1. 방사성 연대측정에 내재된 가정들
동위원소란 양자 수가 같아서 화학적 성질은 같지만 중성자 수가 달라 마치 한 원자의 형제와 같은 원소들이라 할 수 있다. 예를 들면 가장 간단한 원소인 수소의 동위원소들의 경우는 양성자 한 개와 중성자가 한 개인 수소가 있고, 양성자 한 개와 중성자가 둘인 중수소가 있으며, 양성자 한 개와 중성자가 셋인 삼중수소가 있다.
방사성동위원소 (radioactive isotope, 혹은 radioisotope)는 동위원소들 중 불안정하여 방사선, 즉 알파 입자나 베타 입자(전자)나 감마선을 방출하며 계속 분해하여 안정한 원소로 변해가는 원소들을 말한다. 이때 불안정한 원소를 모원소(parent element)라 하고, 안정하게 된 원소를 딸원소(daughter element)라 부른다. 방사성동위원소의 분해는 압력, 온도, 화학적 처리 등 외부 환경에 영향을 받지 않는다고 알려져 있었으나, 최근에는 분해속도의 변화 가능성이 제기되고 있다. 이런 방사성 동위원소는 자연적으로 만들어지기도 하고 인공적으로 합성되기도 하는데, 그 종류가 수천에 이른다. 천연에 존재하는 방사성 동위원소는 우라늄, 토륨, 라듐, 칼륨 등 70 여 종에 달하고, 원자로 혹은 입자가속기로 만들어지는 인공 방사성 원소들은 2,000 종이 넘고 그 수가 매 년 늘어나고 있다. 좀 더 자세한 원리나 방사선을 의료, 농수산, 식품, 과학 실험 등에 이용하는 정보는 www.ri.or.kr을 참고할 수 있다.
방사성 동위원소는 계속 분해 되어 처음 양이 반으로 되는 기간을 반감기라 부르는데, 이는 각 동위원소들이 현재 고유의 일정한 분해 속도를 가지고 있어 그 속도로부터 유추한 값이다. 이 분해 속도는 통상적인 압력, 온도, 화학적 처리 등 외부 환경에 상관없다고 알려져 왔지만, 이 결론에 반대되는 실험 결과들이 보고되기도 한다.
원소에 따라 반감기의 기간(분해속도)은 다양한데, 일반적인 조건에서 수십억 년에서부터 수 백만분의 1 초에 지나지 않은 것도 있다. 이러한 성질을 이용하여 지질학자들이나 고고학자들은 암석이나 오래된 유물들의 연대를 측정하는데 사용하기도 한다.
연대측정에 가장 자주 이용되고 있는 것들로는 동식물의 경우, 즉 곡물, 조개껍질, 지층에서 발견된 목탄 등 수 백년에서 수 만년까지 비교적 짧은 나이를 측정할 수 있는 탄소 동위원소 C14와 암석 또는 지층 등의 수십억 년의 연대를 측정하는데 사용되는 우라늄, 토륨, 납, 스트론튬, 포타슘 등이 있다.
방사성 동위원소를 이용한 연대측정 시 반드시 필요한 정보들이 있는데, 그 중 과학자들이 직접 확인할 수 없기 때문에 옳다고 믿어야만 하는 세 가지 가정이 필요하다.
①첫 번째는 동위원소의 붕괴속도가 일정하다는 가정이다. 반감기가 짧은 것, 즉 붕괴속도가 높은 동위원소는 실험실에서 직접 측정할 수 있으나, 반감기가 수천 년이 넘으면 실제로 측정이 불가능하다. 다만 극히 짧은 시간 동안만 측정하여 그 비율로 수십억 년의 반감기를 얻어내는 것이다. 따라서 수천 년 전에 갑작스런 동위원소의 붕괴가 있었다면, 현재 측정하는 연대는 틀린 것이 되고 말 것이다.
