젊은 지구를 재확인한 RATE 현장의 아르곤

저자: D. Russell Humphreys
번역자: 한국창조과학회 (creation.kr)

최근 창조과학 연구 프로젝트인 ‘방사성 동위원소 및 지구의 나이(Radioisotopes and the Age of the Earth: RATE)’² 프로젝트에 대한 한 비판¹은 의도와는 다르게 내가 성경적 약 6,000년 지구 나이를 뒷받침하는 새로운 일련의 증거를 발견하는데 도움이 되었다.³ 본 글에서 소개하는 새로운 증거에 대한 상세한 내용은 창조 저널(Journal of Creation) 최신 호의 과학 전문 기사에 게재된 것이다.⁴ 이 증거는 RATE 프로젝트가 예전에 연구했던 현장인, 미국 뉴멕시코 주 북부 지방의 화산 분화구 근처에 있는 지각의 화강암질 암석을 수 마일 뚫고 들어간 시추공에서 얻어진 것이다.(아래 그림 1).

사진 제공 US National Park Service.

이 시추공 샘플에서 추출된 아주 작은 방사성 지르콘(zircon) 결정체에는 우라늄-238(uranium-238)과 그 핵붕괴 생성물인 납-206(lead-206)이 함유되어 있다. 현재의 느린 붕괴 속도를 감안하여, 동일과정설(uniformitarian, 균일설)을⁵ 주장하는 지구 과학자들은 이 암석은 15억 년 전에 형성되었다고 추정하고 있다. 그러나 창조과학자들은 우라늄에서 납으로 붕괴되는 과정에서 생성되는 헬륨이 놀랄 만큼 많은 량으로 지르콘 내에 계속 남아있음을 발견했다. 과거의 암석 온도가 현재의 암석 온도와 비슷했을 것이라는 가정 하에, 이 지르콘에서 우리가 측정한 헬륨의 누출속도에 따르면, 암석의 연대는 단지 6,000 ± 2,000 년에 불과함을 나타내었다⁶.

이러한 결과는 (현재의 붕괴 율로) 십억 년 이상의 핵 붕괴에 해당하는 헬륨이 단지 수천 년 기간 동안 지르콘 내에 생성되었음을 의미한다. 이는 핵붕괴의 가속화가 일어났고, 그로 인해 발생하는 열 방출의 가속화가 있었다는 RATE의 가설과 일치한다⁷. RATE 프로젝트는 이 가설을 뒷받침하는 다른 유형의 많은 증거들을 발견했다⁸. 물론, 동일과정론자들은 이러한 견해를 받아들이고 싶어 하지 않기 때문에, 자신들의 오랜 지질 연대를 유지하기 위하여 오히려 RATE 자료의 재해석을 시도해오고 있다.

RATE 연구 결과에 대한 한 비판가는 과거에는 이 암석 지층의 온도는 현재보다 매우 낮은 온도였을 것으로 주장함으로써, 헬륨-누출 연대를 십억 년 이상으로 증가시키고자 했다. 낮은 온도에서는 누출이 둔화되기 때문이다. 그는 1986년 미국의 3개 대학의 지구과학자들이 지구물리학 저널(Journal of Geophysical Research)에 발표한 논문에 전적으로 의존하고 있었다.⁹ 이들 지구과학자들은 시추공의 아르곤 데이터를 제약 조건으로 사용하여, 그 지층의 과거 온도를 모델링했었다. 그 논문은 내가 그 지층 온도에 관한 참고문헌으로 이용했던 세 논문 중의 하나였지만, 불명확하게 보였기 때문에 주의 깊게 검토하지 않았다. 그러나 이 새로운 비판으로 인하여 나는 그 논문을 더욱 세심히 살펴보게 되었다.

사진 제공 NASA.

1986년논문은인근화산을무시했다

놀랍게도 나는 인근 화산(그림 2)이 분출된 이후, 근거 없이 주장되고 있는 1백만 년이라는 기간 동안 그 지층에 가해졌을 열(heat)을 이 논문이 완전히 무시하고 있음을 발견했다. 그 대신 그들은 비교적 최근까지 지층 온도가 믿을 수 없을 정도로 낮았을 것으로 가정했으며, (지르콘 내의 과도한 량의) 헬륨이 존재하는 것에 대해서 이러한 가정은 비판가들이 자신의 주장을 뒷받침하기 때문에 선호되었다. 내가 인용한 다른 두 논문 중, 한 논문은 보다 합리적인 열 모델을 이용하여, 다른 논문은 실제 데이터를 이용하여, 낮은 온도였다는 가정을 반박하고 있었다.

헬륨 비판가들에 대한 나의 회신에서¹⁰, 나는 세 논문을 모두 주의 깊게 검토한 후, 동일과정론자들의 입장에서도 그 지층의 과거 온도는 지르콘에서 헬륨이 거의 완전히 없어질 정도로 충분히 오랜 기간 동안 현재 온도보다 상당히 높았을 것이라고 결론지었다. 이는 과거 온도가 현재와 같이 일정했을 것이라는 RATE의 가정이 실제로 동일과정론자들에게 매우 관대한 가정이었음을 의미한다. 그러나 해리슨(Harrison) 등은[9] 화산이 분출된 이후 근거 없이 주장되고 있는 1백만 년의 대부분의 기간 동안, 온도가 현재보다 훨씬 낮았을 것이라 말하고 싶어 한다. 왜 그들은 가해졌을 열을 무시하고자 하는가?

