1. 지질 연대의 측정
1) 상대 연대
지층의 선후 관계만을 밝힌 것으로 지층의 순서와 화석을 이용한 대비로 알아 낸다(지사학의 5대 원리 적용)
(1) 화석에 의한 대비 : 진화 계통이 알려진 생물을 이용.
(2) 암상에 의한 대비 : 암상이나 지질 구조의 유사성을 이용.
2) 절대 연대
지질학적 사건의 발생 시기를 년 단위로 표시한 것으로. 방사선 동위 원소의 반감기를 이용하여 측정한다.
(1) 반감기 : 방사성 원소가 붕괴되어 원래 질량의 반(1/2)이 되는 데 걸리는 시간
(2) 반감기 측정에 이용되는 원소
238U → 206Pb 법 : 오래 된 화성암의 연령 측정
t = (Pb의 양) / (U의 양) × 7.7 × 109 년
40K → 40Ar 법 : 젊은 화성암 및 변성암의 연령 측정
14C → 14N 법 : 5만 년 이하의 유기물의 연령 측정
(3) 반감기 측정법
M = M0(1/2)(t/T) M : 남아 있는 양, T : 반감기, M0 : 처음의 양, t :절대 연대
--------------------------------------------------------------------------------
심화 학습 내용
1. 지질 시대
1) 지사 연구의 5대 원리
(1) 동일 과정의 법칙 : 자연의 변화는 과거나 현재나 동일하다. 과거 지질 시대에도 현재와 같은 속도와 규모로 지각 변동이 일어난다. 그러므로 현재는 과거의 열쇠이다.
※동일 과정설(J. Hutton) : 지구의 변화는 오랜 시간 동안 지속적으로 천천히 일어난다.
(2) 지층 누중의 법칙 : 퇴적암층은 바다나 호수, 강 등에 쌓인 퇴적물이 굳은 것이므로, 지층이 뒤집히지 않는 한 아래쪽에 위치한 퇴적암층일수록 먼저 형성된 것이다. 야외에서 지층의 생성 순서를 결정하는 기본 법칙이다.
(3) 부정합의 법칙 :
부정합은 퇴적층 사이에 긴 시간적 간격이 존재함을 의미한다. 부정합면을 기준으로 아래 지층과 위 지층과는 생물 화석의 내용이 크게 달라진다. 부정합은 지질 시대를 구분하는 기준이 된다.
(4) 관입의 법칙 :
지층 사이에 관입암체가 있으면, 관입을 받은 지층이 관입한 지층보다 먼저 형성된 것이므로 서로의 시간적 선후 관계를 판단할 수 있다.
(5) 동물군 천이의 법칙 : 지층 속의 화석은 상층의 것일수록 더 진화된 생물의 화석이 산출되는 것이다. 지층 속의 화석 내용으로부터 지층의 순서를 판단할 수 있다.
2) 지층의 대비 방법
(1) 퇴적 구조 : 퇴적암에서 볼 수 있는 건열, 연흔, 사층리, 점이 층리를 이용하여 지층의 역전 유무 판별
(2) 절대 연령 : 화성암이나 변성암 속에 포함된 방사선 동위 원소의 반감기를 이용하여 암석의 나이를 측정하여 지층을 대비
3) 지층의 대비
멀리 떨어진 두 지역의 지층을 대조하여 비교함으로써 지층의 생성 순서를 정하는 작업
(1) 건층 : 석탄층이나 응회암층 같이 지층 비교의 기준이 되는 즉, 열쇠가 되는 지층(Key bed라고 함)
(2) 지층의 대비 방법 : 건층, 화석
2. 화석
지질 시대에 살았던 생물의 유해나 흔적이 지층 속에 보존된 것으로 지질 시대를 구분 할 뿐만 아니라 과거의 자연 환경 연구, 지층의 생성 순서 결정, 생물의 진화 연구 등 지사학 연구에 매우 중요한 단서를 제공한다.
1) 화석의 생성 조건
생물의 유해가 퇴적층에 빨리 매몰되어야 한다.
