지질연대학
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1. 개요
지질연대학은 지구의 역사를 이해하기 위해 다양한 연대 측정 방법을 활용하는 학문 분야이다. 방사성 연대 측정, 점증적 연대 측정, 고지자기 연대 측정, 자기층서학, 화학층서학, 대비 지표층 등을 통해 지질 시대의 연대를 측정한다. 방사성 연대 측정은 방사성 동위원소의 붕괴를 이용하여 절대 연대를 측정하며, 점증적 연대 측정은 연륜, 빙하 코어, 지의류, 연층 등을 분석하여 연대기를 구축한다. 고지자기 연대 측정은 암석에 기록된 지구 자기장을 분석하고, 자기층서학은 자기 극성 패턴을 비교하여 연대를 결정한다. 화학층서학은 동위 원소 조성을, 대비 지표층은 독특한 지층을 활용한다. 지질 연대 척도는 누대, 대, 기, 세, 절, 극성 역전 순으로 구분되며, 지질 연대 단위와 층서 연대 단위는 구분되어 사용된다.
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| 지질연대학 |
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2. 연대 측정 방법
지구의 역사를 이해하기 위해 다양한 연대 측정 방법이 사용된다. 연대 측정 방법은 크게 절대 연대 측정과 상대 연대 측정으로 나뉜다.
- 절대 연대 측정: 암석, 광물, 유기물 등의 절대적인 연령을 수치로 나타내는 방법이다.
- 방사성 연대 측정: 방사성 붕괴를 통해 알려진 반감기를 가진 방사성 동위원소의 양을 측정한다.
- 핵분열 궤적 연대 측정: 광물 내 우라늄 핵분열 궤적을 분석한다.
- 우주생성 핵종 연대 측정: 지구 물질과 상호 작용하는 우주선에 의해 생성된 이종 핵종의 농도를 측정하거나, 두 개의 우주 기원 원소의 차등적인 방사성 붕괴를 이용한다.
- 루미네선스 연대 측정: 석영, 다이아몬드, 장석, 방해석 등의 광물에서 방출되는 "빛"을 이용한다.
- 상대 연대 측정: 지층이나 화석 등을 이용하여 지질학적 사건의 선후 관계를 밝히는 방법이다.
- 고지자기 연대 측정: 암석에 기록된 고지자기 정보를 이용한다.
- 화학층서학: 지층 내 화학 성분, 특히 동위원소 조성의 변화를 이용한다.
- 대비 지표층: 독특한 구성과 외관을 가진 층서 단위를 이용한다.
이 외에도, 연도별 연대기를 구축할 수 있는 점증적 연대 측정 방법이 있다. 여기에는 연륜연대기, 빙하 코어, 지의류 연대 측정법, 연층 등이 있다.
2. 1. 방사성 연대 측정
방사성 붕괴를 통해, 알려진 반감기를 가진 방사성 동위원소의 양을 측정하여 암석이나 유기물 등의 절대 연대를 알아낼 수 있다. 여러 방사성 동위원소가 이 목적에 사용되며, 붕괴율에 따라 서로 다른 지질 시대를 측정하는 데 활용된다. 붕괴 속도가 느린 동위원소는 더 긴 시간 범위를 측정하는 데 유용하지만, 정확도는 떨어진다. 방사성 탄소 연대 측정법을 제외한 대부분의 방법은 방사성 모원소가 붕괴하여 생성된 방사성 생성 동위원소의 양을 측정하는 것을 기반으로 한다.[2][3][4] 두 가지 이상의 방사성 연대 측정 방법을 함께 사용하면 더 신뢰성 있는 결과를 얻을 수 있다.[5] 대부분의 방사성 연대 측정 방법은 지질학적 연대 측정에 적합하지만, 일부는 초기 인류의 시대[6]나 역사 시대까지도 측정 가능하다.[7]일반적으로 사용되는 방사성 연대 측정 방법에는 방사성 탄소 연대 측정, 우라늄-납 연대 측정, 우라늄-토륨 연대 측정, 칼륨-아르곤 연대 측정 / 아르곤-아르곤 연대 측정, 전자 스핀 공명 연대 측정 등이 있다.
