와 작용해 방사성 탄소를 생성시킨다. 이 방사성 탄소는 불안정한 상태이므로 얼마 지나지 않아서 방사선을 방출하고 질소로 환원하게 된다. 이와 같이 방사성 탄소는 한편으로 끊임없이 우주선에 의해 생성되면서 다른 한편으로는 붕괴되어 그 양이 감퇴되어 변화하는 양이 일정하며 다른 동위원소(C¹², C¹³)에 비해 일정한 비율(1/10¹²)을 차지한다는 것이다.

방사성 탄소는 대기권 속에서 이산화탄소(CO₂)를 형성한다. 모든 생물체는 호흡을 통해 계속적으로 받아들이므로 대기권 속의 방사성 탄소의 농도와 평형을 이룬다. 그러나 일단 죽은 생물체는 호흡을 멈추기 때문에 방사성 탄소의 교환이 중단되고, 내부에 축적된 방사성 탄소는 즉각 β선을 방출하고 그 수가 줄어든다. 방사성 탄소의 반감기(半減期)는 5730±40년이므로 5730년 전에 죽은 생물체는 살아 있는 생물체에 비해 방사성탄소의 양이 2분의 1밖에 되지 않는다.

따라서 잔존하는 방사성 탄소의 농도를 측정해 그 물체의 죽은 연대를 산출할 수 있는 것이다. 이 방법을 적용할 수 있는 시료(試料)로는 목탄(木炭) · 목편(木片) · 패각(貝殼) · 인골(人骨) 등이고 측정 가능한 연대는 3만∼4만년 전까지이다.

1960년대에 들어와서 측정 방법의 발달과 더불어 방사성 탄소 연대와 실연대(實年代)와의 사이에 생기는 편차를 어떻게 조정하는가 하는 연구가 진행되었다. 이 두 연대의 차이를 조정하는 것을 연대보정(年代補正)이라 부르는데, 이를 통해 방사성 탄소가 더욱 실연대에 가깝게 되었다. 그러나 이 방법에서 가장 주의 깊게 취급해야 할 점은 시료의 오염 문제이다. 오염된 시료로 측정된 방사성 탄소 연대는 오차가 클 뿐더러 그 오염의 정도를 짐작할 수 없기 때문이다. 따라서 시료를 채집할 때에 시료와 관계없는 불필요한 불순물의 유입을 막아야 한다.

방사성 탄소 연대의 해석문제로, 한 두 개의 방사성 탄소 연대가 한 유적의 연대를 정확히 알려주는 것이 아니다. 통계적인 의미를 지니고 있기 때문에 여러 개의 방사성 탄소 연대가 모여야만 한 유적이나 한 문화기(文化期)의 절대 연대를 제시할 수 있는 것이다.

우리나라에서는 1961년에 처음으로 방사성 탄소 연대 측정법이 소개되었다. 최초의 방사성 탄소 연대는 맥코드(MacCord)가 1951∼1952년에 가평마장리 유적(加平馬場里遺蹟)에서 얻은 목탄을 채집, 미국 미시간대학에 의뢰해 발표한 1700±250B.P.(M―303)이다. 국내인으로는 김정학(金廷鶴)이 웅천패총(熊川貝塚)에서 목탄을 채집해 역시 미시간대학에 보내 측정하였다. 그 뒤 1968년 한국원자력연구소에 방사성 탄소 연대 측정기재인 액체섬광측정기(液體閃光測定器)가 설치된 후, 본격적으로 이용되기 시작하였다.

현재 방사성 탄소 연대가 측정된 현황을 보면, 구석기시대가 2개 유적에 3개이고, 신석기시대가 15개 유적에서 55개이며, 청동기시대는 16개 유적에서 32개이고, 기타 유적에서 28개가 있다. 이들 연보를 나이테 연대에 의해 연대 보정을 해보면, 신석기시대는 서기전 5000∼서기전 1000년 사이에 분포하고 있고, 청동기시대는 서기전 1300∼서기전 200년 사이에, 초기 철기시대는 서기전 200년 이후에 나타나고 있다.

이 방법은 시료를 취급하는 과정에서 오염 방지에 유의한다면 유적의 절대 연대를 얻는데 가장 확실한 것이 될 수 있다. 그리고 앞으로 측정방법의 혁신, 즉 β선을 측정하는 것이 아니라 고에너지 가속기와 고도의 질량분석기에 의해 방사성 탄소 원자를 직접 헤아리는 방법이 개발된다면 이 방법의 활용범위가 더욱 넓어질 것이다.

참고문헌

『한국고고학개설』(김원룡, 일지사, 1973)

관련 항목

• 고고학 선사문화 개념 유적이나 유물과 같은 잔존 물질 자료를 통해 인류의 과거를 연구하는 학문.
• 구석기시대 선사문화 개념 인류가 처음으로 나타난 시기부터 약 1만년 전에 신석기시대가 시작되기 전까지 돌을 깨뜨려 도구를 만들어 사용하던 시기.
• 신석기시대 선사문화 개념 구석기시대 다음 시대로 농경과 정주, 토기, 마제석기, 궁시 등을 주요 문화적 지표로 하는 시대.
• 청동기시대 선사문화 개념 서기전 1000년 대 전반을 중심으로 무문토기와 함께 청동기를 제작 사용하고 큰 돌 지석묘와 다량의 청동기 부장묘가 조성된 시대.
• 철기시대 선사문화 개념 인류가 철을 이용해 도구로 사용하게 된 시기부터 역사시대 이전까지의 시기.
• 가평 마장리 유적 선사문화 유적 경기도 가평군 북면에 있는 철기시대 석기류 · 토기류 · 토제 시루 등이 출토된 집터.
• 창원 웅천 조개더미 선사문화 유적 경상남도 창원시 진해구에 있는 삼국시대 집터와 돌널무덤 · 토기류 · 골각기 관련 조개더미.

집필자

최성락