생물체의 굳은 부분이 있어야 한다
화석화 작용을 받아야 한다
(1) 표준 화석 : 지질 시대의 결정, 지층의 대비의 기준이 되는 화석
가) 표준 화석의 조건
생존 기간이 짧은 생물
분포 면적이 넓은 생물
개체수가 많은 생물
고생대 : 삽엽층,필석, 갑주어
중생대 : 공룡, 암모나이트, 벨렘나이트
신생대 : 화폐석, 메머드
나) 시상 화석 - 고(古) 지리용 : 지질 시대의 기후, 수륙 분포, 환경을 알려 주는 화석
고사리 : 고온 습윤한 늪지대
산호 : 고온, 염분이 많고 얕은 해저
2) 퇴적 구조
(1) 사층리
층리면이 평행하지 않고 비스듬히 서로 엇갈린 무늬를 말함
얕은 물 밑이나 바람이 강한 사막에서 잘 생긴다.
(2) 점이 층리
각 층리마다 아래쪽에는 자갈과 같은 조립질이고 위쪽으로 갈수록 모래, 점토의 순으로 입자의 크기가 작아지는 구조
해저 퇴적물에서 볼 수 있다.
(3) 연흔
퇴적물에 물결 모양의 무늬가 나타나는 퇴적 구조
얕은 물 밑에서 주로 생김
(4) 건열
건조한 기후의 영향으로 수면 위로 노출되어 말라서 갈라진 틈을 말함
3) 퇴적물의 종류와 퇴적 환경
암염층 : 건조 기후
석회암 : 천해성, 대륙붕
역암층 : 해안선 부근
사암층 : 천해성
응회암 : 화산 활동
4) 퇴적물의 구조와 지층의 상하 판단
사층리 : 경사가 급하고 간격이 넓은 쪽이 상부
점이 층리 : 입자가 작아지는 쪽이 상부
연흔 : 물결 모양이 뾰족한 쪽이 상부
건열 : 갈라진 틈이 넓은 쪽이 상부
방사선 동위 원소란 무엇인가? ⇒ <isotope> (同位元素)-F.소디(영,1901년) 원자번호는 같지만 질량수가 다른 원소. 원자의 질량이 서로 다른 것을 동위원소라고 한다. 영어의 isotope는 그리스어인 isos(같은)와 topos(장소)의 합성어. 인공 동위 원소 (90종), 천연의 동위원소는 약 300종.
방사성 동위원소
동위원소 중에서 방사능을 갖는 것을 방사성동위원소 또는 라디오아이소토프(radioi-sotope:RI)라고 한다. 300종 가량 되는 천연 동위원소 중에서 여기에 속하는 것은 약 40종인데, 오늘날에는 약 1,000종
이용
동위원소는 광범위하게 이용되는데, ① 물질이나 생체 내에서 원소나 화합물의 행동을 추적하기 위한 목표로서의 이용, ② 물질이나 생물체에 대한 방사선의 조사효과로서의 이용, ③ 공업용 또는 계측용(計測用) 방사선원(源)으로서의 이용, ④ 방사능을 이용한 물질분석의 응용 등 네 가지로 대별할 수 있다.
방사성 동위 원소는 온도나 압력의 변화에 관계없이 일정한 속도로 붕괴하여 안정한 동위 동위 원소나 다른 원소로 변한다.
반감기
방사성 동위 원소가 처음 양의 반이 되는데 걸리는 시간
어떤 광물에 포함되어 있는 방사성 원소의 양과 이 원소가 붕괴되어 생성된 자원소의 양을 측정하면, 이 광물의 생성 연대를 알 수 있다.
질량, 온도, 압력에 관계없이 일정
질량수 = 양성자수 + 중성자수
3. 지질 연대 측정
1) 상대 연대와 절대 연대
(1) 상대 연대
누중의 법칙이나 부정합의 법칙 등을 적용하여 지질학적 사건 발생 시기의 선후 관계만을 밝히는 것(지층의 층서와 화석을 이용함)
(2) 절대 연대
지질학적 사건의 선후 관계뿐만 아니라 그 시간적인 길이까지를 밝혀서 지질 연대를 엮는 것.(방사성 원소의 반감기를 이용함)
가) 절대 연령 측정
지질 시대의 정확한 시간을 측정하는데는 광물 줄에 포함되어 있는 방사성 원소를 이용함(화성암에서 가장 많이 이용함)
나) 방사성 원소와 반감기
방사성 원소의 붕괴 : 방사성 원소들은 불안정하기 때문에 시간이 지남에 따라 안정한 원소로 변해감.
