지구의 나이

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1. 개요
2. 역사
3. 원리
참조

1. 개요

지구의 나이는 45억 4천만 년 정도로 추정되며, 이는 방사성 연대 측정법을 통해 밝혀졌다. 20세기 초 방사성 연대 측정법이 발전하면서, 우라늄 광물 연대 측정 결과 일부 암석의 나이가 10억 년이 넘는다는 것이 밝혀졌고, 호주에서 발견된 지르콘은 최대 44억 년의 나이를 보였다. 태양계에서 가장 오래된 고체 구성물인 칼슘-알루미늄 다수 내포물은 45억 6700만 년으로 측정되어 태양계 나이의 최소 하한을 결정했다. 지구의 나이를 측정하는 데에는 지구의 지질학적 변화, 방사성 연대 측정법의 원리, 운석을 이용한 측정 등이 활용된다.

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지구의 나이
지구 정보
서반구에서 본 지구
지구 통계
나이	45억 4천만 년 ± 1%
질량	5.97237 × 10^24 kg
평균 반지름	6,371.0084 km
적도 반지름	6,378.1370 km
극 반지름	6,356.7523 km
표면적	5.10072 × 10^8 km²
부피	1.08321 × 10^12 km³
평균 밀도	5.514 g/cm³
표면 중력	9.80665 m/s² (1 g)
탈출 속도	11.186 km/s
자전 주기	23.934 시간
공전 주기	365.256 일
궤도 속도	29.78 km/s
궤도 경사	1.57869° (황도면 기준)
달의 개수	1개 (달)
대기압	101.325 kPa (해수면 기준)
지구의 대기 조성
질소	78.084%
산소	20.946%
아르곤	0.934%
이산화탄소	0.0407%
네온	0.001818%
헬륨	0.000524%
메탄	0.000179%
수소	0.000055%
아산화 질소	0.00003%
오존	0.000004%
물	가변적
지구의 구성 요소
핵	철, 니켈
맨틀	규산염 광물
지각	화성암, 퇴적암, 변성암
기타 정보
평균 표면 온도	14°C (287 K)
고대 이름	테라 (Terra)

2. 역사

20세기 초, 방사성 연대 측정이 발전하면서 과학자들은 우라늄-납 연대 측정을 통해 암석의 나이를 측정하기 시작했다. 그 결과, 일부 암석은 10억 년이 넘는 나이를 가지고 있다는 것이 밝혀졌다.^[195] 특히 호주 웨스턴오스트레일리아주의 잭 힐즈에서 발견된 지르콘은 44억 4백만 년이라는 나이를 기록했다.^[196]^[197]^[198] 또한, 태양계에서 가장 오래된 고체 구성물인 칼슘-알루미늄 다수 내포물은 45억 6700만 년 전의 것으로 측정되어,^[199]^[200] 태양계 나이의 최소 하한을 결정하는 데 중요한 역할을 했다.

지구는 칼슘-알루미늄 다수 내포물과 운석이 생성된 직후 강착되었다고 추정된다. 그러나 강착 과정에 걸린 시간은 모델에 따라 수백만 년에서 최대 1억 년까지 다양하게 추정되기 때문에, 지구의 정확한 나이와 지구에서 가장 오래된 암석의 나이 차이는 아직 명확하게 밝혀지지 않았다. 게다가 암석 자체가 다양한 나이의 광물 집합체이기 때문에 가장 오래된 암석의 정확한 나이를 측정하는 것은 더욱 어렵다.

2. 1. 고대 및 중세 시대

고대에는 지구가 영원하거나 순환한다는 믿음이 지배적이었다.^[57] 예를 들어 고대 인도에서는 약 90억 년마다 세계가 다시 태어난다고 생각했고,^[58] 고대 그리스의 스토아 학파는 세계가 멸망과 재생을 반복한다고 보았으며,^[59] 아리스토텔레스는 세계가 영원히 지속된다고 생각했다.^[59]

예외적으로 기독교 세계에서는 천지 창조부터 아담과 이브를 거쳐 최후의 심판까지 이어지는 직선적인 역사가 나타났다.^[60] 이에 따라 구약성서의 창세기를 바탕으로 지구의 나이를 계산하려는 시도가 있었다. 안티오키아의 주교 테오필루스는 169년에 지구 창조를 기원전 5529년으로 계산했고,^[60]^[61] 율리우스 아프리카누스는 그리스도의 탄생을 천지 창조로부터 5500년 후로 보았다.^[62] 이러한 시도는 계속되었지만, 대부분 지구의 나이를 6000년 미만으로 추정했다.^[61]

중세 시대에는 다른 관점에서 지구의 나이가 더 오래되었을 것이라는 견해도 있었다. 아라비아 학자 알하젠은 산지의 지층에서 발견되는 물고기 화석을 근거로, 바다에서 죽은 물고기가 퇴적되어 산이 되기까지 매우 오랜 시간이 걸렸을 것이라고 생각했다.^[63]

세계가 주기적으로 반복된다는 생각도 중세 시대에 영향을 미쳤다. 당시 항성은 3만 6000년 주기로 회전한다고 알려져 있었고, 지구의 현상도 이 주기를 따를 것이라고 믿었다. (현재 이 항성의 움직임은 지구의 세차 운동으로 설명되며, 주기는 약 2만 6000년이다.)^[64] 12세기에는 세계가 영원하다는 아리스토텔레스의 사상이 유럽에 전해졌다.^[61]

14세기 장 뷔리당은 3만 6000년 주기설에 반대하며, 해안선 변화 기록과 별의 주기를 근거로 3만 6000년이라는 숫자에 큰 근거가 없다고 주장했다.^[65]

2. 2. 종교개혁 시기

16세기에는 종교개혁이 일어나 기존의 교회에 대한 비판이 높아졌다. 프로테스탄트는 교회 비판의 근거로 삼기 위해 성경을 주의 깊게 읽기 시작했으며, 비판을 받은 가톨릭도 마찬가지로 성경을 읽게 되었다.^[61]^[68]

이처럼 사람들의 성경과 역사에 대한 관심이 높아진 결과, 성경에서 지구의 나이를 구하려는 움직임이 다시 활발해졌다. 마르틴 루터는 성경을 토대로 천지창조의 해를 기원전 4000년으로 했다.^[69] 제임스 어셔는 연대기를 출판하여 그 속에서 천지창조의 해를 기원전 4004년 10월 23일 전날 밤(토요일)으로 기술했다.^[68]^[70] 이 기원전 4004년이라는 숫자는 킹 제임스 성경에도 주석으로 덧붙여졌기 때문에 영어권 사람들에게 널리 알려지게 되었다.^[71] 킹 제임스 성경의 기술은 19세기까지 남았다.^[72] 또한 케임브리지 대학교 부총장인 존 라이트풋은 천지창조를 기원전 3928년으로 하여, 아담은 오전 9시에 탄생했다고 구했다.^[73]

