테리 몰텐슨의 「수십억 년의 연대를 받아들여서는 안 되는 7 가지 이유」의 7항에 대한 비판적 검토
7항. 방사성 동위원소 연대측정 방법은 수십억 년을 입증하고 있지 않다.
[번역문] *이 번역문은 KACR의 홈페이지에서 인용했다.
방사성 동위원소 연대측정(radiometric dating)은 20세기 초까지 개발되지 않았었다. 그때에 전 세계는 수억 년의 연대 개념을 이미 받아들이고 있었다. 수십 년 동안 창조과학자들은 이 연대측정 방법이 매우 틀린 연대들을 나타내었음을 학술지에 발표한 많은 예들을 인용하여 왔었다. (예를 들면, 몇 백 년 전에 심지어 몇 십 년 전에 분출한 용암류들이 수백만 년의 연대를 나타내는 것과 같은). 최근에 창조과학자들은 그러한 증거들을 더 많이 밝혀내기 위해서 'RATE 프로젝트'라는 실험적, 이론적, 현장 연구를 수행했다. 그 결과 방사성 동위원소 연대측정 시계들은 같은 시료에 대해서 서로 다른 결과들을 나타내었고, 진화론자들이 수억 수천만 년 되었다고 주장하는 다이아몬드와 석탄들에서 단지 수천 년에 해당하는 방사성탄소(carbon-14)가 남아 있었으며, 방사성 붕괴율은 과거 한때 엄청나게 가속 붕괴되었다는 사실이 밝혀졌다. 이것은 수십억 년의 연대가 수천 년으로 축소될 수 있음을 가리키는 것으로, 성경의 기록을 확증하는 것이다.
[비판적 검토]
몰텐슨은 이번 항에서 20세기 초에 개발된 방사성 동위원소 연대측정 방법이 부정확한 것이라는 주장과 최근에 미국 창조연구소(ICR)가 2005년에 끝낸 8년간의 'RATE 프로젝트' 연구 보고서(ICR Challenges Validity of Radiometric Dating)를 인용하여 방사성 동위원소 연대측정에 의한 지구의 나이 46억년을 부정하고 있다. 그러므로 몰텐슨이 주장하는 방사성 동위원소 연대측정법의 현황과 창조과학자들의 'RATE 프로젝트' 보고서를 검토하지 않을 수 없다.
과학사에서는 뉴턴이 최초로 지구의 나이를 약 5만년으로 추정한 이후 연대측정 방법이 발전하면서 점점 늘어난 것으로 나타난다. 현대 '절대지질연대표'에 나타나는 약 46억년의 지구의 나이와 각 지질 시대의 연대는 방사성 동위원소 연대측정법으로 측정한 수치인 것은 사실이다. 지질학에서 이용하는 방사성 동위원소 연대측정법은 주로 두 가지 방사성 동위원소의 붕괴율을 이용하는 것이다. 첫째 방법은 방사성 우라늄-238의 반감기를 이용하여 무기질인 암석의 연대를 측정하는 우라늄-납 연대측정(U-pb dating)법이고, 둘째 방법은 방사성 탄소-14의 붕괴율을 이용하여 유기질인 화석의 연대를 측정하는 탄소 연대측정(radiocarbon dating)법이다. 몰텐슨이 방사성 동위원소 연대측정 방법은 틀린 것이므로 지질학적 오랜 연대가 입증된 것이 아니며, 따라서 지질학적 오랜 연대를 믿어서는 안 된다고 주장하고 있다. 몰텐슨의 주장을 검토하려면, 두 가지 연대측정 방법들을 정확히 알 필요가 있다.
