첨단 우라늄 계열 연대 측정 기술로 고대 동굴 벽화 연대 측정법 개선

 

선사 시대 동굴 벽화를 연구하는 연구진이 고대 벽화 위에 형성된 광물 침전물의 연대를 측정하는 방법을 개선해 세계에서 가장 오래된 예술 작품들 최소 연대를 더욱 정확하게 추정할 수 있게 되었다.

연구팀은 레이저 절삭 우라늄-토륨laser-ablation uranium–thorium (U-Th) 연대 측정법을 사용해 암벽화 위에 형성된 얇은 탄산염carbonate 지각을 분석했다.

이 지각에는 우라늄이 소량 포함되며, 시간이 지남에 따라 토륨thorium으로 서서히 붕괴한다.

이를 통해 과학자들은 광물층이 형성된 시기를 계산할 수 있다.

지각은 벽화가 그려진 후에 형성되므로, 이 지각을 통해 얻은 연대는 그 아래에 있는 벽화의 최소 연대를 알려준다.

측정 정확도를 확보하기 위해 연구진은 여러 국제 표준 참조 물질을 사용하는 엄격한 교정 과정을 거쳤다.

각 샘플 분석은 NIST610 및 NIST612 유리 표준 물질을 각각 세 번씩 측정하는 것으로 시작하여, CoralSTD1 및 CoralSTD2라는 두 가지 산호 기반 표준 물질을 추가로 측정했다.

각 시료 마지막에는 역순으로 동일한 과정을 반복했으며, 두 시간마다 추가적인 표준 검사를 실시했다.

이러한 접근 방식을 통해 연구진은 분석 과정 전반에 걸쳐 기기 교정의 일관성을 유지할 수 있었다.

교정 방법은 레이저 어블레이션 과정에서 발생하는 광물 조성 차이를 보정하기 위해 산호 표준 물질을 사용했다.

이전 연구에서는 레이저 어블레이션을 이용한 U-Th 연대 측정 결과가 기존 용액 기반 분석법과 일치함을 보여주었으며, 이는 유사한 조건에서 측정할 경우 산호coral (아라고나이트aragonite)와 방해석calcite 시료 간 잠재적인 "매트릭스 효과matrix effects"가 무시할 수 있을 정도로 작다는 것을 시사한다.


탄산칼슘calcium carbonate 퇴적물 연대 측정에서 어려운 점 중 하나는 바람에 날린 먼지나 물에 섞인 퇴적물과 같은 쇄설물detrital material에 의한 오염이다.

이러한 입자에는 원래부터 토륨-230이 포함되어 있을 수 있으며, 이로 인해 시료가 실제보다 더 오래된 것으로 나타날 수 있다.

과학자들은 쇄설성 토륨detrital thorium과 우라늄 붕괴로 생성된 방사성 토륨radiogenic thorium을 직접 분리할 수 없기 때문에 시료 내 토륨-230과 토륨-232 비율을 기준으로 보정을 적용한다.

비율이 약 20 이상으로 높으면 오염이 거의 없음을 나타내고, 비율이 낮으면 상당한 보정이 필요할 수 있음을 시사한다.

본 연구에서는 대부분의 시료에서 매우 높은 비율이 나타났는데, 이는 탄산염 퇴적물이 비교적 순수함을 의미한다. 따라서 연구진은 쇄설 성분에 대해 표준적인 지구 전체 가정standard bulk-Earth assumptions을 사용해 보정을 적용했다.

또 다른 잠재적인 문제는 시간이 지남에 따라 탄산염 퇴적물에서 우라늄이 용출되었을 경우 발생한다.

이러한 "개방계" 현상은 계산된 연대를 실제보다 더 오래된 것처럼 보이게 할 수 있다.

이러한 문제를 피하기 위해 연구진은 밀도가 높고 다공성이 없는 시료를 선택하고 각 퇴적층 내 여러 지역을 분석했다.

하위 시료 전반에 걸쳐 일관된 연대 패턴이 나타난 것은 광물층이 화학적으로 안정적인 상태를 유지했음을 확인시켜 주었다.

연대 계산은 지질연대 측정 소프트웨어인 IsoplotR을 사용해 수행되었으며, 결과는 두 표준 오차로 보고되었다.

탄산염 지각은 그림을 그린 뒤에 형성되었기 때문에, 이 연대는 작품 자체 정확한 연대가 아니라 보수적인 최소 추정치다.


Sources : NATURE – https://doi.org/10.1038/s41586-025-09968-y