2. 1. 1. 방사성 탄소 연대 측정
방사성 연대 측정 방법 중 하나로, 유기 물질 내의 탄소-14 붕괴를 측정한다. 약 60,000년 미만의 표본에 가장 잘 적용되며,[8][9] 고고학 및 역사학 연구에 널리 활용된다.2. 1. 2. 우라늄-납 연대 측정
우라늄-납 연대 측정은 광물 또는 암석 내 우라늄 양에 대한 두 가지 납 동위원소(납-206 및 납-207)의 비율을 측정하는 방법이다. 이 방법은 주로 화성암 속의 미량 광물인 지르콘에 적용되며, 아르곤-아르곤 연대 측정과 함께 지질 연대 측정에 가장 일반적으로 사용되는 두 가지 방법 중 하나이다. 모나자이트 연대 측정은 특히 변성 작용의 연대를 측정하는 데 사용된다. 우라늄-납 연대 측정은 약 100만 년 이상 된 표본에 적용된다.[2]2. 1. 3. 우라늄-토륨 연대 측정
이 기술은 동굴 생성물, 산호, 탄산염, 화석 뼈의 연대를 측정하는 데 사용된다.[2] 적용 범위는 몇 년에서 약 70만 년까지이다.[2]2. 1. 4. 칼륨-아르곤 연대 측정 / 아르곤-아르곤 연대 측정
칼륨-아르곤 연대 측정 및 아르곤-아르곤 연대 측정은 변성암, 화성암 및 화산암의 연대를 측정하는 데 사용된다. 이 방법들은 방사성 동위원소인 칼륨-40(Potassium-40영어)이 붕괴하여 아르곤-40(Argon-40영어)이 되는 현상을 이용한다.[2] 이 기술은 고인류학 유적지 내 또는 상위에 있는 화산재 층의 연대를 측정하는 데에도 유용하게 사용된다. 특히, 아르곤-아르곤 연대 측정 방법은 수천 년 정도의 비교적 짧은 시간 척도에서도 연대 측정이 가능하다.[2]2. 1. 5. 전자 스핀 공명 연대 측정 (ESR)
전자 스핀 공명(ESR) 연대 측정은 시료 내의 비짝 전자량을 측정하여 연대를 측정하는 방법이다.[18]2. 2. 핵분열 궤적 연대 측정
방사성 동위원소를 이용한 반감기를 측정하여 절대 연대를 측정할 수 있다. 핵분열 궤적 연대 측정법은 이러한 방법 중 하나로, 광물 내 우라늄 핵분열 궤적을 분석하여 암석의 연대를 측정한다.2. 3. 우주생성 핵종 연대 측정
지형 표면이 생성된 시점(노출 연대 측정) 또는 이전에 표면 물질이 매몰된 시점을 결정하기 위한 일련의 관련 기술이다.[10] 노출 연대 측정은 충적 선상지 등과 같은 표면이 생성된 시점에 대한 대용물로서 지구 물질과 상호 작용하는 우주선에 의해 생성된 이종 핵종(예: 10Be, 26Al, 36Cl)의 농도를 사용한다. 매몰 연대 측정은 퇴적물이 추가적인 우주선 노출로부터 매몰에 의해 차단된 시점에 대한 대용물로서 2개의 우주 기원 원소의 차등적인 방사성 붕괴를 사용한다.2. 4. 루미네선스 연대 측정
루미네선스 연대 측정법은 석영, 다이아몬드, 장석, 방해석 등의 광물에서 방출되는 "빛"을 이용하여 연대를 측정하는 방법이다.[11] 광 여기 루미네선스(OSL), 음극선 발광(CL), 열 발광(TL) 등 다양한 종류가 있으며, 열 발광과 광 여기 루미네선스는 도자기나 조리석 같이 불에 구워진 유물, 또는 퇴적물의 연대 측정에 사용된다.2. 4. 1. 광 여기 루미네선스 (OSL)
발광 연대 측정 기술은 석영, 다이아몬드, 장석, 방해석과 같은 물질에서 방출되는 '빛'을 관찰한다. 지질학에서 광 여기 루미네선스(OSL), 음극선 발광(CL), 열 발광(TL)을 포함한 다양한 종류의 발광 기술이 활용된다.[11] 열 발광과 광 여기 루미네선스는 고고학에서 도자기나 취사석과 같은 '소성'된 물체의 연대를 측정하는 데 사용되며, 모래 이동을 관찰하는 데도 사용될 수 있다.2. 4. 2. 음극선 발광 (CL)