방사성 원소의 반감기 : 방사성 원소는 온도나 압력의 변화에 관계없이 일정한 속도로 붕괴하며, 방사성 원소가 붕괴되어 처음 양의 1/2로 되는데 걸리는 시간.
다) 절대 연령 측정법
암석에 남아 있는 방사성 원소의 양과 이 원소가 붕괴되어 생성된 자원소의 양을 측정하고, 반감기를 이용하면 암석의 절대 연령을 측정할 수 있다.
반감기 이용법 : 방사성 원소의 처음 양을 No , t년 후에 붕괴되고 남은 방사성 원소의 양을 N , 반감기를 T라하면 이들 사이에는 다음이 성립함.
N = No (1/2)t/T
U - Pb법 : 238U(1g) → 206Pb(1g) : 약 7.6×109년 ∴ 1년 동안 우라늄 1g이 납으로
변한 량은
g
이를 이용하여 우라늄과 납의 양 및 절대 연령 사이의 관계식은 ?
∴ U : 처음의 우라늄 양
Pb : 우라늄이 붕괴되어 생성된 납의 양
라) 14C에 의한 방법
CO2의 C속에는 14C와 12C가 모두 들어 있다. 살아 있는 생물은 호흡을 하므로 CO2 속의 14C : 12C는 대기 중의 14C : 12C와 같다.
그러나 죽은 생물체 내에서 14C는 시간이 흐름에 따라 붕괴하여 14N로 변하므로 그 양이 감소하지만, 12C는 안정하여 그 양이 일정하다.
죽은 생물체 내의 14C : 12C는 대기와 같지 않다. 이를 이용하여 대기 중의 14C : 12C와 죽은 생물체 내의 14C : 12C를 비교하면 이 생물체가 죽은 후 경과한 시간을 알 수 있다.
이 방법은 반감기가 짧아서 약 50,000년 이내의 짧은 연령을 측정하는데 많이 사용한다.
고고학 이용
절대 연령 측정에 쓰이는 방사성 원소 방사성 원소
붕괴후생성원소
반감기
원소포함 광물
이 용
238U(우라늄)
232Th(토륨)
87Rb(루비듐)
40K(칼륨)
206Pb(납)
208Pb(납)
87Sr(스트론튬)
40Ar(아르곤)
약 45억 년
약 140억 년
약 470억 년
약 13.5억 년
지르콘, 우라니나이트
지르콘, 우라니나이트
백운모, 흑운모, 사장석
백운모, 흑운모, 정장석
반감기가 길어 암석의 절대 연령 측정에 사용
14C(탄소)
14N(질소)
약 5,700년
생물체
고고학에 이용
◈ 상대 연령과 절대 연령의 차이점
상대 연령은 지층의 층서, 화석, 지질 구조 등을 이용하여 지질학적 사건의 선후를 상대적으로 결정하는 것을 말하며, 절대 연령은 방사성 원소의 반감기를 이용하여 지질학적 사건의 발생 연대를 정확히 계산한 것이다.
상대 연령 : 지층 상호간의 상대적인 비교
절대 연령 : 지층 형성 시기의 절대적인 수치값
▣ 방사성 동위 원소가 반감기를 두 번 지나면 원래 질량의 1/4만 남는데, 이렇게 일정 기간에 절반씩 계속 줄어든다면, 방사성 원소는 언제 사라질까? 또, 만일 인간의 수명이 이처럼 일정 기간에 절반씩 계속 줄어 든다면 어떻게 될까?
우리가 1m 길이의 종이를 계속 반씩 자른다고 하자. 그러면 눈에 보이지 않을 정도로 작으면 자를 수 없지만 그래도 종이는 남아 있게 된다.
반감기는 본래 양의 절반씩 계속 줄어들기 때문에 방사성 원소는 극히 적은 양이라도 남아 있게 된다. 따라서, 인간의 수명도 이처럼 일정 기간에 절반씩 계속 줄어든다면 영원히 죽지 않고 살 수 있을 것이다.
