수십억 년의 나이가 나오기까지 숨어있는 이야기들

이재만회장(지질학, 과학교육학), ACT뉴스 2016년 12월

 

 

많은 사람들은 현재 지질학자들이 사용하는 측정 방법인 방사성 동위원소 연대측정 결과들이 정확하다고 생각한다. 그리고 이들 각 지층이 수백만-수십억 년의 나이를 말하므로 지구가 이와 같이 오랜 연대를 지지해준다고 믿는다. 그러나 이런 긴 연대들이 논문에 실리기까지 수많은 전제와 편견에 의해 선택되는 과정을 겪었다는 사실을 아는 사람은 거의 없다. 여기서 그 선택되는 여러 과정 가운데 몇 개를 다루어 보고자 한다.

 

1. 지질시대표가 사실이라는 전제

 

기본적으로 진화론자들은 고생대, 중생대, 신생대 식의 수십억 년의 지질시대표가 과거의 역사라고 의심없이 신뢰하며 시작한다. 이것이 이들이 신뢰하는 첫 단계이며 가장 큰 전제라 할 수 있다. 지질시대의 구분은 기본적으로 1872년 찰스 라이엘에 의해 만들어졌지만, 실제로 지구상에 이런 지질시대란 존재하지 않는다. 단지 지구상에 발견된 화석들을 진화론적으로 책에다 모아 놓은 일종의 진화표이다. 역사적으로 볼 때 방사성 동위원소 연대측정은 1900년 중엽에 등장했으므로 화석의 나이를 측정하지 않은 상태에서 순서를 정했던 것이다. 그럼에도 불구하고 이미 1900년에 접어들면서 지질학자들은 지질시대표를 보며 지구가 수십억 년 되었다고 여겼으며 지질학계 안에서 돌이키기 어려운 거대한 전제가 되어버렸다.

 

2. 연대측정의 방법의 선택에서 보이는 순환논리

 

방사성 동위원소들은 각각 반감기가 있다. 기존의 원소가 다른 원소로 변하여(과학자들은 이런 변화를 ‘붕괴’라고 표현한다) 반으로 줄어드는 속도다. 이 반감기는 원소에 따라 1초도 되지 않는 아주 짧은 것에서부터 수백억 년이 되는 아주 긴 것까지 범위가 다양하다. 지질학에서 연대 측정에 사용되는 원소의 예를 들자면, C14-N14의 반감기는 5730년이다. 즉 어떤 동식물이 죽은 지 5730년이 지나면 그 유기물에 C14의 양이 반만 남아있게 된다는 것이다. 지질학자들은 이 남아있는 C14의 양으로 연대를 결정하는 것이다. 즉 그 유기물 속에 C14의 양이 많으면 죽은 지 얼마 되지 않은 것이며, 적으면 그만큼 오래된 것으로 판단한다. 한편 화성암(용암에 기원을 둔 암석)을 측정하는데 사용되는 원소들의 각 반감기를 보면

Rb-Sr은 49억 년, U-Pb은 45억 년, K-Ar은 12.5억 년 등과 같이 아주 길다. 이런 수십억 년의 아주 긴 반감기가 의미하는 바는 Rb, U, K 등의 붕괴 속도가 매우 느리다는 것을 의미한다. 실제로 수십억 년이라는 기간은 우리가 상상할 수 없이 아주 느린 기간이다. 이런 긴 반감기 때문에 이 원소들은 수천 년이 지난다고 해도 그 양이 거의 변하지 않고 유지된다.

 

이런 이유 때문에 반감기가 짧은 원소는 젊은 연대를 가졌을 것으로 여기는 것들을 측정하는 방법으로 사용되며, 반면에 긴 반감기를 가진 원소들은 오래되었다고 가정되는 것들을 위해서 사용된다. 예를 들어 C14 방법은 5만년 정도만 지나도 그 유기물에 측정 가능한 C14가 남아있기 어려우므로 5만년 보다 젊다고 여기는 것들을 위해 사용된다. 한편 반감기가 긴 Rb, U, K 등은 수백만 년보다 오래되었다고 여기는 암석을 대상으로 사용된다. 또한 그 원리 상 짧은 반감기의 원소로는 젊은 연대가 나오게 되고, 긴 반감기의 것으로는 긴 연대가 나오게 된다. 이런 결과가 나오는 이유는 연대 측정의 기본 가정 중에 초기 값에 크게 좌우되기 때문이다(여기서는 이 초기값에 대한 가정에 대하여는 다루지 않는다. 이에 대하여는 필자의 ‘노아홍수 콘서트’에서 도움을 받을 수 있다).

 

이와 같이 ‘어떤 연대 측정의 방법을 선택하느냐’ 하는 것이 이미 지구가 수십억 년 되었다고 여기는 신뢰에 이어서 갖게 되는 두 번째 전제이다. 즉 측정 대상에 대한 가정된 연대에 따라 측정 방법을 결정한다는 점이다. 그러나 측정에 사용된 원소의 반감기가 짧으냐 기냐에 따라 그 결과 역시 짧게 혹은 길게 나온다는 것이 문제이다. 즉 젊다고 여기기 때문에 짧은 반감기의 원소로 측정하여 젊은 연대가 나온 것을 수용하고, 한편 오래되었다고 생각하고 긴 반감기의 원소로 측정하여 오랜 연대가 나온 것을 수용한다. 이와 같이 자신들이 예측하는 것과 비슷하게 나오는 것 같기 때문에 다시 자신들이 가졌던 전제를 망각하고 예측되는 결과가 나왔다고 스스로 긍정하게 된다. 이와 같은 논리를 순환 논리라고 말한다. 자신이 갖고 있는 전제 안에서 벗어나지 못한 채 결정도 하고 수용도 하는 것이다.