②두 번째는 처음 모원소의 양을 알아야한다. 현재의 양은 측정하여 얻을 수 있지만, 처음 양은 알기 어렵다. 딸 원소가 처음에는 전혀 없었는지, 딸 원소는 모두 모원소에서 생긴 것인지 확신하기 어렵다. 이 문제를 해결하기 위해 아이소크론 방법이 생겨나 그나마 어느 정도 해결을 봤다고 할 수 있다.
③셋째는 측정 시료에 모원소와 딸 원소의 출입이 처음부터 지금까지 전혀 없었어야하는 가정이 있다. 따라서 화석이나 지층, 퇴적암 등은 방사성 동위원소 방법으로 연대를 직접 측정할 수 없다. 이런 시료의 연대측정은 언제나 간접적인 방법으로 얻어지기 때문에, 정확성을 의심할 수밖에 없다.
지구의 나이를 1930년대에는 20억년, 그리고 현재는 46억년이라고 주장하는 방사성 동위원소 연대측정법은, 이런 확인할 수 없는 가정들을 사실로 믿고 계산한 결과다.
2. 방사성 연대측정의 문제
방사성 동위원소를 이용해서 암석이나 오래 된 유기물의 나이를 측정하기 위해서는 3 가지의 가정, 즉 시료의 처음과 현재의 방사성 동위원소(모원소)와 붕괴된 후의 원소(딸원소)의 양을 알아야 하고, 두 번째는 그 시료는 위의 두 원소들이 더해지거나 없어지지 않는 보관 조건을 유지해야 하며, 세 번째는 동위원소의 붕괴 속도(반감기)가 한번도 변하지 않았어야 한다는 조건들이 필요하다. 이 세 가지 조건 중 하나라도 확실하지 않으면 계산된 시료의 연대는 무의미하다. 이런 문제점들이 실제 연대측정을 하는 과학자들에게 한 가지 선택을 주게 되는데 종종 그 측정치가 마음에 들지 않으면 시료의 오염 등을 이유로 그 데이터를 임으로 버려 버린다는 사실이다. 예를 들면, 인류학자 Luis Leakey가 사람과 원숭이의 공통 조상(유인원)이라고 주장한 오스트랄로피테쿠스의 연대를 측정했을 때, K-Ar 연대측정법으로 2억2,100 만년에서 29만년까지 다양하게 나왔으나, 진화론자들은 180만년으로 결정했다.
방사성 동위원소 방법으로 수백만 년의 긴 나이를 측정하는 것이 실제로 가능한 방법인지를 알아보기 위해서는 나이를 알고 있는 시료를 측정해 보면 된다. 예를 들면 최근에 폭발한 화산 분출물이나 용암 혹은 방금 죽은 생물의 유해 등을 실제로 측정해 보는 것이다. 몇 가지 예를 들어 보자. 200년이 채 안된 용암 노블노톤은 1,200-2,100만년, 킴벌라잇 암석층의 두 광물은 각각 6,800만년과 1억4,200만년, 1,800년에 분출한 하와이 카우플루 화산은 10-24억(K-Ar 측정법 경우), 사슴뿔은 각각 5,340, 9,310, 10,320년 (예일대학 측정)과 1,430, 2,040년 (미시간 대학)으로, 나무 조각은 1,168년 (시카고 대학)과 2,200년 (미시간 대학)으로 각각 측정 되었다. 이런 측정 결과들은 이 매거진을 가득 채우고도 남을 것이다. 더구나 아프리카 자이레에서 채굴된 다이아몬드를 연대측정 해보니 60 억년이나 되었다. 지구는 46억년 되었다고 하는데, 이 결과를 믿으면 그 다이아몬드에서 시작해서 14억년 뒤에 지구가 만들어졌다는 설명이 되어야 한다. 결국 방사성 동위원소 연대측정법은 나이를 아는 시료에는 적용할 수 없고 나이를 모르는 시료에만 적용할 수 있는 묘한 방법이 되는 것이다.
