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| 지구화학 개론 - 제 5장 동위원소 지구화학 (Isotope Geochemistry) |
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지구화학이 근대에 들어 또 한번 크게 발전하는데 지대한 공헌을 한 것이 바로 동위원소이다. 동위원소는 지구의 형성과 진화, 지구 내 물질의 근원 및 이동, 지질학적 사건의 시간적 순서의 정량화 등 거의 모든 분야에 혁명적 사고의 전환을 가져왔다. 
[그림] Arthur Holmes.
Henry Bcquerel이 1896년 우라늄 화합물에서 방사능을 발견한 후, Marie와 Pierre Curie, Ernest Rutherford, Frederick Soddy등이 방사능붕괴를 하는 다른 원소들이 있다는 것을 밝혀 이 분야의 많은 발전을 이루었다. 특히, Curie와 Laborde (1903)는 방사능 붕괴가 발열 반응임을 밝혀, 훗날 Rutherford가 He을 이용해 Kelvin이 계산한 지구의 나이보다 훨씬 오래된 광석이 존재한다는 사실을 증명하는데 중요한 논리적 뒷받침을 하였다 (지질과학 관련 일화모음 게시판의 '지구의 나이는' 참조). 1905년경 Rutherford와 Boltwood는방사능 붕괴가 열을 공급할 뿐만 아니라 정확한 연령 측정 수단을 제공할 수도 있음을 지적하였다. 특히 Boltwood는 1907년에 U/Pb 비를 이용하여 우라늄 광물 uraninite의 연령을 처음으로 정확하게 측정하였다. 1913년에 23세의 Arthur Holmes가 "The Age of the Earth"라는 책을 내고 이를 통해 방사능붕괴를 이용한 연령 측정이 지질시대를 이해하는데 매우 중요함을 역설하였고, 그 뒤부터 많은 사람들에 의해 지질시대에 대한 본격적인 절대 연령 측정이 시작되었다. 
[그림] Harold C. Urey.
동위원소 지구화학에 있어, 방사능 붕괴와 함께 반드시 살펴보아야 할 것이
동위원소의 분별(fractionation)이다. 1931년 Urey는 이론적으로 수소 동위원소가 각기
다른 증기압을 갖을 것으로 예측하였으며, 분광학적 방법을 통해 수증기에서 실제로 2의
질량을 갖는 수소를 발견하였다. Urey는 이 수소를 중수소(Dueterium)이라 명명하였으며,
이 중수소의 발견으로 1934년 노벨상을 수상하였다. Urey는 이와 같은 동위원소에 대한
연구를 계속하여 수소 뿐만 아니라 산소 등의 동위원소가 여러 자연적인 과정에서 분별될
것으로 기대하였으며, 실제로 이를 관찰하였다. 이와 같은 분별이 가능한 원소들은
수소, 산소 뿐만 아니라 탄소, 질소, 황, 규소, 철, 칼슘 등이 있으며 이들은 지구상에서
가장 흔한 원소들이며 또한 동시에 생물권, 수권, 및 암권을 구성하는 주요 원소들이다.
따라서 이러한 원소들의 분별을 자세히 관찰하면 다양한 지구환경에서의 다양한
지질작용에 대한 무한한 정보를 얻을 수 있는 것이다. 이 것이 바로 안정 동위원소
지구화학의 발달을 촉발한 것이다.
이 단원에서는 아래와 같이 간략하게 동위원소 지구화학에 대한 전반적인 소개를 하고자 한다. 보다 자세한 논의는 "동위원소 지구화학"과 같은 전문적인 서적을 통해 그리고 대학원 수준의 한 학기용 강의를 통해 배우기로 하자. 5-1. 동위원소의 정의 및 종류 5-2. 동위원소의 지질학적 응용 (개괄) 5-3. 방사성 동위원소를 이용한 절대 연령 측정 5-4. 안정 동위원소의 조성 5-5. 안정 동위 원소의 분별 참고문헌 |
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