발광 연대 측정 기술은 석영, 다이아몬드, 장석, 방해석과 같은 물질에서 방출되는 '빛'을 관찰한다. 지질학에서 광 여기 루미네선스(OSL), 음극선 발광(CL), 열 발광(TL)을 포함한 다양한 종류의 발광 기술이 활용된다.[11]2. 4. 3. 열 발광 (TL)
발광 연대 측정 기술은 석영, 다이아몬드, 장석, 방해석과 같은 물질에서 방출되는 '빛'을 관찰한다. 지질학에서 광 여기 루미네선스(OSL), 음극선 발광(CL), 열 발광(TL)을 포함한 다양한 종류의 발광 기술이 활용된다.[11] 열 발광과 광 여기 루미네선스는 고고학에서 도자기나 취사석과 같은 '소성'된 물체의 연대를 측정하는 데 사용되며, 모래 이동을 관찰하는 데 사용될 수 있다.2. 5. 점증적 연대 측정
점증적 연대 측정은 규칙적인 성장 패턴을 보이는 생물체나 퇴적물을 이용하여 연대를 측정하는 방법이다. 이러한 방법으로 연도별 연대기를 구축할 수 있으며, 이는 현재와 연결되어 고정될 수도 있고, 상대적인 연대를 나타내는 부동(浮動) 상태일 수도 있다.점증적 연대 측정에는 연륜연대기, 빙하 코어, 지의류 연대 측정법, 연층 등이 있다.
2. 5. 1. 연륜 연대 측정
연륜 연대 측정법은 나무의 나이테를 분석하여 과거 기후 변화 및 연대를 추정하는 방법이다.2. 5. 2. 빙하 코어
빙하 코어는 얼음 층을 분석하여 과거 기후 변화 및 대기 조성을 연구하는 데 사용된다. 점증적 연대 측정 기술을 통해 연도별 연대기를 구축하며, 이는 고정되거나 부동일 수 있다.[1]2. 5. 3. 지의류 연대 측정
지의류 연대 측정법은 바위 표면에 서식하는 지의류의 성장 속도를 이용하여 노출 연대를 측정하는 방법이다.[1]2. 5. 4. 연층 (Varve)
점증적 연대 측정은 연도별 연대기를 구축할 수 있게 해주며, 이는 고정될 수도 있고(''즉'', 현재와 연결되어 달력 또는 항성시) 부동일 수도 있다. 연층은 호수 퇴적물에 나타나는 얇은 층을 분석하여 과거 퇴적 환경 및 연대를 추정하는 방법이다.2. 6. 고지자기 연대 측정
일부 암석은 생성될 때 지자기의 영향을 받아 자극의 방향을 알 수 있도록 자화된다. 이처럼 암석에 기록된 고지자기 정보를 이용하여 연대를 측정하는 방법을 고지자기 연대 측정이라고 한다.2. 6. 1. 겉보기 극 이동 경로 (APWP)
고지자기 극의 일련(보통 가상 지자기 극이라 불림)은 이미 연대가 잘 정의되어 있으며, 이는 겉보기 극 이동 경로(APWP)를 구성한다. 이러한 경로는 대륙괴에 대해 구성된다. 서로 다른 대륙의 APWP는 연대가 알려지지 않은 암석에 대해 새롭게 얻어진 극의 참조로 사용될 수 있다. 고지자기 연대 측정의 경우, APWP를 사용하여 연대가 알려지지 않은 암석이나 퇴적물에서 얻은 극을 APWP상의 가장 가까운 지점에 연결하여 연대를 측정하는 것이 제안되었다. 고지자기 연대 측정의 두 가지 방법이 제안되었다. (1) 각도법과 (2) 회전법.[12] 첫 번째 방법은 동일한 대륙괴 내부의 암석의 고지자기 연대 측정에 사용된다. 두 번째 방법은 구조적 회전이 가능한 습곡 지역에 사용된다.일부 암석은 생성될 때 지자기의 영향을 받아 자극의 방향을 알 수 있도록 자화된다. 따라서 기록된 고지자기극(일반적으로 가상 지자기극(Virtual Geomagnetic Pole, VGP)라고 한다)을 연대순으로 지도(지구본)상에 그리면 겉보기 극 이동 곡선(APWP)이 만들어진다. 