그러나 이처럼 성경의 날짜를 문자 그대로 받아들이는 것에 대한 비판도 있었다. 이는 인도나 중국에서는 자신들보다 더 오래된 역사를 가지고 있지만 노아의 방주에서의 홍수 등에 대해 기록되어 있지 않다는 사실이 실제로 그곳에 파견된 선교사들에 의해 전해진 것도 원인으로 꼽힌다.^[74]

2. 3. 근대 과학의 탄생

지층(암석과 토양의 층상 구조)에 대한 연구를 통해 자연사 연구자들은 지구가 오랜 시간 동안 많은 변화를 겪었음을 알게 되었다. 이 층들은 종종 알 수 없는 생물의 화석화된 유해를 포함하고 있었으며, 이는 층별 생물 진화를 해석하는 데 중요한 단서가 되었다.^[13]^[14]

17세기 니콜라스 스테노는 화석과 지층의 연관성을 처음으로 인식한 자연사 연구자 중 한 명이었다.^[14] 그의 관찰은 "중첩의 법칙" 및 "원래 수평성의 원리"와 같은 중요한 층서학적 개념을 공식화하는 데 기여했다.^[15] 1790년대에 윌리엄 스미스는 서로 다른 위치의 암석층이 유사한 화석을 포함하면 같은 시대일 가능성이 높다는 가설을 세웠다.^[16] 스미스의 조카이자 제자인 존 필립스는 이 방법을 통해 지구가 약 9천6백만 년 되었다고 추정했다.^[17]

18세기 중반, 미하일 로모노소프는 지구가 우주의 나머지 부분보다 먼저, 수십만 년 전에 만들어졌다고 제안했다. 1779년 뷔퐁 백작은 지구와 조성 면에서 유사한 작은 구체를 만들고 냉각 속도를 측정하는 실험을 통해 지구 나이를 약 7만 5천 년으로 추정했다.^[18]

다른 자연사 연구자들은 이러한 가설을 바탕으로 지구의 역사를 구성하려 했지만, 층서학적 층이 쌓이는 데 걸리는 시간을 알지 못해 정확한 연대를 측정하기 어려웠다.^[15] 1830년 지질학자 찰스 라이엘은 제임스 허턴의 저작에서 발견된 아이디어를 발전시켜 지구의 특징이 끊임없이 변화하고, 침식되고 재형성되며, 이러한 변화의 속도가 대략 일정하다는 개념을 대중화했다. 이는 지구의 역사를 간헐적인 격변설이 지배한다고 본 전통적인 관점에 대한 도전이었다. 많은 자연사 연구자들은 라이엘의 영향을 받아 변화가 일정하고 균일하다는 동일 과정설을 지지하게 되었다.

성경에 얽매이지 않고 지구 생성에 대해 고찰하려는 움직임도 나타났다. 1644년 출판된 르네 데카르트의 『Principles of Philosophy^영어』(철학 원리)는 이러한 움직임의 효시로 여겨진다.^[74] 로버트 훅이나 고트프리트 라이프니츠도 화석 연구 등을 통해 지구 형성을 연구했지만, 지구 연령에 대한 기록을 남긴 것은 프랑스 외교관 브누아 드 마이에였다.^[76]

드 마이에는 자신의 사후인 1748년에 익명으로 출판된 저서 『텔리아메드』(Telliamed, 드 마이에를 거꾸로 읽은 것)에서 자신의 생각을 제시했다. 그는 옛날 지구는 바다로 덮여 있었고, 물이 점차 감소했으며, 이 감소에 50만 년이 걸렸다고 기록했다.^[77]^[78] 이를 바탕으로 드 마이에는 지구 나이를 20억 년으로 추정했다.^[79] 그러나 드 마이에의 주장은 같은 책에 남녀가 수컷 인어와 암컷 인어가 모습을 바꾼 것이라는 등의 터무니없는 주장이 함께 쓰여 있어 받아들여지지 않았다.^[80]

아이작 뉴턴은 1687년 저서 『프린키피아』에서 지구 크기의 쇠구슬이 냉각되는 데 5만 년 이상 걸린다고 기록하며, 뜨거운 불덩이 같았던 지구가 서서히 식어 현재의 지구가 되었다는 아이디어를 제시했다.^[81]

프랑스의 박물학자 조르주 루이 르클레르 드 뷔퐁은 뉴턴의 기록을 실험으로 확인했다. 뷔퐁은 혜성이 태양에 충돌하여 튀어나온 물질이 지구가 되었다는 생각을 가지고 있었다.^[82] 그는 쇠구슬을 가열하여 냉각 시간을 측정, 지구 크기의 쇠구슬이 현재 온도까지 내려가는 데 9만 6670년과 132일이 걸린다는 결과를 얻었다.^[83] 하지만 지구는 쇠구슬이 아니므로, "유리, 사암, 경석회석, 대리석 및 철분을 포함한 물질"을 고려하고, 태양과 달의 열 영향도 고려하여 150페이지에 걸친 계산 끝에 지구 나이를 7만 4832년으로 도출했다.^[84]

이 수치는 1778년에 출판된 『자연의 시대』에 기록되었다. 그러나 뷔퐁은 바다가 넓어지고 퇴적층이 형성되기에는 이 수치가 너무 짧다고 생각하여 원고에 300만 년, 1000만 년과 같은 수치도 기록했다.^[85] 결국, 그는 이러한 큰 수치는 이해하기 어렵다고 판단하여 출판물에는 기재하지 않았다.^[86] 그러나 기재된 7만 수천 년이라는 숫자도 당시 지구 나이가 6000년이라는 생각이 일반적이었던 신학자들에게는 받아들여지기 어려웠다.^[87]

뷔퐁의 연구는 조제프 푸리에에 의해 발전되었다. 푸리에는 열전도 열전도 방정식을 만들고, 지구가 식는 데 걸리는 시간을 계산하려 했다.^[88] 푸리에의 계산 결과는 남아 있지 않지만, 그의 식에서 지구 나이를 구하면 1억 년이라는 숫자가 나온다.^[89]

2. 4. 지질학의 발전

지층—암석과 토양의 층상 구조—에 대한 연구를 통해 자연사 연구자들은 지구가 오랜 시간 동안 많은 변화를 겪었을 것이라고 생각했다. 이 층들은 흔히 알 수 없는 생물의 화석화된 유해를 포함하고 있었으며, 이는 층에서 층으로 생물의 진화를 해석하게 했다.^[13]^[14]

17세기의 니콜라스 스테노는 화석 유해와 지층의 연관성을 처음으로 인식한 자연사 연구자 중 한 명이었다.^[14] 그의 관찰은 "중첩의 법칙" 및 "원래 수평성의 원리"와 같은 중요한 층서학적 개념을 공식화하도록 이끌었다.^[15] 1790년대에 윌리엄 스미스는 서로 다른 위치의 두 암석층이 유사한 화석을 포함하고 있다면, 그 층들이 같은 시대일 가능성이 매우 높다는 가설을 세웠다.^[16] 스미스의 조카이자 제자인 존 필립스는 나중에 이러한 수단을 통해 지구가 약 9천6백만 년 되었다고 계산했다.^[17]