또 한 가지는 방사능의 붕괴 속도가 느린 원소로 연대를 측정하면 그 결과가 항상 길게 나온다. 반감기(붕괴속도)가 짧은 원소를 사용하면 결과도 짧게 나온다. 따라서 진화론을 신봉하는 과학자들은 원하는 연대를 얻기 위해 어떤 동위원소를 써야 할지를 결정해야 한다. 결국 다른 잣대를 사용하는 것이다. 물론 변명은 있다. 지구의 둘레를 잴 때 30cm 자를 사용할 수 없다는 것이다. 그러나 반감기가 충분히 긴 다른 동위원소를 사용하더라도 그 결과는 항상 다르게 나온다는 사실이다. 따라서 어떤 사람이 암석 시료를 제시하고 연대측정을 해 달라고 부탁하면 그들은 연대측정을 시도도 할 수 없다.
그 암석이 대략 몇 년 전의 것인지를 먼저 알아야만 어떤 자를 쓸 것인가가 결정되기 때문이다. 중요한 포인트가 여기 있다. 어떻게 그들은 그 대략의 연대를 알 수 있을까? 이것은 과학적인 근거가 전혀 필요 없는 상상에 근거한 것인데 진화가 사실이란 가정(믿음), 그리고 진화가 일어나기에 충분하다고 생각되는 시간을 갖도록 사실에 입각하지 않고 임의로 만든 지질 계통표 혹은 지질주상도(삼엽충 같은 간단한 화석에서 시작하여 사람에 이르는 화석 연대표)에 의존한다. 한 고등학교 생물교과서의 다음 문장은 이런 사실을 잘 보여준다.
“과학자들은 방사성 동위원소를 사용하여 지구가 약 45억년의 나이를 가졌다고 결정했다. 이는 모든 종들이 진화를 통하여 형성하기에 충분한 시간이다” (Biology: Visualizing Life, Holt, Rinehart, Winston, 1998). (강조는 본 필자에 의해 추가된 것임)
3. 방사성 탄소 시계
방사성 탄소(C14) 연대 측정은 1940년대 시카고 대학의 리비(Willard Libby) 박사에 의해 발명되었다. 그는 이 공로로 1960년 노벨상을 받기도 했다. 이 방사성 탄소 연대측정법은 나무, 숯, 뼈, 조개, 화석 같은 비교적 최근의 생물 유해의 연대 측정에도 적용되기 때문에 일반인들의 관심을 더 많이 끌고 있다.
보통의 안정된 탄소(C12)는 양성자와 중성자를 각각 6개씩 갖고 있고 분자량은 12이지만, 방사성 탄소(C14)는 양성자6, 중성자 8로 분자량이 14이다. C14는 공기 중의 질소(양성자 7+중성자 7)가 우주선(cosmic ray)에 부딪힐 때 생성되는데, 현재 C14/C12 비율은 1/1,000,000,000,000 (1조)이다. C14는 산소와 결합하여 이산화탄소(CO2)가 되고, 식물의 탄소 동화작용으로 식물체에 고정되고, 그 식물을 섭취한 동물의 조직에 일반 탄소와 전혀 구별 없이 들어가게 된다. 식물이나 동물이 죽으면 더 이상 탄소의 유입은 없어지고, 동시에 불안정한 C14는 붕괴하여 질소(N14)로 분해되어 공기 중으로 사라지므로, 그 생물의 유해는 점점 더 적은 양의 C14만을 갖게 된다. 이 남은 양의 C14양과 현재 C14의 비율(1/1012)을 비교하여 그 생물이 죽은 연대를 계산한다. 이 때 C14의 붕괴 속도(반감기-양이 절반으로 되는 시간으로 C14의 경우 5,730 년)가 사용된다.