이러한 곡선은 (대륙 이동의 영향을 받기 때문에) 대륙(육괴)마다 다른 것이 그려진다.[25] 각 대륙의 APWP는 연대가 불분명한 암석의 고극 참조용으로 사용될 수 있다. 고지자기 연대 측정의 경우, 고극을 APWP상의 가장 가까운 지점에 연결하여 암석 또는 연령이 불분명한 퇴적물의 연대를 조사한다. 고지자기 연대 측정의 두 가지 방법이 제안되었다. (1) 각도법과 (2) 회전법.[26] 첫 번째 방법은 같은 대륙 블록 내의 암석의 고지자기 연대 측정에 사용된다. 두 번째 방법은 지각 변동의 영향을 계산할 수 있는 영역에 사용된다.
2. 6. 2. 각도법
고지자기 극의 일련(보통 가상 지자기 극이라 불림)은 이미 연대가 잘 정의되어 있으며, 이는 겉보기 극 이동 경로(APWP)를 구성한다. 이러한 경로는 대륙괴에 대해 구성된다. 서로 다른 대륙의 APWP는 연대가 알려지지 않은 암석에 대해 새롭게 얻어진 극의 참조로 사용될 수 있다. 고지자기 연대 측정의 경우, APWP를 사용하여 연대가 알려지지 않은 암석이나 퇴적물에서 얻은 극을 APWP상의 가장 가까운 지점에 연결하여 연대를 측정하는 것이 제안되었다. 고지자기 연대 측정의 두 가지 방법이 제안되었는데, (1) 각도법과 (2) 회전법이다.[12] 첫 번째 방법은 동일한 대륙괴 내부의 암석의 고지자기 연대 측정에 사용된다. 두 번째 방법은 구조적 회전이 가능한 습곡 지역에 사용된다.2. 6. 3. 회전법
고지자기 극의 일련(보통 가상 지자기 극이라 불림)은 이미 연대가 잘 정의되어 있으며, 이는 겉보기 극 이동 경로(APWP)를 구성한다. 이러한 경로는 대륙괴에 대해 구성된다. 서로 다른 대륙의 APWP는 연대가 알려지지 않은 암석에 대해 새롭게 얻어진 극의 참조로 사용될 수 있다. 고지자기 연대 측정의 경우, APWP를 사용하여 연대가 알려지지 않은 암석이나 퇴적물에서 얻은 극을 APWP상의 가장 가까운 지점에 연결하여 연대를 측정하는 것이 제안되었다. 고지자기 연대 측정의 두 가지 방법 중 회전법은 구조적 회전이 가능한 습곡 지역에 사용된다.[12]2. 7. 자기층서학
고지자기층서학은 퇴적암 및/또는 화산암 계열의 자기 극성대 패턴을 자기 극성 시간 척도와 비교하여 연대를 결정한다. 자기 극성 시간 척도는 해양 지각 자기 이상, 고지자기층서 단면 내 화산암 방사성 연대 측정 및 고지자기층서 단면 천문 연대 측정을 통해 이전에 결정되었다.2. 8. 화학층서학
화학층서학은 지층 내 화학 성분, 특히 동위원소 조성의 변화를 이용하여 지층 대비 및 연대를 추정하는 방법이다. 탄소-13, 스트론튬 동위원소의 전 지구적 경향이 지층 대비에 사용될 수 있다.[13][27]2. 8. 1. 탄소-13 동위원소
동위원소 조성, 특히 탄소-13과 스트론튬 동위원소의 전 지구적 경향은 지층을 대비하는 데 사용될 수 있다.[13][27]2. 8. 2. 스트론튬 동위원소
스트론튬 동위원소와 탄소-13의 전 지구적 경향은 지층을 대비하는 데 사용될 수 있다.[13]2. 9. 대비 지표층
지준층(Marker horizon영어)은 같은 시대의 층서 단위이다. 독특한 구성과 외관을 가지며, 서로 다른 지역에 존재하더라도, 이들의 연대가 동일하다는 확신을 준다. 화석의 동식물은 해양과 육상 모두에서 지준층이 될 수 있다.[28] 테프로연대학은 알려지지 않은 화산재(테프라)와 지구화학적으로 지문이 찍힌 연대 측정된 테프라와의 상관 관계를 조사하는 기법이다. 일부 분화 날짜가 확정되어 있어 테프라는 고고학적 연대 측정 도구로도 자주 사용된다.