18세기 중반, 미하일 로모노소프는 지구가 우주의 나머지 부분보다 먼저, 수십만 년 전에 만들어졌다고 제안했다. 1779년 뷔퐁 백작은 지구와 조성 면에서 유사한 작은 구체를 만들고 냉각 속도를 측정하는 실험을 통해 지구의 나이를 추정하려 시도했다. 그는 이를 통해 지구가 약 7만 5천 년 된 것으로 추정했다.^[18]

다른 자연사 연구자들은 이러한 가설을 사용하여 지구의 역사를 구성했지만, 층서학적 층을 쌓는 데 얼마나 걸리는지 알지 못했기 때문에 그들의 연대기는 부정확했다.^[15] 1830년 지질학자 찰스 라이엘은 제임스 허턴의 저작에서 발견된 아이디어를 발전시켜, 지구의 특징이 끊임없이 변화하고, 침식되고 지속적으로 재형성되며, 이러한 변화의 속도가 대략 일정하다는 동일과정설을 대중화했다. 이것은 지구의 역사를 간헐적인 격변설이 지배한다고 본 전통적인 관점에 대한 도전이었다. 많은 자연사 연구자들은 라이엘의 영향을 받아 변화가 일정하고 균일하다고 믿는 "동일 과정설"을 따르게 되었다.

18세기 후반, 지질학계에서는 아브라함 고틀로프 베르너의 수성설이 알려져 있었다. 이는 지구가 한때 대양으로 덮여 있었고, 그 당시 해저에서 지금의 지형이 형성되었으며, 이윽고 물이 빠져나가 대륙이 되었다는 설이다.^[90]

제임스 허턴은 1785년 에든버러 왕립 학회에서 발표한 논문에서 이 수성설을 부정하고, 자신의 설을 공개했다. 그의 주장에 따르면 지구 내부의 열에 의해 지면이 융기하고, 그것이 해수면 위로 나와 육지가 되었다. 이는 화성설이라고 불린다.^[91] 허튼은 화강암이 수중에서 퇴적에 의해 생긴 것이 아니라, 마그마가 식어 굳어진 것이라고 주장했다. 그리고 육지는 이윽고 침식 작용을 받는다. 허튼은 현재와 같은 지층을 볼 수 있다는 것은 지구가 현재까지 침식과 융기를 여러 번 반복해 왔다는 것을 의미하며, 그만한 작용이 일어나는 데는 매우 긴 시간이 필요하고, 이는 인간이 관찰할 수 있는 범위를 넘어선다고 생각했다. 그는 "따라서, 인간이 관찰할 수 있는 한, 세계에는 시작도 없고, 끝도 없다"고 말했다.^[92]

허튼의 설은 당시 주류였던, 지구의 나이를 6000년으로 보는 생각과는 명백히 상반되었다.^[93] 허튼은 그 후, 시커 포인트의 관측을 통해 자신의 설이 옳다는 것을 확인하고,^[94] 1795년에는 자신의 이론을 저서 『지구의 이론』으로 정리했지만, 이 이론은 허튼 생전에는 널리 전파되지 않았다.

그러나 1802년, 동료인 존 플레이페어는 허튼의 이론을 정리한 『허튼의 지구 이론 해설』을 출판했고, Sir James Hall, 4th Baronet|제임스 홀^영어은 1804년부터 1805년에 걸쳐 실험을 통해 허튼의 이론의 옳음을 증명했다.^[95] 찰스 라이엘은 실지 관측 등을 통해 허튼과 같은 생각을 갖게 되었고, 1830년, 저서 『Principles of Geology|지질학 원리^영어』를 출판했다. 이 책에서는 지구의 나이는 측량할 수 없을 정도로 오래되었다고 주장했다. 라이엘은 더 나아가, 지구는 정지 상태에 있으며, 현재 지구에서 일어나는 화산 활동이나 퇴적, 침식과 같은 현상은 과거에도 같은 내용, 같은 규모로 일어났다고 주장했다.^[96] 이것은 후에 동일과정설이라고 불리게 된다.^[97] 『지질학 원리』는 당시 베스트셀러가 되었고, 후세에도 영향을 미치게 되었다.^[98]^[99]

한편 조르주 퀴비에는 과거의 지구에는 여러 번의 천변지이가 일어났다는 격변설을 주장했다. 이 설에 따르면, 천변지변이 일어날 때마다 생물의 대부분이 절멸하고, 그 화석이 다른 지층 속에 나타난다. 그리고 노아의 방주에 묘사된 천변지이가 마지막 천변지변이다.^[100] 격변설은 6000년 이상 전에 생명이 존재했음을 설명할 수 있고, 성경의 기술과는 모순되지 않아 한때는 지지하는 사람이 많았다.^[101] 퀴비에의 제자들은 이 생각을 발전시켜, 천변지변에 의해 생명이 절멸하고, 그 때마다 천지개벽에 의해 생명이 창조되었다고 생각했다. 그러나, 동일과정설의 등장과 함께 격변설은 지지를 잃었다.^[102]

2. 5. 윌리엄 톰슨(켈빈 경)의 이론

1862년, 물리학자 윌리엄 톰슨, 초대 켈빈 남작은 지구의 나이를 2천만 년에서 4억 년 사이로 추정하는 계산 결과를 발표했다.^[19]^[20] 그는 지구가 완전히 용융된 상태로 형성되었다고 가정하고, 근표면의 온도 기울기가 현재 값으로 감소하는 데 걸리는 시간을 계산했다. 그의 계산은 방사성 붕괴를 통한 열 생성, 맨틀 대류와 같이 당시 알려지지 않았던 과정을 고려하지 않았다. 이 과정들은 상부 맨틀의 온도를 오랫동안 높게 유지하여 지각에서 높은 열 기울기를 지속시켰다.^[19] 톰슨은 태양의 열 출력을 추정하고 태양이 중력 붕괴로부터 에너지를 얻는다는 이론을 바탕으로 태양의 나이를 약 2천만 년으로 추정했다.^[21]^[22]

찰스 라이엘 같은 지질학자들은 지구의 나이가 그렇게 짧다는 것을 받아들이기 어려워했다. 생물학자들에게도 1억 년은 너무 짧았다. 찰스 다윈은 진화 이론에서 누적된 자연 선택과 무작위적인 유전적 변이 과정에는 상당한 시간이 필요하며, 톰슨의 추정치는 충분한 시간을 제공하지 못한다고 말했다.^[23]

1869년 강연에서 다윈의 옹호자인 토머스 헨리 헉슬리는 톰슨의 계산이 자체적으로는 정확해 보이지만 잘못된 가정을 기반으로 한다고 공격했다. 물리학자 헤르만 폰 헬름홀츠(1856년)와 천문학자 사이먼 뉴컴(1892년)은 각각 2200만 년과 1800만 년의 계산 결과를 제시하며 논쟁에 참여했다. 그들은 태양이 가스와 먼지 성운에서 현재의 직경과 밝기로 응축되는 데 걸리는 시간을 독립적으로 계산했다.^[25] 그들의 값은 톰슨의 계산과 일치했지만, 태양이 중력 수축의 열로만 빛난다고 가정했다. 태양의 핵융합 과정은 아직 알려지지 않았다.