우라늄-납(U-pb) 연대측정법은 암석 내에 불안정하게 존재하는 방사성 우라늄(U-238) 원소가 붕괴하면서 안정된 납(Pb) 원소로 변하는 성질을 이용한다. 이때 원래의 우라늄 원소는 모원소(parent element)라고 부르고, 새로 생기는 납 원소는 자원소(daughter element)라고 부른다. 모원소인 우라늄의 절반이 붕괴하여 자원소인 납으로 변하는 반감기(半減期)는 약45.5억년이다. 만일 어떤 암석을 측정하여 우라늄-238이 50% 붕괴하여 생긴 납의 양이 섞여있다면, 그 암석은 약 45.5억년의 연대를 가진 것으로 판정된다. 그러나 납에는 238U, 235U 등의 붕괴로 생긴 206Pb, 207Pb 등과 자연계에 존재하는 204Pb 등의 동위원소가 섞여 있다. 이런 불순물들을 완전하게 걸러내는 기술이 개발되기 전에는 이 방법에 의한 연대측정이 그만큼 정확하게 이루어지지 않았었다. 1927년에 이 방법을 이용하여 '절대지질연대표'를 처음 만들었던 아서 홈스가 지구의 나이를 약36억년이라고 계산했던 이유가 바로 이 때문이다. 과학계는 1970년대에 방사성동위원소 연대 측정에 AMS(가속기질량분석기)를 도입하였고, 1980년대 이후에는 고분해능이차이온질량분석기(SHRIMP)를 이용하여 암석 등의 연대를 거의 오차 없이 정확하게 측정할 수 있다. 지구의 나이가 약46억년이라는 것은 바로 이런 최신 과학장비들로 측정한 결과이다.
방사성 탄소-14 연대측정법은 몰텐슨과 같은 젊은 우주론자들이 과학계의 연대측정 기술에 불신을 제기하는 단골 메뉴이다. 그러므로 이에 대해서는 간략하지만 정확하게 사실을 이해해야 할 필요가 있다. 탄소는 질량수 12(양성자6_중성자6)이다. 그러나 탄소에는 질량수 13인 동위원소 C-13(양성자6+중성자7), 질량수 14인 C-14(양성자6+중성자8)가 더 있다. 대기에 있는 탄소의 구성 비율은 C-12가 98.9%, C-13이 1.1%, 그리고 C-14가 1/10¹⁰%이다. 이것은 방사능이 없는 C-12, C-13이 총 1조(兆)개가 있다면, 방사성이 있는 동위원소인 C-14는 1개밖에 없다는 의미다. 이런 구성 비율을 연대측정에 이용하기 위해서는 대기 중에 세 가지 탄소의 비율이 일정하게 유지되는 것으로 보아야 한다. 또한 살아 있는 동물과 식물이 가지고 있는 탄소-14의 비율도 이와 같다고 본다. 그러나 생물체는 죽는 순간부터, C-12와 C-13은 그대로 남아 있지만, C-14는 일정한 속도로 중성자 1개가 붕괴되면서 양성자 7개와 중성자 7개를 가진 질소-14로 변하기 시작한다. 질소-14는 곧바로 대기로 발산되거나 죽은 생물체가 묻힌 토양으로 흡수된다. 질소-14와 탄소-14는 같은 질량수(양성자수+중성자수=14)를 가지고 있으나, 차이점은 탄소-14는 불안정 원소이고 ,질소-14는 안정 원소라는 점이다. 죽은 생명체에서 빠져나온 질소-14는 땅으로 흡수되었다가 식물에 다시 흡수되거나, 대기 중에 머물다가 다시 C-14로 변하는 과정을 밟게 된다. 질소-14는 대기에서 가장 흔한 원소이고, 땅에서는 식물에게 가장 필요한 비료이다.