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▷◁ 대구지하철 희생자를 추모합니다!
1) 상대 연대
지층의 선후 관계만을 밝힌 것으로 지층의 순서와 화석을 이용한 대비로 알아 낸다(지사학의 5대 원리 적용)
(1) 화석에 의한 대비 : 진화 계통이 알려진 생물을 이용.
(2) 암상에 의한 대비 : 암상이나 지질 구조의 유사성을 이용.
2) 절대 연대
지질학적 사건의 발생 시기를 년 단위로 표시한 것으로. 방사선 동위 원소의 반감기를 이용하여 측정한다.
(1) 반감기 : 방사성 원소가 붕괴되어 원래 질량의 반(1/2)이 되는 데 걸리는 시간
(2) 반감기 측정에 이용되는 원소
238U → 206Pb 법 : 오래 된 화성암의 연령 측정
t = (Pb의 양) / (U의 양) × 7.7 × 109 년
40K → 40Ar 법 : 젊은 화성암 및 변성암의 연령 측정
14C → 14N 법 : 5만 년 이하의 유기물의 연령 측정
(3) 반감기 측정법
M = M0(1/2)(t/T) M : 남아 있는 양, T : 반감기, M0 : 처음의 양, t :절대 연대
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심화 학습 내용
1. 지질 시대
1) 지사 연구의 5대 원리
(1) 동일 과정의 법칙 : 자연의 변화는 과거나 현재나 동일하다. 과거 지질 시대에도 현재와 같은 속도와 규모로 지각 변동이 일어난다. 그러므로 현재는 과거의 열쇠이다.
※동일 과정설(J. Hutton) : 지구의 변화는 오랜 시간 동안 지속적으로 천천히 일어난다.
(2) 지층 누중의 법칙 : 퇴적암층은 바다나 호수, 강 등에 쌓인 퇴적물이 굳은 것이므로, 지층이 뒤집히지 않는 한 아래쪽에 위치한 퇴적암층일수록 먼저 형성된 것이다. 야외에서 지층의 생성 순서를 결정하는 기본 법칙이다.
(3) 부정합의 법칙 :
부정합은 퇴적층 사이에 긴 시간적 간격이 존재함을 의미한다. 부정합면을 기준으로 아래 지층과 위 지층과는 생물 화석의 내용이 크게 달라진다. 부정합은 지질 시대를 구분하는 기준이 된다.
(4) 관입의 법칙 :
지층 사이에 관입암체가 있으면, 관입을 받은 지층이 관입한 지층보다 먼저 형성된 것이므로 서로의 시간적 선후 관계를 판단할 수 있다.
(5) 동물군 천이의 법칙 : 지층 속의 화석은 상층의 것일수록 더 진화된 생물의 화석이 산출되는 것이다. 지층 속의 화석 내용으로부터 지층의 순서를 판단할 수 있다.
2) 지층의 대비 방법
(1) 퇴적 구조 : 퇴적암에서 볼 수 있는 건열, 연흔, 사층리, 점이 층리를 이용하여 지층의 역전 유무 판별
(2) 절대 연령 : 화성암이나 변성암 속에 포함된 방사선 동위 원소의 반감기를 이용하여 암석의 나이를 측정하여 지층을 대비
3) 지층의 대비
멀리 떨어진 두 지역의 지층을 대조하여 비교함으로써 지층의 생성 순서를 정하는 작업
(1) 건층 : 석탄층이나 응회암층 같이 지층 비교의 기준이 되는 즉, 열쇠가 되는 지층(Key bed라고 함)
(2) 지층의 대비 방법 : 건층, 화석
2. 화석
지질 시대에 살았던 생물의 유해나 흔적이 지층 속에 보존된 것으로 지질 시대를 구분 할 뿐만 아니라 과거의 자연 환경 연구, 지층의 생성 순서 결정, 생물의 진화 연구 등 지사학 연구에 매우 중요한 단서를 제공한다.
1) 화석의 생성 조건
생물의 유해가 퇴적층에 빨리 매몰되어야 한다.