1892년, 톰슨은 과학적 업적을 인정받아 켈빈 경 작위를 받았다. 1895년 존 페리는 전도도 가정을 근거로 켈빈의 수치에 이의를 제기했고, 올리버 헤비사이드는 이를 "그의 연산자법이 복잡한 문제를 해결하는 능력을 보여주는 수단"으로 간주하며 논쟁에 참여했다.^[26] 다른 과학자들은 켈빈의 수치를 지지했다. 다윈의 아들 조지 H. 다윈은 지구와 달이 용융 상태에서 분리되었다고 제안하며, 조석 가속으로 지구가 현재의 24시간 주기를 갖는 데 걸리는 시간을 계산하여 5600만 년이라는 값을 제시했다. 이는 톰슨이 올바른 방향으로 가고 있다는 추가 증거가 되었다.^[25] 켈빈은 1897년에 "2천만 년보다 많고 4천만 년보다 적으며, 4천만 년보다는 2천만 년에 훨씬 더 가깝다"는 마지막 추정치를 제시했다.^[27] 1899년과 1900년, 존 졸리는 해양이 침식으로 할라이트를 축적하는 속도를 계산하여 해양 나이가 약 8천만에서 1억 년이라고 결정했다.^[25]

톰슨의 지구 나이 1억 년설은 대체로 받아들여졌지만, 톰슨은 스스로 이 나이를 수정했다. 1887년 논문에서 톰슨은 태양 나이에 대해 "과거에 태양이 2000만 년 이상 지구를 비추었고, 미래에도 500만~600만 년 이상 비출 것이라고 기대하는 것은 매우 경솔하다"라고 주장하며, 태양 복사량 데이터를 최신 것으로 업데이트했다.^[127] 1895년 논문에서는 암석 융점을 낮춘 킹(C.King 1842-1901)의 1893년 논문에 근거하여 지구 나이를 2400만 년으로 수정했다.^[128]^[129]

지질학자들은 톰슨이 지구 나이를 2400만년으로 젊게 수정하자 반대했다. 존 졸리의 해양 나트륨량 산출 결과는 9000만 년에서 9940만 년이었다. 지질학자들의 데이터로는 2000만 년대 지구 나이에 대응할 수 없었다.^[130] 이전 톰슨 지지자였던 가이키도 반대 측으로 돌아섰다.^[131]

존 페리는 톰슨의 조수였지만, 1894년 논문에서 톰슨의 논법에 의문을 제기했다.^[132] 톰슨은 지구 열전도율이 সর্বত্র 같다는 가정으로 계산했지만, 지구 내부 열전도율이 바깥쪽보다 크면 지구 나이는 톰슨 계산보다 훨씬 커진다.^[133]^[134]

페리 논문에 대해 처음에는 톰슨파인 피터 거스리 테이트가 반론했지만,^[135] 톰슨도 1894년 응답에서 지구 나이를 2000만 년에서 4억 년으로 추정했지만, 상한을 40억 년으로 해야 했을지도 모른다고 말했다. 그러나 태양은 2000만 년 이상 빛날 수 없다고 주장했다.^[136]^[137] 1895년 논문에서 톰슨은 지구 나이 양보를 철회하고 지구 나이를 2400만 년으로 재주장했다.^[138]^[139]

페리는 1895년 네이처 논문에서 지구 내부 상태는 불확실하므로, 현재 지구물리학으로는 지구 나이 상한을 설정할 수 없다고 주장했다.^[140]

2. 6. 방사능의 발견

앙리 베크렐은 1896년에 우라늄에서 방사선이 나오는 현상을 발견했고,^[29]^[30]^[31]^[32] 마리 퀴리와 피에르 퀴리 부부는 1898년에 방사성 원소인 폴로늄과 라듐을 발견했다.^[33] 1903년, 피에르 퀴리와 알베르 라보르드는 라듐이 자체 무게의 얼음을 한 시간 안에 녹일 만큼 충분한 열을 발생시킨다는 사실을 발표했다.^[34] 지질학자들은 이 발견이 지구 나이 계산에 큰 영향을 미친다는 것을 빠르게 인지했다. 이전에는 지구와 태양의 초기 열이 우주로 방출된다고 가정했지만, 방사성 붕괴로 인해 열이 계속 보충된다는 것이 밝혀졌기 때문이다. 조지 다윈과 존 졸리가 1903년에 이 점을 처음 지적했다.^[35]

어니스트 러더퍼드와 프레더릭 소디는 방사성 물질 연구를 통해 방사능이 원자 원소의 자발적인 변환으로 발생한다는 결론을 내렸다. 방사성 붕괴 과정에서 한 원소는 더 가벼운 다른 원소로 분해되며, 이 과정에서 알파, 베타 또는 감마선 방사선을 방출한다. 또한, 특정 방사성 원소의 동위 원소는 고유한 속도로 다른 원소로 붕괴하는데, 이 속도는 "반감기"로 주어진다. 반감기는 방사성 물질 질량의 절반이 "붕괴 생성물"로 분해되는 데 걸리는 시간이다.

우라늄과 토륨은 긴 반감기를 가지므로 지구 지각에 남아있지만, 짧은 반감기를 가진 방사성 원소는 일반적으로 사라졌다. 이는 지질학적 샘플에서 방사성 물질의 상대적 비율을 통해 지구 나이를 측정할 수 있음을 시사했다. 방사성 원소는 항상 비방사성("안정") 원소로 직접 붕괴되지 않고, 자체 반감기를 가진 다른 방사성 원소로 붕괴된 후, 안정 원소에 도달할 때까지 붕괴를 계속한다. 이러한 "붕괴 사슬"은 방사능 발견 후 몇 년 안에 알려졌으며, 방사성 연대 측정 기술의 기반이 되었다.

화학자 버트람 B. 볼트우드와 물리학자 러더퍼드는 방사능의 선구자였다. 1904년 말, 러더퍼드는 방사성 붕괴로 방출된 알파 입자가 헬륨 원자로서 암석에 갇힐 수 있다는 점을 이용하여 방사성 연대 측정의 첫 단계를 밟았다. 소디와 윌리엄 램지 경은 라듐이 알파 입자를 생성하는 속도를 결정했고, 러더퍼드는 헬륨 농도를 측정하여 암석 샘플의 나이를 4천만 년으로 측정했다.