질소-14가 다시 C-14가 되는 과정은 대기권에서 지구로 쏟아지는 우주선(宇宙線) 에너지에 의해 핵반응이 일어나면서 양성자 하나가 중성자로 변하기 때문이다. 이렇게 변한 탄소-14는 광합성을 통해 식물에 흡수되었다가 먹이사슬을 통해 또는 호흡을 통해 다시 모든 동물에게 섭취된다. 이런 순환과정에서 탄소-14는 생물체와 대기에서 일정한 비율로 평형(equilibrium)을 이루게 된다. 그러나 생물체가 죽고 C-14의 섭취가 정지되면서 질소화가 진행되면, 그 순간부터 평형은 깨어지기 시작한다. 어떤 화석이 얼마나 오래 되었는지는 대기와 화석에 남아있는 C-14의 평형이 깨어진 상태를 측정해서 알 수 있게 된다. 다시 말하면 C-14을 이용한 연대 계산방법은 대기와 화석에 남아 있는 C-14의 잔존 비율의 변화를 비교해보는 것이다. C-14 연대측정 방법은 미국의 물리화학자 윌라드 리비(Willard F. Libby, 1908-1980)가 1946년에 논문을 발표하고 1949년에 고고학의 유물 연대측정에 이용하기 시작했다.
과거에는 C-14의 양을 실험적으로 측정하는 방법으로 방사선 계측법을 사용했으나, 현재는 가속기 질량 분석기를 이용한다. 방사선 계측법은 시료 속에 포함된 C-14의 중성자가 자연적으로 붕괴하면서 방출하는 전자의 수를 검출기나 계수기와 같은 장비로 측정하여 C-14의 양을 역산하는 방법이다. 하지만 이 방법은 탄소-14의 반감기가 5,730년이나 걸리기 때문에 적은 수의 전자만을 관찰할 수 있고, 이에 따라 상대적으로 큰 통계적 오차를 발생시킨다. 이에 비해 가속기 질량 분석법은 매우 적은 양의 시료로도 C-14의 비율을 정확히 알 수 있다. 가속기 질량 분석법은 시료속의 탄소 원자를 이온화 시킨 후, 입자 가속기로 가속한다. 가속된 이온을 자기장을 통과 시키면 그 질량에 따라 다른 궤적을 보이는데, 이를 통해 C-14 및 다른 탄소 동위원소를 구분할 수 있다.
두 가지 방사성 원소를 이용한 연대측정법에 대해서는 자칫 모두 반감기를 이용하는 것으로 오해하기 쉽다. 방사성 우라늄-238이 붕괴하면 자원소인 납은 암석에 그대로 남아 있다. 그러나 탄소-14는 그것이 머물러 있던 생명체가 죽는 순간부터 점차 질소화되어 사라져버리는 특성을 이용하는 것이다. 그러므로 방사성 탄소연대 측정법은 C-14의 반감기를 이용하는 것이 아니다. 방사성 C-14 연대측정법과 방사성 우라늄-납 연대측정법은 방사성 원소의 붕괴율을 이용하는 것은 같지만, 반감기를 이용하느냐 하지 않느냐는 점에서는 차이가 있다.
화석의 연대측정은 화석이 묻혀 있던 지층에서 채취한 시료를 이용한다. 먼저 그 지층에서 나온 시료의 연대측정에 의해 그 지층의 지질연대를 결정한 다음에 그것에다 화석 자체의 연대를 더하는 방식으로 하게 된다. 화석에 남아 있는 C-14는 반감기가 5,730년이므로 과거에는 C-14를 이용한 연대측정법은 약 6만년 정도의 기간에만 유용한 것으로 알려졌다. 그 이유는 과거에 사용하던 방사선 계측법의 한계 때문에 10번의 반감기가 지나면 잔량이 0.1% 미만으로 떨어져서 측정 시료를 찾기가 어려워지기 때문이다. 그러나 현재는 방사선 연대측정에 가속기질량분석기(AMS)가 이용되고, C-14 연대측정에 오차를 보정하는 다양한 기법까지 발전함으로써 더 작은 시료만으로도 측정이 가능해졌다.