현재 가장 민감한 C14측정 기계는 AMS(Accelerated Mass Spectrometry)인데 1016 개의 일반 탄소(C12) 중 한 개의 C14를 찾아 낼 수 있을 만큼 매우 정밀한 기계이다. 이것은 100 마일의 해변 모래 중 특정 모래 한 개를 찾아낼 수 있는 수준이다. 그럼에도 불구하고 과학자들은 약 10만년 이상 된 시료는 측정할 수 없다. 왜냐하면 그 기간 정도이면 C14가 거의 완전히 붕괴되어 없어지기 때문이다. 그런데 이 사실은 지층의 암석이나 화석이 수백만 년에서 수 억년 정도로 오래 되었을 것이라는 가정에 대한 중요한 반박의 근원이 되고 있다. 왜냐하면 ‘태고적’이란 이름이 붙은 화석, 규화목(petrified wood), 조개, 고래 뼈, 석탄, 석유, 천연가스 등의 유기물뿐만 아니라, 대리석(marble), 흑연(graphite), 방해석(calcite) 등의 탄소를 포함한 암석이나 광물에서도 상당한 양의 C14가 발견되기 때문이다. 실제로 1980년대와 1990년대에 발표된 70 편 이상의 논문들이 ‘태고적’ 유기물 시료들에서 C14를 검출했음을 보고했다.
이 사실의 중요성은 다음 예화에서 극명하게 드러난다. 어느 고고학자가 이집트의 태고적 미라를 조사하고 있다고 가정해 보자. 그는 바깥을 싸고 있는 껍질을 조심스럽게 벗기고 고대의 오염되지 않은 내부를 살피려고 한다. 그가 마지막 꺼풀을 벗겼을 때 그는 기절할 뻔 했다. 아직도 그 미라 속에 태엽 시계가 째깍째깍 돌아가고 있는 것이었다! 그 미라는 고고학자가 생각했던 것보다 훨씬 최근의 것이었다. 마찬가지로 태고적 시료에 방사성 탄소가 있다는 사실은 기존의 방사성 동위원소 연대측정을 하는 사람들을 깜짝 놀라게 하는 것이다.
더구나 과거 탄소 연대측정 결과들은 대조 실험(background control)으로 수 억년 전에 형성되었기 때문에 전혀 방사성 탄소가 없을 것으로 믿은 천연가스나 방해석 등을 사용하였다. 이 대조 실험은 실제 시료와 무관하게 실험 과정에서 발생하는 오차를 보정하기 위한 것이다. 따라서 연대를 측정하고자 하는 시료의 C14양에서 대조 실험치의 C14를 제외했기 때문에 실제보다 훨씬 더 적은 양의 C14가 그 시료에 남아 있는 것으로 계산되었고 결국 훨씬 더 오래 된 것으로 보고되어 왔다. 그러나 정직한 실험 결과는 탄소를 포함하는 지구상의 물질들이 진화론에서 주장하는 수백만 년이 아니라, 불과 몇 천 년 역사의 증거들임을 보여 준다.
4. 석탄과 다이아몬드 속에 들어 있는 C14
풍부한 화석 연료인 석탄은 식물체가 땅에 묻혀서 된 것으로 대부분 탄소로 구성되어 있는데, 아주 먼 과거에 늪지 같은 환경에서 형성됐다는 진화론적인 이론이 잘 알려져 있고 교과서에도 그렇게 소개되어 있다. 지질시대 표를 보면, 전 지구 역사의 90%를 차지하지만 화석이 없는 선캄브리아기(Precambrian)와 그 위에 생명체 화석이 나타나는 지질시대 고생대, 중생대, 그리고 신생대가 차례로 자리 잡고 있다. 석탄은 3억2,300만년 ~ 2억9,000만년 전 지층이라고 주장하는 펜실베이니아기의 지질층에서 다량 발견되므로 석탄기라고도 불리는데, 이보다 훨씬 더 젊은 중생대나 신생대라 불리는 다른 지층에서도 여전히 발견된다. 그런데 각 지질시대의 연대는 계속해서 몇 년에 한 번씩 개정되고 있다.