볼트우드는 1905년에 납이 라듐 붕괴의 최종 안정 생성물이라고 제안했다. 러더퍼드는 라듐-납 붕괴 연쇄를 사용하여 암석 샘플 연대를 측정할 수 있다고 추측했고, 볼트우드는 1907년에 26개 암석 샘플의 연대를 4억 1천만 년에서 22억 년 사이로 발표했다.^[7]

2. 7. 방사성 연대 측정의 수용

Robert Strutt, 4th Baron Rayleigh^영어는 우라늄과 헬륨의 양으로 지구의 나이를 추정하는 방법의 결점을 지적했다. 헬륨은 기체이므로 분석하는 동안 공기 중으로 새어나가 모든 헬륨의 양을 측정할 수 없다. 따라서 실제 나이는 이 방법으로 얻을 수 있는 값보다 더 길어야 한다.^[153]

1907년, Bertram Boltwood^영어는 우라늄을 포함한 암석에 많은 양의 납이 존재한다는 것을 발견했다.^[153] 이로 인해 우라늄이 방사성 붕괴를 반복하여 최종적으로 납이 된다는 것이 밝혀졌다.

따라서 헬륨 대신 납의 양을 측정하여 지구의 나이를 구할 수 있다. 볼트우드는 이를 측정하여 가장 오래된 암석의 나이로 약 16.4억원이라는 결과를 얻었다.^[154] 한편, 조지 베커와 존 졸리와 같이 이러한 큰 값은 퇴적물의 기록에서 얻은 값과 일치하지 않는다고 주장하는 학자도 있었다.^[155] 졸리는 방사성 붕괴 속도가 과거에는 현재보다 몇 배나 빨랐을 것이라고 말했다.^[156]

물리학자들은 이러한 의견에 동의하지 않았지만,^[156] 우라늄과 납의 양으로 연대를 구하는 방법에도 우려 사항이 있었다. 이 방법에서는 암석 속의 납은 거의 모두 우라늄의 붕괴로 생성된 것으로 계산하지만, 만약 암석에 원래부터 납이 포함되어 있었다면 실제 연대는 구한 값보다 젊어진다.^[157] 즉, 지구의 나이를 구하려면 원래부터 있던 납과 우라늄의 붕괴로 생긴 납을 구분해야 한다.

이 문제는 소디에 의한 동위원소의 발견으로 해결되었다. 납에는 ²³⁸U의 붕괴로 생성되는 ²⁰⁶Pb, ²³⁸Th의 붕괴로 생성되는 ²⁰⁸Pb, 그리고 그 외의 ²⁰⁷Pb의 3종이 있다(현재에는 ²⁰⁷Pb는 ²³⁵U의 붕괴로 생성된다는 것이 밝혀졌다. 또한 현재에는 자연계에 존재하는 납으로 ²⁰⁴Pb가 알려져 있다^[154]^[158]). 따라서 이러한 비율로부터 지구의 나이를 계산할 수 있다. 이 연구는 아서 홈스에 의해 수행되었다. 홈스는 16억원이라는 숫자를 주장했지만, 동위원소의 양을 정확하게 측정하는 것은 당시 과학으로는 어려웠고, 해결된 것은 1930년대에 들어서였다.^[154]

그 사이 1921년, 영국 학술 진흥회에서 지질학자, 물리학자, 천문학자들이 모여 지구의 나이에 대한 토론이 열렸다.^[159]^[160] 과거 톰슨이 주장했던 지구의 나이에 지질학적으로 맞춰가려던 학자들은 방사성 연대 측정으로 주어진 긴 나이를 다소 버거워했지만, 최종적으로 지구의 나이는 약 15억원이라는 데에 대체로 합의를 얻었다.^[160] 다음 해인 1922년에는 미국 철학회에서도 회의가 열려 비슷한 결론으로 마무리되었다.^[160]

2. 8. 동위 원소 연구의 발전

프랜시스 애스턴은 동위원소의 존재가 발견되었을 때부터 원자량에 의해 동위원소를 분리할 수 있는 질량 분석기를 개발하는 데 관여했다.^[161] 1927년, 이 장치를 사용하여 납의 세 가지 동위원소 ²⁰⁶Pb, ²⁰⁷Pb, ²⁰⁸Pb를 확인하는 데 성공했다. 또한 그 후, 우라늄에는 ²³⁸U 외에 ²³⁵U가 있으며, ²⁰⁷Pb는 ²³⁵U가 붕괴하여 생성된다는 것을 알게 되었다.^[162] 1936년에는 알프레드 니어가 납에는 안정한 동위원소 ²⁰⁴Pb가 존재한다는 것을 발견했다.^[163]

1940년대, E.K. 갈링, 아서 홈즈, 피젤 후텔만스 3명은 각각 독립적으로, 비슷한 방법으로 지구의 나이를 계산했다. ²⁰⁴Pb에 대한 ²⁰⁶Pb와 ²⁰⁷Pb의 비율은 시간이 지남에 따라 증가하지만, 암석 속에 포함된 납이 우라늄을 포함하지 않는 방연광 형태로 광상을 형성하면 우라늄의 붕괴는 일어나지 않으므로 ²⁰⁴Pb, ²⁰⁶Pb, ²⁰⁷Pb의 비율은 그 이후 변화하지 않는다.^[171] 즉, 방연광의 세 가지 납 동위원소비는 그 방연광이 형성된 연대의 동위원소비를 그대로 보존하고 있을 것이다. 이 방연광이 형성된 해를 구하고, 아이소크론을 사용함으로써 지구의 나이를 구할 수 있다. 1942년에 갈링은 지구의 나이를 39억 5000만 년 이상으로 구했고,^[172] 1946년에 홈즈는 30억 1500만 년,^[173] 후텔만스는 29억 년으로 구했다.^[174] 발표는 갈링이 가장 빨랐지만, 이 논문은 러시아어로 쓰여졌기 때문에 주목받지 못했다.^[172]^[175] 그래서 이 방법은 현재 홈즈-후텔만스 모델이라고 불린다.^[174]^[176]

2. 9. 운석을 이용한 연대 측정과 그 후의 진전

클레어 패터슨은 철 운석에는 우라늄이 거의 포함되어 있지 않으므로 지구가 탄생했을 당시의 납 동위원소비가 그대로 보존되어 있다고 생각하고, 철 운석의 납 동위원소비 측정에 관해 연구했다.^[179] 1956년, 애리조나에서 채집된 캐니언 디아블로 운석의 납 동위원소비와 현재의 화강암과 현무암의 값을 비교하여 지구의 나이에 대해 45억 1000만 년, 45억 6000만 년이라는 두 값을 도출했다.^[179] 이후 새로 개발된 루비듐-스트론튬법 등으로도 측정되었지만, 수치에 관해 큰 차이가 없으므로 현재 대략 위의 값이 운석의 나이로 인지되고 있다.^[180]