생물체의 굳은 부분이 있어야 한다
화석화 작용을 받아야 한다
(1) 표준 화석 : 지질 시대의 결정, 지층의 대비의 기준이 되는 화석
가) 표준 화석의 조건
생존 기간이 짧은 생물
분포 면적이 넓은 생물
개체수가 많은 생물
고생대 : 삽엽층,필석, 갑주어
중생대 : 공룡, 암모나이트, 벨렘나이트
신생대 : 화폐석, 메머드
나) 시상 화석 - 고(古) 지리용 : 지질 시대의 기후, 수륙 분포, 환경을 알려 주는 화석
고사리 : 고온 습윤한 늪지대
산호 : 고온, 염분이 많고 얕은 해저
2) 퇴적 구조
(1) 사층리
층리면이 평행하지 않고 비스듬히 서로 엇갈린 무늬를 말함
얕은 물 밑이나 바람이 강한 사막에서 잘 생긴다.
(2) 점이 층리
각 층리마다 아래쪽에는 자갈과 같은 조립질이고 위쪽으로 갈수록 모래, 점토의 순으로 입자의 크기가 작아지는 구조
해저 퇴적물에서 볼 수 있다.
(3) 연흔
퇴적물에 물결 모양의 무늬가 나타나는 퇴적 구조
얕은 물 밑에서 주로 생김
(4) 건열
건조한 기후의 영향으로 수면 위로 노출되어 말라서 갈라진 틈을 말함
3) 퇴적물의 종류와 퇴적 환경
암염층 : 건조 기후
석회암 : 천해성, 대륙붕
역암층 : 해안선 부근
사암층 : 천해성
응회암 : 화산 활동
4) 퇴적물의 구조와 지층의 상하 판단
사층리 : 경사가 급하고 간격이 넓은 쪽이 상부
점이 층리 : 입자가 작아지는 쪽이 상부
연흔 : 물결 모양이 뾰족한 쪽이 상부
건열 : 갈라진 틈이 넓은 쪽이 상부
방사선 동위 원소란 무엇인가? ⇒ <isotope> (同位元素)-F.소디(영,1901년) 원자번호는 같지만 질량수가 다른 원소. 원자의 질량이 서로 다른 것을 동위원소라고 한다. 영어의 isotope는 그리스어인 isos(같은)와 topos(장소)의 합성어. 인공 동위 원소 (90종), 천연의 동위원소는 약 300종.
방사성 동위원소
동위원소 중에서 방사능을 갖는 것을 방사성동위원소 또는 라디오아이소토프(radioi-sotope:RI)라고 한다. 300종 가량 되는 천연 동위원소 중에서 여기에 속하는 것은 약 40종인데, 오늘날에는 약 1,000종
이용
동위원소는 광범위하게 이용되는데, ① 물질이나 생체 내에서 원소나 화합물의 행동을 추적하기 위한 목표로서의 이용, ② 물질이나 생물체에 대한 방사선의 조사효과로서의 이용, ③ 공업용 또는 계측용(計測用) 방사선원(源)으로서의 이용, ④ 방사능을 이용한 물질분석의 응용 등 네 가지로 대별할 수 있다.
방사성 동위 원소는 온도나 압력의 변화에 관계없이 일정한 속도로 붕괴하여 안정한 동위 동위 원소나 다른 원소로 변한다.
반감기
방사성 동위 원소가 처음 양의 반이 되는데 걸리는 시간
어떤 광물에 포함되어 있는 방사성 원소의 양과 이 원소가 붕괴되어 생성된 자원소의 양을 측정하면, 이 광물의 생성 연대를 알 수 있다.
질량, 온도, 압력에 관계없이 일정
질량수 = 양성자수 + 중성자수
3. 지질 연대 측정
1) 상대 연대와 절대 연대
(1) 상대 연대
누중의 법칙이나 부정합의 법칙 등을 적용하여 지질학적 사건 발생 시기의 선후 관계만을 밝히는 것(지층의 층서와 화석을 이용함)
(2) 절대 연대
지질학적 사건의 선후 관계뿐만 아니라 그 시간적인 길이까지를 밝혀서 지질 연대를 엮는 것.(방사성 원소의 반감기를 이용함)
가) 절대 연령 측정
지질 시대의 정확한 시간을 측정하는데는 광물 줄에 포함되어 있는 방사성 원소를 이용함(화성암에서 가장 많이 이용함)
나) 방사성 원소와 반감기
방사성 원소의 붕괴 : 방사성 원소들은 불안정하기 때문에 시간이 지남에 따라 안정한 원소로 변해감.
