암석의 나이
서오스트레일리아의 작은 지르콘 결정은 약 44억 년 되었습니다. 지구에서 발견된 어떤 암석 덩어리보다도 오래되었습니다.
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지질학자는 암석의 나이에 관해 서로 다른 두 가지 질문에 답합니다. 첫째는 이 암석들 가운데 어느 것이 더 오래되었는가 하는 질문입니다. 이것이 상대 연대이고, 지층이 쌓인 순서와 그 속에 든 화석을 씁니다. 둘째는 이 암석이 몇 년이나 되었는가 하는 질문입니다. 이것이 절대 연대이고, 방사성 원자가 일정한 빠르기로 붕괴하는 현상을 씁니다. 두 방법은 따로따로 발전해 왔고, 지금은 서로의 결과를 확인해 줍니다.
아래가 오래되고 위가 젊습니다
퇴적암은 알갱이 하나하나, 층 하나하나가 쌓여서 만들어지고, 새로운 층은 언제나 앞의 층 위에 놓입니다. 그래서 흐트러지지 않은 지층이라면, 어떤 층이든 그 위에 있는 층보다 더 오래된 것이어야 합니다. USGS는 이것을 지층 누중의 법칙이라고 부릅니다. 화석은 두 번째 단서를 줍니다. 1700년대 말과 1800년대 초에, 영국의 운하 기술자 윌리엄 스미스와 프랑스의 과학자 조르주 퀴비에, 알렉상드르 브로냐르는 같은 시대의 암석에는 서로 멀리 떨어져 있어도 같은 종류의 화석이 들어 있다는 것을 알아냈습니다. 스미스는 이 사실을 이용해 자기가 만드는 운하가 지나가야 할 언덕 밑에 어떤 암석이 있을지 미리 내다보았습니다. 그리고 지질학자들은 이 방법으로 영국 해협 양쪽에서 같은 시대의 암석을 알아볼 수 있었습니다. 이 생각은 지금 동물군 천이의 법칙이라는 이름으로 불립니다.
광물 속의 시계
지층 누중의 법칙은 어느 층이 더 오래되었는지는 알려 주지만, 얼마나 더 오래되었는지는 알려 주지 않습니다. 나이를 햇수로 알고 싶을 때 지질학자들은 방사성 연대 측정을 씁니다. 암석과 광물 속에 있는 원소 가운데 일부에는 방사성 동위 원소가 있습니다. 이 동위 원소들은 정해진 빠르기로 붕괴해 다른 원소의 안정한 동위 원소가 됩니다. 가장 오래된 암석의 나이를 잴 때 쓰는 동위 원소들은 반감기가 약 7억 년에서 1,000억 년이 넘는 것까지 있습니다(USGS). 처음 있던 동위 원소가 얼마나 남아 있고, 붕괴로 생긴 원소가 얼마나 쌓였는지를 재면, 그 광물이 생긴 뒤 흐른 시간을 구할 수 있습니다. 엄밀히 말하면 이 방법은 암석이 마지막으로 녹았거나, 방사성 원소가 다시 섞일 만큼 흐트러졌던 때를 잽니다.
반감기는 방사성 원자의 절반이 붕괴하는 데 걸리는 시간입니다. 반감기가 한 번 지나면 원자의 절반이 남고, 두 번 지나면 4분의 1이, 세 번 지나면 8분의 1이 남습니다. 이 시계에는 처음에 있던 양이 상관없고, 남아 있는 것과 새로 생긴 것의 비율만 있으면 됩니다. 그래서 손으로는 무게를 잴 수도 없을 만큼 작은 결정에서도 이 시계가 작동합니다.
지구에서 가장 오래된 것들
- 45.4억 년 전: 운석과 가장 오래된 납 광석의 납 동위 원소로 구한 지구와 태양계의 나이(오차 1% 미만)
- 45.3억~45.8억 년 전: 70개가 넘는 운석의 나이
- 44억~45억 년 전: 나이를 잰 가장 오래된 달 암석
- 44억 년 전: 오스트레일리아 서부 중앙 퇴적암 속 지르콘 알갱이
- 40.3억 년 전: 캐나다 그레이트슬레이브호 근처의 아카스타 편마암은 연대를 확인한 지구의 가장 오래된 암석들에 속합니다.
- 37억~38억 년 전: 그린란드 서부의 이수아 표성암
연표의 수치는 USGS에서 가져왔습니다. Ga는 10억 년 전을 나타내는 기호입니다. 35억 년이 넘은 아주 오래된 암석은 모든 대륙에서 발견되지만, 그 가운데 어느 것도 지구의 첫 지각은 아닙니다. 이 암석들은 용암류이거나 얕은 물에 쌓인 퇴적물입니다. 이것은 그 암석들이 생기기 전에 이미 지구에 역사가 있었다는 뜻입니다. 지구 자체의 나이를 구하려면, 과학자들은 지구와 운석을 하나의 체계에 속한 부분으로 봅니다. 그리고 우라늄이 붕괴하면서 납-207과 납-206의 비율이 어떻게 바뀌어 왔는지를 따라갑니다. 그렇게 해서 45억 4천만 년이라는 값이 나옵니다.
- 흐트러지지 않은 퇴적층에서 가장 오래된 층은?