지구와 운석이 같은 기원을 가지고 있다고 생각해도 좋은지에 대한 의문이 제기되었다. 패터슨은 심해 퇴적물은 오랜 세월 동안 가까운 곳에서 암석을 깎아낸 것들의 집합이므로, 이를 지구의 지각 물질의 평균으로 간주해도 좋다고 했다.^[181] 그리고 심해 퇴적물에서의 납의 동위원소비는 운석에서 구한 아이소크론과 같은 선상에 놓이는 것을 확인했다. 이로 인해 지구와 운석은 같은 물질로 형성되었다고 결론지었다.^[182] 그러나 이후의 데이터에서, 심해 퇴적물의 납 동위원소비는 지구와 지각 물질의 평균값으로 간주할 수 없다는 연구 결과가 나오게 되었다.^[183]

제논, 요오드, 플루토늄의 동위원소비로부터 지구와 운석의 관계를 구하려는 움직임도 있었다. 1960년, 존 레이놀즈는 운석 중에서 과잉 ¹²⁹Xe을 발견했다.^[184] 이는 ¹²⁹I가 방사성 붕괴한 것임이 확인되었고, 실제로 운석에 ¹²⁹I가 포함되어 있는 것도 확인되었다.^[184] ¹²⁹I는 태양계 탄생 이전의 초신성 폭발로 만들어진 것이므로, 운석은 원시 태양계 성운의 탄생으로부터 수천만 년 정도까지의 기간에 형성되었음을 나타낸다.^[184]

현재의 지구에서는 요오드는 거의 ¹²⁷I이지만, 과거에는 ¹²⁹I도 상당량 존재했다고 생각되고 있다. 카트 마르티는 1976년 운석과 지구 대기의 분석 결과로부터, 현재 지구 대기에 포함된 ¹²⁹Xe 중 약 5.2%는 ¹²⁹I의 붕괴로 생겨난 것이라고 발표했다.^[185] 또한 이가라시 죠지는 1995년, 지구 대기 중의 ¹³⁶Xe에는, ²⁴⁴Pu의 핵분열 반응으로부터 생긴 것이 2.8±1.3% 포함되어 있음을 확인했다.^[186]

이상의 데이터를 바탕으로 지구 탄생 시의 ¹²⁹I와 ²⁴⁴Pu의 양을 구함으로써, 지구와 운석의 비교가 가능해졌다. 그 결과, ¹²⁹I - ²⁴⁴Pu 그래프상에서 지구와 운석은 같은 직선상에 놓이며, 지구는 운석 탄생으로부터 약 1억 년 후에 탄생했다는 결론을 얻었다.^[187] 다만, 지구 대기의 다른 희가스에 대한 Xe의 비율은 운석의 그것에 비해 극단적으로 낮다는 특징이 있으며, 이를 고려하면 지구의 탄생은 운석 탄생으로부터 수천만 년 후가 된다.^[188]

하프늄과 텅스텐의 동위원소비 연구로부터, 운석이 탄생한 후 지구의 핵이 형성되기까지 1억 년 정도의 세월이 있었을 것이라고 추정되고 있다.^[189]

3. 원리

20세기 초 방사성 연대 측정이 발전하면서, 과학자들은 암석 내 방사성 동위원소의 양을 조사하여 지구의 나이를 추정하기 시작했다. 이 방법은 암석 내에 포함된 방사성 동위원소가 시간이 지남에 따라 일정한 속도로 붕괴하여 다른 원소로 변하는 원리를 이용한다.

우라늄-납법(U-Pb법), 칼륨-아르곤법(K-Ar법), 루비듐-스트론튬법(Rb-Sr법) 등이 지구의 나이를 측정하는 데 사용되는 주요 방법들이다.^[49] 이 방법들은 각각 다른 방사성 동위원소와 붕괴 방식을 이용하지만, 공통적으로 다음과 같은 원리에 기반한다.

방사성 동위원소는 각각 정해진 붕괴 상수 ''λ''를 가지며, 시간이 지남에 따라 방사성 붕괴에 의해 원자의 수를 줄여나간다. 현 시점에서의 원자수를 ''N'', 암석 생성 시점(시간 ''t'' = 0)의 원자수를 ''N''₀라고 하면, 다음과 같은 식이 성립한다.

: $N = N_0e^{-\lambda t}$

이 식을 이용하여 암석의 연대 ''t''를 구할 수 있다.^[49]

하지만 지구상의 암석은 화산 활동이나 풍화 작용 등으로 인해 끊임없이 변성되므로, 지구 탄생 초기의 모습을 그대로 간직한 암석을 찾기 어렵다. 따라서 과학자들은 운석의 나이를 측정하여 지구의 나이를 추정하는 방법을 사용한다. 운석은 지구와 비슷한 시기에 태양계 내에서 형성되었고, 외부 환경의 영향을 적게 받아 초기 상태를 비교적 잘 보존하고 있기 때문이다.

3. 1. 방사성 연대 측정법

20세기 초, 방사성 연대 측정이 발전하면서 암석의 나이를 더 정확하게 알 수 있게 되었다. 우라늄-납 연대 측정을 통해 일부 암석은 10억 년이 넘는다는 것이 밝혀졌다.^[195] 호주 웨스턴오스트레일리아주 잭 힐즈에서 발견된 지르콘은 무려 44억 4백만 년 전의 것으로 나타났다.^[196]^[197]^[198] 태양계에서 가장 오래된 물질인 칼슘-알루미늄 다수 내포물은 45억 6700만 년 전의 것으로 측정되어,^[199]^[200] 태양계 나이의 하한선을 정하는 데 중요한 역할을 했다.

암석이나 광물은 특정한 화학 원소를 포함하거나 포함하지 않는 화학적 특성을 지닌다. 방사성 동위원소를 포함한 암석은 방사성 붕괴 과정을 통해 시간이 지나면서 다른 원소를 생성한다. 붕괴하여 안정된 최종 생성물의 농도를 측정하고, 붕괴하는 원소의 반감기와 초기 농도를 알면 암석의 나이를 계산할 수 있다.^[28] 대표적인 방사성 최종 생성물로는 칼륨-40이 붕괴하여 생성되는 아르곤과 우라늄 및 토륨이 붕괴하여 생성되는 납이 있다.^[28] 암석이 녹으면 이러한 비방사성 최종 생성물은 빠져나가거나 재분배되므로,^[28] 가장 오래된 육지 암석의 나이는 지구 나이의 최소값을 제공한다.