만약 펜실베이니아기의 석탄이 정말로 수 억년 된 것이라면 방사성 탄소(C14)는 모두 붕괴되어 전혀 탐지되지 않아야 된다. 심지어는 신생대 지층에 있는 석탄에서도 C14는 모두 붕괴되어 전혀 탐지가 되지 않아야 된다. 측정 기기의 최대치가 10만년이기 때문에 수백만 년 전에 형성된 것이라고 주장하는 석탄에는 C14가 탐지되어서는 안 된다. 미국 창조과학 연구소(ICR)의 RATE(Radioisotope and Age of The Earth) 팀은 펜실베이니아 주립대에 있는 U.S. Department of Energy Coal Sample Bank에 보관되어 있는 각 지질시대(고생대, 중생대, 신생대)의 석탄 시료 10 가지를 골랐다. 이 시료들은 세계 각 국의 주요 탄전에서 채집한 것으로 불활성 기체인 아르곤 밀봉 상태로 엄격하게 보관되고 있다. RATE 팀은 선택된 석탄 시료들을 세계적 권위를 가진 실험실에 보내서 C14의 양을 측정하였다. 그런데 놀랍게도 10 개 시료 모두에서 C14가 탐지 되었는데, 더구나 그 양은 고생대, 중생대, 신생대의 구분과는 무관하게 현재 C14양의 0.25%를 보여 주었다!
RATE 팀은 탄소 원자로 구성된 또 다른 시료 다이아몬드도 측정해 보았다. 다이아몬드는 순수한 탄소로만 구성된 결정으로 압력과 온도가 극히 높은 지하 150 km의 상부 맨틀에서 만들어진다고 여겨졌다. 과거 고압가스를 가진 마그마가 지구 표면으로 뿜어져 나올 때 다이아몬드가 지구 표면에 나타난다는 것이다. 이 다이아몬드들은, 함께 수집된 물질들을 방사성 동위원소로 나이를 측정했을 때, 수백만 년 혹은 수십억 년 된 것으로 확인 된다. 그리고 다이아몬드는 지구에서 가장 단단한 자연 물질이므로 화학적인 변화가 일어나기 어렵다. 그것의 녹는점은 4,000 도로 다른 금속보다 훨씬 높다. 따라서 다이아몬드 결정이 형성된 이후 지구 역사가 진행되는 동안 공기 중에 있는 C14로 오염될 염려가 거의 없다. RATE 팀이 서부와 남부 아프리카산 다이아몬드 12 개를 분석한 결과는 석탄을 분석한 결과와 마찬가지로 모든 시료들이 C14를 포함하고 있었다! 그 양은 석탄의 약 1/3인 현재 C14양의 0.09%였다. 이 값은 기계의 측정치 한계인 0.01% 이상일 뿐 아니라 분석 과정의 오차 0.08%를 뺀 순수한 C14 양이다. 이 세계 최초의 실험 결과는 석탄이나 후에 설명될 다른 방사성 동위원소 실험 결과들과 더불어 방사성 동위원소 연대측정 100 주년을 기념하는 일반 학회 American Geophysical Union에 발표되었다.
진화론과 마찬가지로 방사상 동위원소로 연대를 측정하는 방법이 절대적인 것으로 여겨지면서 성경은 상대적으로 되었고, 성경은 과학자나 신학자들에 의해서 시정되거나 무시되거나 비유나 설화로 설명되어야 했다. 그러나 그 결과 유럽의 교회를 비롯해서 전 세계의 교회와 진리를 찾는 사람들은 얼마나 많은 피해를 받아 왔는가! 다시 과학으로 돌아 와서, 아주 오래 되었다는 화석, 암석, 석탄, 다이아몬드에서 방사성 탄소 C14가 발견된다는 사실은 장구한 지질시대가 아니라, 아주 짧은 지구의 역사를 말하고 있다.
5. 방사성 탄소와 노아의 홍수
앞서 고생대, 중생대, 신생대 지층에서 발견된 석탄 시료들은 지질시대와 상관없이 현재 방사성탄소(C14) 농도의 약 0.25%가 발견되었고, 마찬가지로 수백만 년의 지구 역사가 사실이라면 발견되지 않을 것으로 기대되는 다이아몬드에서도 C14이 발견되었음을 보고하였다. 이런 측정 결과가 오염이나 기타 다른 원인에 의한 것이 아닐까 의심을 해 볼 수 있지만, 각 시료가 비교적 고른 C14 농도를 함유하고 있다는 사실은 시료의 오염이 아니라 측정치가 실제임을 알 수 있다. 진화론에서 말하는 고생대 중생대 신생대 지층의 석탄들은 수억 년이나 수백만 년 전에 만들어 진 것이 아니라, 최근에 만들어졌음을 말하고 있다. 다시 말하면 지구는 그렇게 오래 되지 않았다는 결론이다.