방사성 원소의 반감기 : 방사성 원소는 온도나 압력의 변화에 관계없이 일정한 속도로 붕괴하며, 방사성 원소가 붕괴되어 처음 양의 1/2로 되는데 걸리는 시간.
다) 절대 연령 측정법
암석에 남아 있는 방사성 원소의 양과 이 원소가 붕괴되어 생성된 자원소의 양을 측정하고, 반감기를 이용하면 암석의 절대 연령을 측정할 수 있다.
반감기 이용법 : 방사성 원소의 처음 양을 No , t년 후에 붕괴되고 남은 방사성 원소의 양을 N , 반감기를 T라하면 이들 사이에는 다음이 성립함.
N = No (1/2)t/T
U - Pb법 : 238U(1g) → 206Pb(1g) : 약 7.6×109년 ∴ 1년 동안 우라늄 1g이 납으로
변한 량은
g
이를 이용하여 우라늄과 납의 양 및 절대 연령 사이의 관계식은 ?
∴ U : 처음의 우라늄 양
Pb : 우라늄이 붕괴되어 생성된 납의 양
라) 14C에 의한 방법
CO2의 C속에는 14C와 12C가 모두 들어 있다. 살아 있는 생물은 호흡을 하므로 CO2 속의 14C : 12C는 대기 중의 14C : 12C와 같다.
그러나 죽은 생물체 내에서 14C는 시간이 흐름에 따라 붕괴하여 14N로 변하므로 그 양이 감소하지만, 12C는 안정하여 그 양이 일정하다.
죽은 생물체 내의 14C : 12C는 대기와 같지 않다. 이를 이용하여 대기 중의 14C : 12C와 죽은 생물체 내의 14C : 12C를 비교하면 이 생물체가 죽은 후 경과한 시간을 알 수 있다.
이 방법은 반감기가 짧아서 약 50,000년 이내의 짧은 연령을 측정하는데 많이 사용한다.
고고학 이용
절대 연령 측정에 쓰이는 방사성 원소 방사성 원소
붕괴후생성원소
반감기
원소포함 광물
이 용
238U(우라늄)
232Th(토륨)
87Rb(루비듐)
40K(칼륨)
206Pb(납)
208Pb(납)
87Sr(스트론튬)
40Ar(아르곤)
약 45억 년
약 140억 년
약 470억 년
약 13.5억 년
지르콘, 우라니나이트
지르콘, 우라니나이트
백운모, 흑운모, 사장석
백운모, 흑운모, 정장석
반감기가 길어 암석의 절대 연령 측정에 사용
14C(탄소)
14N(질소)
약 5,700년
생물체
고고학에 이용
◈ 상대 연령과 절대 연령의 차이점
상대 연령은 지층의 층서, 화석, 지질 구조 등을 이용하여 지질학적 사건의 선후를 상대적으로 결정하는 것을 말하며, 절대 연령은 방사성 원소의 반감기를 이용하여 지질학적 사건의 발생 연대를 정확히 계산한 것이다.
상대 연령 : 지층 상호간의 상대적인 비교
절대 연령 : 지층 형성 시기의 절대적인 수치값
▣ 방사성 동위 원소가 반감기를 두 번 지나면 원래 질량의 1/4만 남는데, 이렇게 일정 기간에 절반씩 계속 줄어든다면, 방사성 원소는 언제 사라질까? 또, 만일 인간의 수명이 이처럼 일정 기간에 절반씩 계속 줄어 든다면 어떻게 될까?
우리가 1m 길이의 종이를 계속 반씩 자른다고 하자. 그러면 눈에 보이지 않을 정도로 작으면 자를 수 없지만 그래도 종이는 남아 있게 된다.
반감기는 본래 양의 절반씩 계속 줄어들기 때문에 방사성 원소는 극히 적은 양이라도 남아 있게 된다. 따라서, 인간의 수명도 이처럼 일정 기간에 절반씩 계속 줄어든다면 영원히 죽지 않고 살 수 있을 것이다.
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