방사능의 발견은 지구 나이 계산에 큰 영향을 미쳤다. 1896년 앙리 베크렐이 처음 방사능을 발견한 이후,^[29]^[30]^[31]^[32] 마리 퀴리와 피에르 퀴리는 방사성 원소인 폴로늄과 라듐을 발견했다.^[33] 1903년 피에르 퀴리와 알베르 라보르드는 라듐이 얼음을 녹일 만큼의 열을 발생시킨다는 것을 발표했다.^[34] 지질학자들은 방사성 붕괴가 지구 내부 열을 보충한다는 것을 깨달았고, 이는 지구 나이 계산의 기존 가정을 뒤엎었다. 조지 다윈과 존 졸리가 1903년에 이를 처음 지적했다.^[35]

어니스트 러더퍼드와 프레더릭 소디는 방사성 물질 연구를 통해 방사능이 원자 원소의 자발적인 변환 때문에 발생한다는 결론을 내렸다. 방사성 붕괴 과정에서 한 원소는 더 가벼운 다른 원소로 분해되며, 이 과정에서 알파, 베타 또는 감마선을 방출한다. 방사성 원소의 특정 동위 원소는 고유한 속도로 다른 원소로 붕괴하는데, 이 속도는 "반감기"로 주어진다.

버트람 B. 볼트우드와 러더퍼드는 방사성 연대 측정의 선구자였다. 1904년 러더퍼드는 방사성 붕괴로 방출된 알파 입자가 헬륨 원자 형태로 암석에 갇힐 수 있다는 아이디어를 제시했다. 그는 헬륨 농도를 측정하여 암석 샘플의 나이를 4천만 년으로 측정했다.^[37] 볼트우드는 1907년에 26개 암석 샘플의 연대를 4억 1천만 년에서 22억 년 사이로 발표했다.^[7]

아서 홈스는 방사성 연대 측정 연구를 계속하여 1911년에 가장 오래된 암석 표본의 나이가 약 16억 년이라는 결론을 내렸다.^[38] 1913년에는 원소가 질량이 다른 여러 변형체, 즉 "동위 원소"로 존재한다는 사실이 밝혀졌다. 1920년대까지 홈스의 연구는 큰 주목을 받지 못했지만, 1921년 대영 과학 진흥 협회 연례 회의에서 지구의 나이가 수십억 년이며 방사성 연대 측정이 신뢰할 수 있다는 합의가 이루어졌다. 홈스는 1927년에 『지구의 나이, 지질학적 아이디어 소개』를 출판하여 지구 나이 범위를 16억 년에서 30억 년으로 제시했다. 1931년 미국 국립 연구 위원회는 홈스를 위원으로 임명하여 지구 나이 문제를 조사했고, 홈스는 방사성 연대 측정이 지질 시대를 측정하는 신뢰할 수 있는 유일한 방법이라고 결론 내렸다.^[40]

방사성 연대 측정 기술은 1960년대부터 지속적으로 발전해왔다. 현재 40여 가지의 다양한 연대 측정 기술이 활용되고 있으며, 같은 샘플에 대해 여러 기술을 적용하면 매우 일치하는 결과를 얻을 수 있다.

클레어 카메론 패터슨은 1956년에 캐니언 디아블로 운석을 포함한 여러 운석에 대한 우라늄-납 연대 측정법(구체적으로 납-납 연대 측정법)을 사용하여 지구 나이를 45억 5천만 년 ± 7천만 년으로 결정했다.^[41]

1956년 패터슨이 지구의 나이를 결정하는 데 사용한 데이터를 보여주는 납 동위원소 등시선도

지구의 대부분 지질 표본은 지구의 나이를 직접 알려주지 못한다. 지구는 핵, 맨틀, 지각으로 분화되었고, 판 구조론, 풍화, 열수 순환 등으로 인해 오랫동안 섞이고 분리되었기 때문이다. 이러한 과정은 동위원소 연대 측정에 부정적인 영향을 줄 수 있다.

일부 운석은 태양 원반이 형성된 원시 물질을 나타내는 것으로 간주된다.^[42] 이들은 태양 원반과 행성이 형성된 직후 닫힌 시스템으로 작용했다.

그럼에도 불구하고, 지구에서 가장 먼저 형성된 납 광물인 갈레나의 고대 시생대 납 광석이 지구 형성 시기를 측정하는 데 사용되었다. 이들은 45억 4천만 년의 연대 측정 결과를 보였다.^[43]

등시선 연대 측정을 거친 여러 운석에 대한 통계는 다음과 같다.^[44]

1. 세인트 세베린(일반 콘드라이트)
	Pb-Pb 등시선	45억 4300만 년 ± 1900만 년
	Sm-Nd 등시선	45억 5000만 년 ± 3억 3000만 년
	Rb-Sr 등시선	45억 1000만 년 ± 1억 5000만 년
	Re-Os 등시선	46억 8000만 년 ± 1억 5000만 년
2. 주비나스(현무암질 무초원석)
	Pb-Pb 등시선	45억 5600만 년 ± 1200만 년
	Pb-Pb 등시선	45억 4000만 년 ± 100만 년
	Sm-Nd 등시선	45억 6000만 년 ± 8000만 년
	Rb-Sr 등시선	45억 0000만 년 ± 7000만 년
3. 아옌데(탄소질 콘드라이트)
	Pb-Pb 등시선	45억 5300만 년 ± 400만 년
	Ar-Ar 연령 스펙트럼	45억 2000만 년 ± 2000만 년
	Ar-Ar 연령 스펙트럼	45억 5000만 년 ± 3000만 년
	Ar-Ar 연령 스펙트럼	45억 6000만 년 ± 5000만 년

현재 지구의 연령은 방사성 연대 측정법으로 구하는 것이 일반적이다. 암석 내 방사성 동위원소의 양을 조사하는 방법으로, 우라늄-납 연대 측정법(U-Pb법), 칼륨-아르곤 연대 측정법(K-Ar법) 등이 사용된다. 방사성 동위원소는 각각 정해진 붕괴 상수 ''λ''를 가지며, 시간이 지남에 따라 방사성 붕괴에 의해 원자의 수를 줄여나간다. 현 시점에서의 원자수를 ''N'', 암석 생성 시점(시간 ''t'' = 0)의 원자수를 ''N''₀라고 하면,

: $N = N_0e^{-\lambda t}$

식이 성립한다.^[49] 이 식을 이용하여 암석의 연대 ''t''를 구한다.

(루비듐-스트론튬 연대 측정법에 대한 내용은 하위 섹션에서 이미 상세히 다루고 있으므로 생략한다)

이러한 방법으로 구한 지구상의 가장 오래된 물질은 오스트레일리아 서부에서 채취된 44.04±0.08억 년 전의 지르콘이다.^[53] 지구상의 물질은 화산 활동 등으로 변성을 반복하기 때문에 지구 탄생 당시 모습을 보존하고 있는 물질을 찾기는 어렵다.^[54] 운석의 연대로부터 지구의 연령을 구하는 방법이 사용되는데, 운석과 지구는 동일한 원소 합성 반응으로 만들어졌다고 생각되므로,^[55] 운석의 연령은 지구의 연령과 같다고 간주할 수 있다. 운석에 방사성 연대 측정을 적용하여 현재 지구의 연령은 대략 45억 년에서 46억 년으로 추정된다.^[56]

3. 1. 1. 루비듐-스트론튬 연대 측정법의 예

루비듐 Rb의 동위원소는 다음과 같은 붕괴를 일으켜, ⁸⁷Rb가 ⁸⁷Sr(스트론튬)으로 변화한다.

