어떤 암석을 방사성 연대 측정 결과 수십억 년 전으로 연대가 나왔다고 하자. 우리는 이를 믿어야 할까. 사실 이 상황에서는 그 측정 결과를 검증할 방법이 없다. 우리가 그 시간대를 경험적으로 역사적으로 알고 있지 못하기 때문이다. 그러나 화산 폭발이 언제 일어났는지를 경험적으로, 역사적으로 알고 있는 화산의 경우라면 얘기가 달라진다. 그 화산의 암석에 대한 방사성 연대 측정의 결과는 우리가 가진 지식에 의해 검증이 될 수 있기 때문이다.
△하와이 지구물리연구소는 킬라우에아 산의 화산석을 방사성 연대 측정한 결과 30억 년이라는 연대를 얻었다. 이 바위들은 1801년의 화산 폭발로 만들어진 것이었다.
△1980년 분출 이후에 형성된 미국 세인트헬렌스 산에 있는 암석은 방사성 연대 측정 결과 35만 년에서 280만 년으로 연대가 나왔다.
△호주 국립대학의 맥두걸은 1000년이 되지 않은 것으로 알려진 뉴질랜드의 용암석을 측정해서 46만 년이라는 연대를 얻었다.
△1991년 남아프리카 총림지에서 락 페인팅(돌에 그린 그림)이 발견되었다. 옥스퍼드대학교에서 방사성 탄소 가속기를 이용해 측정한 결과 약 1200년 전의 것으로 판명되었다. 그러나 나중에 밝혀진 바로는 조앤 아렌스라는 여자가 공예 강습 시간에 만들어 정원에 두었다가 도난당한 물건이었다.
왜 이런 결과가 나오는 것일까. 이런 상황에서 방사성 연대 측정법의 신뢰도는 과연 검증된 것이라 할 수 있을까. 위 사례의 경우도, 만일 측정 대상에 대한 역사적 지식이 없는 경우였다면, 꼼짝없이 방사성 연대 측정의 결과를 과학적 사실로 받아들여야만 했을 것이다. 방사성 연대 측정법은 측정 결과를 검증할 수 있는 역사적 근거가 있는 경우, 즉 고고학적 연대가 확실히 알려진 경우에는 성공 가능성이 거의 없는 것은 아닌가.
방사성 동위원소로 연대 측정을 할 때, 암석은 반감기가 수십억 년에 달하는 우라늄-납(45억 년) 측정법, 포테시움-아르곤(13억 년) 측정법 등을 사용하며, 생명체는 반감기가 5730년인 방사성 탄소 측정법을 사용한다. 어떤 방법을 쓰던 방사성 연대 측정법의 기본 논리는 다음과 같이 기본적으로 동일하다.
① A(모 원소)가 시간이 지남에 따라 B(자 원소)로 바뀐다.
② A(모 원소)의 양이 반으로 줄어드는 시기(반감기)를 알고 있다.
③ A(원소)와 B(자 원소)의 양을 비교함으로써 연대를 추정한다.
이 측정법이 정확성을 확보하기 위한 조건은 다음과 같다.
① A(모 원소)와 B(자 원소)의 처음 양과 현재의 양을 정확하게 알아야 한다.
② 시간 외의 다른 요인에 의해 A(모 원소)와 B(자 원소)의 양이 늘거나 줄어서는 안 된다.
③ A(모 원소)가 반감하는 속도는 일정하며, 시간 외의 다른 요인에 의해 변하면 안 된다.
여기서 문제가 발생한다. 1, 2년도 아닌 수십억 년 동안 위의 세 조건이 충족되도록 암석이 보호되었다는 것을 누가 어떻게 장담하느냐는 것이다. 그저 외적 영향에 의한 변화가 없었다고 가정할 뿐이다. 방사성 연대 측정법은 입증되지 않은 가정에 근거하고 있는 것이다.
△처음에 A(모 원소)와 B(자 원소)의 양이 얼마인지를 정확히 알 수 있는가.
△수십억 년 동안 A(모 원소)나 B(자 원소)의 양에 변화를 주는 외적 요인이 없었다고 가정하는 것이 합당한가.
△수십억 년 동안 (모 원소)의 반감 속도에 영향을 주는 외적 요인이 없었다고 가정하는 것이 과연 합당한가.
이상 세 질문에 대한 답변에 방사성 연대 측정법의 과학성이 걸려 있다. 다시 말하자면, 위의 세 질문을 충족시킬 수 없는 상황에 대한 사례가 제시되는 순간, 방사성 연대 측정법은 과학적 타당성에 대한 신뢰를 상실할 수밖에 없다는 얘기다.
방사성 탄소 측정법은 우주로부터 날아온 입자에 의해 대기 중에 생성되는 방사성 탄소의 양을 가지고 측정하는 것이다. 대기 중에 있는 방사성 탄소를 흡수하던 생물이 죽는 순간, 방사성 탄소의 흡수는 멈추어지고, 시간이 흐름에 따라 몸 안의 방사성 탄소는 줄어들게 된다. 약 5000년이 지나면 그 양이 반으로 줄어든다.