그러면 왜 C14의 존재가 젊은 지구의 증거가 될 수 있을까? 한 가지 흥미로운 것은 고생대, 중생대, 신생대의 암석층들이 전 지구적인 노아 홍수 당시에 만들어졌을 가능성이다. 홍수 전 지구의 모든 식물들은 C14를 고르게 함유하고 있었는데, 약 4500년 전 대홍수 때에 갑자기 매몰되어 화석이 되었기 때문에, 세계 어느 나라에서든지, 어떤 깊이에 묻혀 있든지 상관없이 동일한 양의 C14이 석탄에서 발견된다는 것이다. 우리는 이런 현상을 설명할 수 있는 대홍수의 격변을 관찰한 적이 단 한 번도 없고 성경 밖에서는 찾아볼 수도 없다.
석탄, 다이아몬드, 기타 다른 물질들이 함유하고 있는 C14의 양은 현재 농도의 0.1~0.5%인데, C14의 반감기를 고려하여 계산해 보면 57,000~44,000년 전으로 나온다. 이 연대는 성경에 근거한 6천년에 비해 7~10배 길고, 진화론에서 말하는 몇 억년에 비해서는 1000 배나 짧은 것이다. 그런데 이 계산 연대에는 보정해 주어야 할 요소가 몇 가지 있다. 가장 중요한 것은 현재 지구 표면과 공기 중에 있는 탄소의 양은 석탄, 석유, 천연가스 등 묻혀 있는 화석 연료의 탄소 양에 비해 1%도 되지 않는다. 홍수로 묻혀 있는 탄소의 양이 적어도 500~ 700배 이상 많다. 따라서 대기 중에 만들어진 C14의 분자 수가 과거나 현재가 같다 하더라도 묻힐 당시 생물체의 C14 농도는 지금보다 훨씬 낮아야 한다. 따라서 묻혀 있는 유기물은 실제보다 훨씬 오래 된 것으로 계산될 것이다.
더구나 홍수 전 지구의 자기장은 현재보다 더 강했다. 자기장은 지구로 향하는 우주선을 반사시키기 때문에 그 당시 대기 중에서 C14 생성은 훨씬 적었을 것으로 생각된다. 이런 요소들을 감안하면 측정치는 10배 이하로 계산될 것이므로, 50,000년으로 측정된 시료는 5,000 년 정도가 될 것이고, 이 시기는 성경의 노아 홍수와 일치할 수 있을 것이다. 물론 이런 방법으로는 노아 홍수시기를 정확하게 계산하지 못하는데, 그 당시 C14의 양을 정확히 알 수 없기 때문이다. 또 다른 요인은 후에 기술하겠지만, 과거에 수백만 년 분량의 동위원소들이 매우 짧은 시간에 붕괴된 흔적이 있는데, 이때도 방사성 탄소 C14이 만들어질 수 있다. 다이아몬드 같은 물질에 C14이 비교적 다양한 농도로, 뜻밖에 검출되는 현상은 과거 엄청난 속도의 방사능 붕괴가 일어났을 때 만들어진 것으로 설명할 수 있다.
창조과학자들은 지구가 만들어질 때 동시에 만들어졌을 것으로 생각되는 지구 물질들 중에도 C14이 존재한다는 사실을 발견하였다. 젊은 지구를 믿는 시각으로 보면, 창조는 겨우 몇 천 년 전에 일어났다. 창조 후에 지나간 시간이 C14의 반감기 약 5,730년과 비슷하다면 탐지될만한 양의 C14이 그 시료에 남아 있어야 한다. 약 200년 전 “현재는 과거의 열쇠다”라고 말했던 지질학자 찰스 라이엘의 주장으로 지구역사가 수백만 년 혹은 수십억 년 되었을 것으로 여겼던 것은 실험이나 자세한 관찰 결과가 아니라, 단순한 상상이었음을 알 수 있다.
최우성