Wikipedia의 사진.

1백만년된화산은아르곤을제거했을것이다

그 답은 헬륨뿐만 아니라, 아르곤 또한 광물질에서 누출될(빠져나갈) 수 있다는 사실과 관련되어있다. 광물질의 온도가 높을수록 헬륨의 누출은 빨라진다¹¹. 화강암질 암석(그림 3)의 공통 광물인 장석은 많은 량의 칼륨을 함유하며, 이 중 약 0.01%는 방사성 동위원소인 칼륨-40(potassium-40, K-40) 이다. 현재 칼륨은 안정적인 동위원소인 아르곤-40으로 매우 천천히 붕괴하고 있다. 이 두 가지 동위원소의 량을 비교하고, 현재의 붕괴 속도가 과거에도 항상 같았을 것이라는 가정을 기초로 이루어지는 것이 잘 알려진 ‘칼륨-아르곤’ 방사성 동위원소 연대측정 방법이다. 해리슨 등은 시추공의 가장 깊고 뜨거운 부분에서, 핵 붕괴로 생성된 아르곤의 20% 이상이 장석 결정체 바깥으로 누출되었음을 발견했다.

또한 그들은 아르곤이 장석으로부터 누출되는 속도를 시추공의 다양한 깊이에서 측정했다. 이러한 데이터를 이용하여, 나는 가장 깊은 곳의 샘플이 현재 온도보다 뜨겁지 않다고 가정한다해도, 1백만 년 동안에 거의 모든 아르곤이 손실되었을 것임을 보여주었다.¹² 이러한 이유로 해리슨 등은 암석의 온도가 비교적 최근까지 매우 낮았다고 무리하게 가정했던 것이다. 그 다음, 그들은 무엇인가 알 수 없는 불특정한 열원으로 인하여 온도가 2만 년 동안에 걸쳐 현재의 고온까지 급속히 상승되었다고 가정했다. 창조론자인 지구 물리학자 존 바움가드너(John Baumgardner) 박사는 나에게, “작은 값으로 측정되는 화강암의 열 전도율을 고려해볼 때, 이 현장에 대한 이와 같은 온도 시나리오는 간단하고 잘 알려져 있는 열 확산 물리학과 어긋나기 때문에, 대응할 가치가 없다”고 말했다.

현장의나이가젊다고말하는아르곤데이터

시추공 내의 암석은 건조되어 있었으며, 그 낮은 열 전도율과 결합시키면 온도가 급속히 변화될 수 없었음을 의미한다. 시추공 바로 가까이에서 최근에 용암이 침투했을 것이라는(아직 완전히 관측되지 않았음) 해리슨 등의 가정이 옳다 하더라도, 지난 5,000년 동안 온도가 섭씨 50도(화씨 90도) 이상 변화할 수는 없다.¹³ 이러한 변화도 비교적 작은 변화이다. 현장에 대한 로스알라모스 국립연구소의 보다 합리적인 동일과정론적 열 모델이 제시하는 온도 변화는 이보다 훨씬 작았다.¹⁴ 이로 인해 우리는 암석 온도가 지난 수천 년 동안 대략 일정했음을 (단순한 계산으로도) 추정할 수 있다.

그 다음에 나는 해리슨의 데이터와 방정식을 사용하여, 암석 지층에 있는 장석은 관측된 량의 아르곤을 단지 5,100년 만에 잃어버릴(빠져나갈) 것임을 계산해냈다. 데이터의 실험적 오차에 대한 추정치는 ±수천 년 정도였다. 이와 같은 연대는 해리슨 등의 논문 결과와 일치하는 것이었다. 비록 그들은 그 수치를 오랜 기간 동안의 믿기 어려운 저온 상태 후에 급속한 열 충격을 받았다고 가정하는 기간만을 나타내는 것이라고 주장하고 있지만 말이다,

이와 같은 5,100년의 아르곤 확산 연대(argon diffusion age)는 동일 암석지층에 대한 6,000 ± 2,000 년이란 RATE의 헬륨 확산 연대와 일치한다. 그래서 이제 우리는 두 개의 서로 다른 광물에서 일어난 두 가지 상이한 유형의 핵 붕괴로부터 두 가지 다른 기체(아르곤과 헬륨)를 이용하여 각각 다른 두 개의 연대 측정치를 가지게 되었으며, 이 두 가지 방법은 그 오차 범위 내에서 일치하고 있었다. 이와 대조적으로, 동일과정론자의 오래된 연대라는 시나리오에 따르면, RATE 프로젝트 결과와 해리슨 등의 관측 결과와는 반대로 암석에 헬륨이 전혀 없어야 하며, 아르곤은 거의 없어야 한다.

성경의 고린도후서 13장1절은 다음과 같이 말한다. “…세 증인의 입으로 말마다 확정하리라.” RATE 시추공의 헬륨은 지구의 역사가 수십억 년이 아니라 수천 년임을 이미 증명했다. 이제, 동일한 현장에서 채취된 불활성 기체인 아르곤은 성경에서 말하는 젊은 지구를 확정짓는 두 번째 증인이 되고 있는 것이다.