:

{}^{87}\hbox{Rb}\;\to\;^{87}\hbox{Sr}\;+\;\beta^-

이 ⁸⁷Rb에 대해 다음 식이 성립한다.

:

{}^{87}\hbox{Rb}\ = ({}^{87}\hbox{Rb})_0e^{-\lambda t}

(⁸⁷Rb)₀에 대해 풀면,

:

({}^{87}\hbox{Rb})_0 = {}^{87}\hbox{Rb}\, e^{\lambda t}

을 얻을 수 있다.

현재 ⁸⁷Sr의 양은, 암석 속에 원래부터 포함되어 있던 원자수 (⁸⁷Sr)₀에, 붕괴로 ⁸⁷Rb로부터 새롭게 탄생한 원자수 (⁸⁷Rb)₀ − ⁸⁷Rb를 더한 것과 같으므로,

:

{}^{87}\hbox{Sr} = ({}^{87}\hbox{Sr})_0 + ({}^{87}\hbox{Rb})_0 - {}^{87}\hbox{Rb}

위 식에 대입하면,

:

{}^{87}\hbox{Sr} = ({}^{87}\hbox{Sr})_0 + {}^{87}\hbox{Rb}(e^{\lambda t} - 1)

이 된다.^[50]

이 식에 측정값을 대입하는데, 동위원소의 양은 절대값보다는 동위원소비 형태로 측정하는 편이 간단하다. 양변을 ⁸⁶Sr으로 나누어,

:

\frac = \left(\frac\right)_0 + \frac(e^{\lambda t} - 1)

으로 하여, ⁸⁷Sr / ⁸⁶Sr 및 ⁸⁷Rb / ⁸⁶Sr의 측정값을 대입한다.^[51] 이 식에는 ''t'' 와 (⁸⁷Sr / ⁸⁶Sr)₀ 라는 2개의 미지수가 포함되어 있으므로, 암석의 연대 ''t''를 구하려면, 2개의 시료로 측정하여 2개의 식을 만들 필요가 있다. 실제로 식에서 구할 때는, 복수의 측정값을 그래프 위에 표시하여, 그 기울기로부터 연대를 구하는 아이소크론 방법을 사용한다.^[52]

3. 2. 지구 나이 측정의 어려움

현재 지구의 연령은 암석 내에 포함된 방사성 동위원소의 양을 조사하는 방사성 연대 측정법으로 구하는 것이 일반적이다. 지구의 연령을 조사하기 위해서는 우라늄-납법(U-Pb법), 칼륨-아르곤법(K-Ar법), 루비듐-스트론튬법(Rb-Sr법) 등이 사용된다.^[49]

방사성 연대 측정법으로 구한 지구상의 물질 중 가장 오래된 것은 오스트레일리아 서부에서 채취된 44.04±0.08억 년 전의 지르콘이다.^[53] 하지만 지구상의 물질은 화산 활동 등의 영향으로 끊임없이 변성 작용을 반복하고 있기 때문에, 지구 탄생 당시의 모습을 그대로 보존하고 있는 물질을 찾아내는 것은 불가능에 가깝다.^[54]

이러한 이유로 지구에 낙하한 운석의 연대로부터 지구의 연령을 구하는 방법이 사용된다. 운석의 안정 동위원소 조성은 지구의 조성과 거의 다르지 않으므로, 운석과 지구는 동일한 원소 합성 반응으로 만들어졌다고 생각된다.^[55] 즉, 운석의 연령은 지구의 연령과 동일하다고 간주할 수 있다. 그러므로 운석에 방사성 연대 측정을 적용함으로써 지구의 연령을 구하고 있다.^[56]

3. 3. 운석을 이용한 지구 나이 측정

운석은 지구와 동일한 원소 합성 반응으로 만들어졌다고 추정되므로, 운석의 연대를 측정하여 지구의 나이를 추정할 수 있다.^[55] 즉, 운석의 연령은 지구의 연령과 동일하다고 간주할 수 있다.^[56]

클레어 카메론 패터슨은 여러 운석, 특히 캐니언 디아블로 운석에 대한 우라늄-납 연대 측정(구체적으로는 납-납 연대 측정)을 사용하여 지구의 나이를 45억 5천만 년 ± 7천만 년으로 결정했으며, 이는 1956년에 발표되었다.^[41]

캐니언 디아블로 운석은 크고 황화물 광물(특히 트로일라이트, FeS), 금속 니켈-철 합금 및 규산염 광물을 포함하는 매우 희귀한 유형의 운석이다. 이러한 세 가지 광물상이 존재하기 때문에 모원소와 딸핵종 사이의 농도 차이가 큰 샘플을 사용하여 동위원소 연대를 조사할 수 있다는 장점이 있다. 특히 우라늄과 납의 경우, 납은 칼코필릭 성질이 강하며 규산염보다 황화물에 훨씬 더 높은 농도로 존재한다. 이러한 분리 덕분에 태양 원반과 행성 형성에 대한 더 정확한 연대를 얻을 수 있었다.

캐니언 디아블로 운석에서 결정된 연대는 지상 샘플과 다른 운석에서 얻은 수백 개의 다른 연대 측정으로 확인되었다.^[45] 운석 샘플은 45억 3천만 년에서 45억 8천만 년 전의 분포를 보이며, 이는 태양 성운의 형성 기간과 태양 원반으로의 붕괴를 통해 태양과 행성이 형성된 기간으로 해석된다.

다음은 등시선 연대 측정을 거친 여러 운석에 대한 통계 자료이다.^[44]

1. 세인트 세베린(일반 콘드라이트)
	1.	Pb-Pb 등시선	45억 4300만 년 ± 1900만 년
	2.	Sm-Nd 등시선	45억 5000만 년 ± 3억 3000만 년
	3.	Rb-Sr 등시선	45억 1000만 년 ± 1억 5000만 년
	4.	Re-Os 등시선	46억 8000만 년 ± 1억 5000만 년
2. 주비나스(현무암질 무초원석)
	1.	Pb-Pb 등시선	45억 5600만 년 ± 1200만 년
	2.	Pb-Pb 등시선	45억 4000만 년 ± 100만 년
	3.	Sm-Nd 등시선	45억 6000만 년 ± 8000만 년
	4.	Rb-Sr 등시선	45억 0000만 년 ± 7000만 년
3. 아옌데(탄소질 콘드라이트)
	1.	Pb-Pb 등시선	45억 5300만 년 ± 400만 년
	2.	Ar-Ar 연령 스펙트럼	45억 2000만 년 ± 2000만 년
	3.	Ar-Ar 연령 스펙트럼	45억 5000만 년 ± 3000만 년
	4.	Ar-Ar 연령 스펙트럼	45억 6000만 년 ± 5000만 년

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