- 맨 아래
- 맨 위
- 가운데
- 화석으로 운하가 지날 언덕 밑의 암석을 내다본 사람은?
- 윌리엄 스미스
- 프리드리히 모스
- 로버트 보일
- 반감기가 세 번 지나면 방사성 동위 원소가 얼마나 남을까요? 소수로 답하세요.
- 어떤 광물에 처음 방사성 동위 원소의 25%가 남아 있습니다. 반감기가 몇 번 지났을까요?
- 지구는 45.4억 년, 아카스타 편마암은 40.3억 년 되었습니다. 지구가 몇 백만 년 더 오래되었을까요?
- USGS에 따르면 지구에서 나이를 잰 가장 오래된 물질은?
- 서오스트레일리아의 지르콘 알갱이, 약 44억 년
- 아카스타 편마암, 40.3억 년
- 이수아 암석, 37억~38억 년
- 지구의 나이 45.4억 년은 어떻게 구했을까요?
- 운석과 가장 오래된 납 광석의 납 동위 원소로
- 지구에서 가장 오래된 암석으로
- 퇴적층을 세어서
- 방사성 연대 측정은 암석이 마지막으로 어떻게 된 뒤의 시간을 잴까요?
- 녹았거나 방사성 원소가 다시 섞일 만큼 흐트러진 뒤
- 물에 닿은 뒤
- 햇빛을 받은 뒤
- 70개가 넘는 운석의 나이는 45.3억~45.8억 년입니다. 이 범위의 폭은 몇 백만 년일까요?
- 오래된 것부터 놓으세요.
- 상대 연대: 지층 누중(아래가 오래됨)과 화석 천이.
- 절대 연대: 방사성 붕괴, 반감기 7억 년~1,000억 년 이상.
- 오래된 암석의 예는 아카스타 편마암(40.3억 년)이며, 가장 오래된 결정은 지르콘(약 44억 년)입니다.
- 지구의 나이는 운석의 납 동위 원소로 구한 45.4억 년.
이 과정의 출처 (18)
- USGS FAQs (usgs.gov/faqs): What is the difference between a rock and a mineral? (mineral definition; common minerals quartz, feldspar, mica, amphibole, olivine, calcite; rock = aggregate of one or more minerals)
- What are igneous rocks? (Latin for fire; intrusive/plutonic slow cooling over thousands or millions of years, coarse grained, granite, diorite, gabbro, peridotite; extrusive/volcanic fine grained or glassy, vesicular, rhyolite, andesite, basalt, obsidian)
- What are sedimentary rocks? (layering; siltstone, sandstone, conglomerate, limestone, shale; clay, silt, sand, pebbles larger than 2 mm; chert; limestone precipitated from water)
- What are metamorphic rocks? (heat, pressure, hot mineral-rich fluids; not melted; denser; phyllite, schist, gneiss, quartzite, marble; foliation; contact metamorphism)
- USGS Find-A-Feature: Fossil (fossils almost exclusively in sedimentary rocks)
- USGS Fossils, Rocks, and Time (pubs.usgs.gov/gip/fossils: most rocks exposed at the surface are sedimentary; gravel to conglomerate, sand to sandstone, mud to mudstone or shale; Nicholas Steno mid-1600s; Law of Superposition; William Smith; Law of Fossil Succession)
- USGS Geologic Time: Age of the Earth (pubs.usgs.gov/gip/geotime/age.html: radiometric dating, half-lives 700 million to more than 100 billion years, Acasta Gneisses 4.03 Ga, Isua 3.7 to 3.8 Ga, zircons 4.3 Ga and 4.4 Ga in Western Australia, Moon rocks 4.4 to 4.5 Ga, meteorites 4.53 to 4.58 Ga, Earth 4.54 Ga with uncertainty under 1%, rocks over 3.5 billion years on all continents)
- USGS Mohs Hardness Scale image page and USGS Bulletin 1042-G Gem Stones of the United States (ten minerals, relative scale, diamond many times harder than corundum, much dust is silica, quartz 7)
- NPS Mohs Hardness Scale (Theophrastus, On Stones, about 300 BC)
- Physical Geology H5P Edition 5.6 Mineral Properties (opentextbc.ca, reference materials: natural fingernail 2 to 2.5, copper 3, steel nail 4, glass and knife 5 to 5.5, streak plate 6.5 to 7)
- Physical Geology 2nd ed. 7.2 Classification of Metamorphic Rocks (Steven Earle, opentextbc.ca: slate, phyllite, schist, gneiss by grade; grade table 150 to 300, 300 to 450, 450 to 550, above 550 °C; marble, quartzite, hornfels; migmatite)
- British Geological Survey, Discovering Geology: Rocks and minerals (rock cycle, Peterhead granite feldspar, quartz and biotite, limestone to marble, shale to slate, contact metamorphism, mineral definition)
- Weathering (biological, chemical, physical, freeze-thaw)
- Geological processes (erosion, deposition)
- BGS Geology dataset page (schist and gneiss recrystallized in the solid state)
- Geological Society of London, Compaction and Cementation (calcite, silica, iron oxides, clay minerals as cements)
- OpenStax Chemistry 2e 1.2 (oxygen 49.20% and silicon 25.67% of the mass of Earth's crust and atmosphere)
- USGS Water Density (ice about 9% less dense than water).
확인한 날: 2026-10-17