3. 지질 연대 척도
지질 연대 척도는 지구의 역사를 나타내는 시간 척도이다. 지질 시대는 누대, 대, 기, 세, 절 등의 단위로 구분된다.[1]
3. 1. 지질 시대 계층 구조
지구 역사의 시간 단위는 누대, 대, 기, 세, 절, 극성 연대 순으로 구분된다. 이러한 시대 단위는 암석 기록을 기반으로 정의된다.[1]| 연대층서학 단위 (지층) | 지질 연대기 단위 (시간 간격) | 참고 사항 |
|---|---|---|
| 이언 | 이언 | 총 4개, 5억 년 이상 |
| 대 | 대 | 10개 정의, 수억 년 |
| 계 | 기 | 22개 정의, 수천만 ~ 수억 년 |
| 세 | 세 | 34개 정의, 수천만 년 |
| 절 | 기 | 99개 정의, 수백만 년 |
| 크로노존 | 크론 | 기의 하위 구분, 국제층서위원회(ICS) 시간 척도에서는 사용되지 않음 |
3. 2. 연대층서학과의 차이점
지질연대 단위와 층서 연대 단위를 혼동해서는 안 된다.[15] 지질연대 단위는 시간의 기간이므로, ''티라노사우루스''가 후기 백악기절에 살았다고 말하는 것이 옳다.[16] 층서 연대 단위는 지질 물질이므로, ''티라노사우루스'' 속의 화석이 상부 백악기 계에서 발견되었다고 말하는 것도 옳다.[17] 마찬가지로, ''티라노사우루스'' 화석이 발견된 헬 크릭 퇴적층과 같은 상부 백악기 계 퇴적지를 방문하는 것은 완전히 가능하지만, 시간의 기간인 후기 백악기 절을 방문하는 것은 당연히 불가능하다.| 지질 연대 구분 | 연대 층서 구분 | 정의 수 및 개략 연수 | ||
|---|---|---|---|---|
| 누대 | eon영어 | 누계 | eonothem영어 | 4누대, 각 5억 년 이상 |
| 대 | era영어 | 계 | erathem영어 | 10대, 수억 년 정도 |
| 기 | period영어 | 계 | system영어 | 22기, 수천만~수억 년 |
| 세 | epoch영어 | 통 | series영어 | 34세, 수천만 년 |
| 절 | age영어 | 층 | stage영어 | 99절, 수백만 년 |
| 시대와 층의 대비 | |||
|---|---|---|---|
| 후기 | late영어 | 상부 | upper영어 |
| 중기 | middle영어 | 중부 | middle영어 |
| 전기 | early영어 | 하부 | lower영어 |
참조
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International Chronostratigraphic Chart
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문서
累代の上位概念。現時点では先カンブリア時代しか存在しない。
[30]
문서
ICS（[[:en:International Commission on Stratigraphy|International Commission on Stratigraphy]]）では未使用
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