탄소 연대 측정

살아 있는 동안 식물은 광합성으로 공기 속 이산화탄소에서, 동물은 그 식물이나 다른 동물을 먹어서 몸 안에 탄소를 채워 넣어요. 이 탄소의 출발점인 공기 속에는 대부분의 보통 탄소(탄소-12)와 함께, 아주 적은 양의 방사성 탄소(탄소-14)가 섞여 있어요. 살아 있는 동안에는 먹고 배출하는 과정을 끊임없이 반복하기 때문에, 몸속 방사성 탄소의 비율은 대기 중 비율과 거의 같게 유지돼요.

하지만 생물이 죽으면 더 이상 광합성을 하거나 먹지 않아요. 새로운 탄소가 몸속으로 들어오는 통로가 완전히 닫히는 셈이에요. 이때부터 이미 몸 안에 들어와 있던 탄소-14는 다른 물질로 바뀌며 일정한 속도로 줄어들기 시작해요.

이것은 마치 생명이 멈춘 순간 작동하기 시작하는 모래시계와 같아요. 시간이 흐를수록 모래알이 점점 줄어들기 때문에, 남은 모래알의 양만 재면 이 모래시계가 언제 뒤집혔는지 거꾸로 계산할 수 있어요.

방사성 탄소가 줄어드는 속도는 주변의 온도나 습도, 압력이 변해도 전혀 달라지지 않아요. 불에 타거나 꽁꽁 얼어도 방사성 탄소가 절반으로 줄어드는 데 걸리는 시간은 약 5,730년으로 항상 똑같아요. 과학자들은 어떤 물질의 양이 절반으로 줄어드는 데 걸리는 이 시간을 반감기라고 불러요.

예를 들어 옛날 무덤에서 발굴한 나무 조각 속 탄소-14의 양이 살아 있는 나무의 딱 절반이라면, 그 나무는 약 5,730년 전에 베어진 것이 돼요. 만약 4분의 1만 남아 있다면 반감기를 두 번 거친 셈이므로 약 11,460년 전의 유물이라고 알아낼 수 있죠.

이렇게 탄소-14는 줄어드는 속도가 환경에 흔들리지 않는 믿을 만한 자연의 시계 역할을 해요. 다만 시료가 다른 탄소로 오염되면 결과가 틀어질 수 있어서 시료를 깨끗이 다루는 일이 중요해요.

탄소 연대 측정도 만능은 아니에요. 먼저 흙을 구워 만든 도자기 자체나 금속으로 만든 청동검은 이 방법으로 잴 수 없어요. 이 방법은 과거에 살아 숨 쉬었던 뼈, 나무, 가죽, 종이 같은 유기물에만 적용할 수 있거든요.

측정할 수 있는 시간의 한계도 있어요. 반감기를 여러 번 거쳐 약 5만 년에서 6만 년이 지나면, 남아 있는 탄소-14가 너무 적어서 현대 기술로도 정확히 측정하기 어려워져요. 그래서 수천만~수억 년 전 공룡 화석의 나이는 화석이 묻힌 지층 위아래의 화산암을 반감기가 훨씬 긴 다른 방사성 원소로 재서 알아내요.

과거 시대마다 대기 중 탄소 비율이 미세하게 달랐다는 점도 고려해야 해요. 그래서 과학자들은 나이테가 뚜렷한 오래된 나무의 실제 나이와 비교하는 연대 측정 보정 작업을 거쳐 오차를 정밀하게 줄이고 있어요.