측정기술이 아무리 발전해도 100% 정확성을 보장할 수 없다는 것은 사실이다. 그러나 과학기술의 발전에 따라 점점 정확도가 높아진다는 것도 사실이다. 연대측정 기술의 발전사에 얽힌 유명한 에피소드(episode)가 있다. 세계에서 가장 먼저 설립되었던 영국박물관 방사성탄소연대 실험실이 1948년부터 일을 시작했는데 2001년에는 문을 닫았다. 그 이유는 그들이 사용했던 연대측정 기술보다 훨씬 더 정밀한 AMS를 이용한 연대측정 기술이 등장했기 때문이었다. 과학은 오류들을 제거하는 기술들을 개발하면서 측정의 정밀성과 정확도를 점점 발전시키고 있다.
과학계가 지구의 나이를 약46억년이라고 발표했던 근거는 방사성 동위원소를 이용한 연대측정 기법의 발전과 그것을 응용한 최신 장비로 월석, 운석, 그리고 오래된 지구 암석 등의 연대를 측정한 결과에 의한 것이다. 이에 대응하여 6,000년 설을 주장하는 젊은 우주론자들의 본부인 미국 창조과학회(ICR)가 1997년에 'RATE 프로젝트'를 가동하여 과학계가 주장하는 오랜 연대를 검증하기로 했다. 'RATE'는 Radioisotopes and Age of The Earth(방사성 동위원소와 지구의 나이)의 머리글자를 조합한 것이다. 'RATE' 프로젝트'를 수행한 젊은 우주론자들은 8년의 연구 끝에 2005년 오랜 우주론이 과학적으로 틀렸다는 보고서를 제출했다. 이 보고서는 과학계의 방사성 동위원소 연대측정 방법에 오류가 있고, 그 결과도 따라서 틀렸다고 주장하는 것이다. 몰텐슨은 이 보고서에 수록된 주장들 중에서 3가지 -방사성동위원소연대측정 시계들이 틀렸고, 수억 수천만 년 되었다는 다이아몬드와 석탄에서 탄소-14가 남아 있었고, 방사성 붕괴율이 과거 한때에는 엄청나게 가속 붕괴되었다-를 소개하고 있다. 그러나 이 보고서가 발표되자 『지구의 나이, The Age of the Earth』를 쓴 G. Brent Dalrymple를 비롯한 전문 과학자들로부터 심각한 반박에 직면하게 되었다. 결국 이 프로젝트 보고서는 과거의 연대측정 기술과 자료를 문제 삼아 현대의 발전된 연대측정 기술과 그 결과를 왜곡하고 부정하기 위한 것으로 드러났다.
과학적인 논쟁은 사실이 확정되면 저절로 끝나게 되어 있다. 이제까지의 검토에서 젊은 우주론의 실상이 거의 모두 밝혀진 마당에 지면의 제한이 있는 이곳에서 'RATE 프로젝트'를 더 이상 길게 논의할 필요는 없다고 본다('RATE 프로젝트'에 관련하여 더 알고 싶다면, 양승훈의 『창조연대 논쟁-젊은 지구론, 무엇이 문제인가?』 제6강 "RATE 프로젝트 비판"에서 상세하게 다루고 있으므로 참고하면 좋을 것이다).
기독교 젊은 우주론자들이 과학적 기술과 자료를 부정할 근거가 확실하게 있다면, 기독교의 우산 아래 안주하지 말고, 일반사회의 학술적 연구 활동에 참여하여 오랜 우주론과의 논쟁에서 부디 승리하기 바란다. 젊은 우주론자들이 그렇게 나설 용기가 없다면, 기독교를 현대과학에 무지한 집단으로 매도되지 않도록 침묵하는 것이 오히려 기독교를 위하는 길이 된다는 사실을 깊이 인식해주시기 바란다. 지동설과 천동설의 예에서 보았듯이 과학적 논쟁에서는 승자의 이론만이 살아남는다. 현대 일반사회에서 젊은 우주론은 천동설의 2.0 버전 정도로 취급되고 있음이 사실이다.
허정윤(Ph. D. 역사신학, 케리그마신학연구원)