그 생물이 죽던 순간 몸 안의 방사성 탄소의 양은, 그 당시 대기 중에 있던 방사성 탄소의 양과 일치한다. 따라서 방사성 탄소 측정법은, 대기 중의 방사성 탄소의 생성량과 소멸량이 지금이나 옛날이나 똑같다는 전제하에, 지금 대기의 방사성 탄소의 양을 가지고 그 생물이 죽던 순간 몸 안에 있던 방사성 탄소의 양을 결정한다. 그런데 대기 중의 방사성 탄소의 생성량과 소멸량을 측정한 연구 결과에 따르면, 25% 정도 차이가 난다는 것이다(38% 차이가 난다는 연구 결과도 있다). 즉 대기 중 방사성 탄소의 양이 늘고 있다는 얘기다. 그렇다면 지금 대기에 있는 방사성 탄소량을 근거로 한 측정(지금과 과거의 대기가 같다)은 모 원소(A)의 양 계산에 실패한 것이다. 방사성 탄소의 생성량과 소멸량의 차이가 지난 수천 년 동안 어떠했는지를 먼저 정확히 알아내야 할 상황인 것이다.
암석에서 모 원소(A)인 포타슘, 루비디움, 우라늄 등은 이온화 형태에서 매우 물에 잘 녹기 때문에 특별히 홍수와 같은 환경하에서는 잘 없어질 수 있다. 반대로 자 원소(B)인 아르곤, 스트론튬, 납 등은 비교적 물에 잘 녹지 않기 때문에 홍수와 같은 격변을 겪어도 그다지 변화가 없다. 그러므로 만일 홍수와 같은 격변을 치르게 되면 당연히 모 원소가 상대적으로 더 많이 감소할 가능성이 높으며, 모 원소와 자 원소의 비율이 본래보다 낮게 나와서 암석에 대한 방사성 연대 측정은 실제보다 더 오래된 것으로 연대가 나올 수가 있다. 시간 외의 요인에 의해서 모 원소의 양이 변할 수도 있다는 얘기다.
지구의 연대 측정에 사용되었던 우라늄-납 측정법의 경우를 보면, 모 원소인 우라늄이 자 원소인 방사능 납으로 붕괴하는 과정에서 중성자 입자가 방출되는데, 이 중성자 입자가 보통의 납을 방사성 납으로 바꾸어 버린다. 이렇게 생성된 방사성 납은, 원래 붕괴에서 생겨난 납과 구별할 수가 없다. 다른 요인에 의해서도 자 원소가 늘어날 수 있다는 것이다. 포타슘-아르곤법의 경우도 자 원소인 아르곤40이 대기와 지각의 암석 안에 매우 흔하게 존재하는데다가 방사성 붕괴에 의한 것과 암석에 원래 있던 것을 구별해 낼 물리적, 화학적 방법이 없다. 정확한 자 원소의 양 측정이 어렵다는 얘기다.
게다가 우라늄 붕괴는 납 이외에도 헬륨을 만들어 낸다. 만일 지구가 46억 년 되었다면 대략 10조 톤의 방사성 헬륨이 대기 속에 있어야 한다. 그러나 실제로는 35억 톤 정도이다. 이를 근거로 지구의 나이를 계산해 보면 약 17만 5000년이 나온다고 하다. 자 원소인 납과 헬륨 사이의 연대 불일치를 해결하기 위해 나온 가정이, 헬륨의 99% 이상이 우주로 사라졌다는 것이다. 하지만 최근의 연구를 따르면 헬륨은 우주로 소실되는 것이 아니라, 오히려 태양계로부터 대기권으로 유입된다고 한다. 이를 계산에 넣는다면 지구 나이는 더 줄어들 수도 있다. 과연 지구의 진짜 나이는 46억 년인가, 17만 5000년인가. 아니면 그보다 더 적은가. 과학적으로 정직한 답은 '모른다'이다.
태양의 거리와 방사성 실리콘 동위원소의 붕괴율 변동 사이의 통계적 상관성을 밝힌 브룩헤이븐 국립연구소에 따르면, 계절에 따라 붕괴율이 변동한다고 한다. 또한, 이탈리아의 연구자들은 '캐비테이션(공동현상)'이라 불리는 과정이 토륨(Th228)의 핵붕괴를 만 배 가까이 가속화한다는 증거를 보여 주었다. 캐비테이션은 물이 빠르게 흘러가며 기포들이 만들어질 때도 발생할 수가 있다. 1983년 글렌 캐니언 댐에서 발생했던 댐 방수로 터널의 파괴도 그 때문이었다. 또한, 우드모라페 박사의 논문(2001)에 의하면, 전자들이 존재하지 않는 플라스마와 같은 상태에서 방사능 붕괴가 엄청난 비율(수십억 배)로 가속될 수 있다고 한다. 이러한 사실은 실제로 보쉬 박사 등에 의해 실험실에서 증명되었다. 즉 방사능의 붕괴 속도는 시간 이외의 다른 요인들에 의해서도 영향을 받아 변한다는 것이다.