 

그러면 여기서 궁금증이 하나 발생한다. ‘짧은 반감기의 원소를 가지고 진화론적으로 오래되었다고 여기는 것들을 측정하면 어떤 결과가 나올까? 반대로 긴 반감기의 원소를 가지고 최근의 암석들을 측정하면 어떨까?’이다. 이는 아주 좋은 검증 방법일 것이다. 이에 대하여는 이미 여러 지질학자들에 의해 시도되어왔다. 그 결과는 그 실제 나이와 관계 없이 젊은 반감기를 가진 원소들로 측정하면 젊은 나이를, 긴 반감기를 가진 원소들로 측정하면 오랜 나이를 보여주었다. 예를 들어, 짧은 반감기인 탄소를 가지고 진화론자들이 수백만에서 수십억 년이라고 여기는 화석들을 분석하면 충분한 C14가 남아있어서 언제나 수천에서 수만 년의 젊은 연대를 보여준다. 반면 수십억 년의 긴 반감기를 가진 원소로 최근 화산 폭발한 화산암을 측정하면 수천만 년 이상의 긴 연대를 보여 주었다. 이런 결과들은 무엇을 말하는 것일까? 둘 중에 하나일 것이다. 진화론자들이 이미 전제하고 있는 기존의 오랜 연대가 틀렸거나, 아니면 방사성 연대측정 원리 자체에 심각한 문제가 있는 것이다.

 

여기서 한 가지를 짚고 넘어갈 것이 있다. C14 방법은 탄소가 함유된 유기물이 주로 측정 대상이다. 그러나 앞에서 언급했듯이 C14 방법은 C14의 짧은 반감기 때문에 수십만 년 이상 오래된 것들은 측정 대상에서 제외된다. 그러므로 지질시대표 상에 진화 순서로 수천만에서 수억 년 되었다는 화석의 나이는 그 화석들을 직접 측정해서 얻어진 것들이 아니다. 단지 진화 역사의 신뢰로 화석을 순서적으로 모아 직접 측정하지 않은 상태에서 연대를 결정해버린 것이다!

 

3. 지질시대표에 적혀 있는 연대와 일치하는 것을 발표

 

방사성 연대 측정법은 시작부터 존재하지 않은 지질시대라는 전제 속에서 출발할 뿐 아니라, 실제로 측정 방법 자체에도 심각한 가정들이 들어있기 때문에 측정 결과들이 자신들이 기대하는 수치와 일치하는 경우는 참으로 드물다. 이런 일치하지 않은 결과들은 어떻게 처리될까? 대부분 논문에 수록되지 않은 채 실험실에서 사라져 버린다. 그리고 지질시대표에 적혀 있는 수치와 근접한 결과만이 발표되며, 대부분은 지질시대표와 일치하는 결과를 얻을 때까지 반복적으로 시도하게 된다. 이것 역시 지질시대표의 연대가 옳다는 전제 하에 선택하는 전형적인 순환 논리이다.

 

이런 이야기를 들으면 “왜 측정된 그대로 발표하면 안되지요?”라는 의문이 들 것이다. 그러나 이는 현대 지질학계를 이해하지 못하고 하는 말이다. 이미 수십억 년의 지질시대라는 전제가 지질학계 안에서 너무 견고하게 잡혀 있기 때문에 이와 어긋나는 연대를 갖고 논문지에 채택되는 것은 가능하지 않다. 지질시대표와 불일치하는 수치를 얻을 경우에 논문 저자들은 둘 중에 하나의 자세를 택해야 한다. 자신의 데이터가 옳기 때문에 기존 지질시대표의 연대가 심각한 문제가 있다고 설득력 있는 논문을 쓰던지(아마도 이런 논문이 있다면 정말로 방대할 것이다), 아니면 지질시대표에 일치하는 숫자가 나올 때까지 측정을 반복해야 한다. 그러나 지질학자들은 지질시대표의 연대를 반박하며 자신의 논문이 채택되는 것이 현실적으로 불가능하다는 것을 알기 때문에 거의 모두가 후자를 택하게 된다. 이런 선택은 지질시대표의 신뢰가 보편화되어 있는 상황 뿐 아니라 논문 저자 역시 자신의 측정 결과보다 기존의 지질시대표를 더 신뢰하기 때문에 발생하게 된다.

 

기존의 지질시대표와 일치하지 않는 숫자가 나왔을 때는 실험실에서는 이런 결과는 원인 모를 오염의 결과일 것이라고 자료값 폐기 이유를 합당화 시킨다. 실제로 왜 샘플들의 연대가 서로 일치하지 않는지 그 원인을 파악한다는 것은 거의 불가능하다. 왜냐하면 지질학자들이 갖고 있는 데이터란 그 샘플 속에 남아있는 원소의 양 뿐이기 때문이다. 이 원소는 과거에 어떤 일이 있었는지 말하지 않으며 지질학자들은 이 남아있는 양 만을 갖고 그 나이를 추측만 할 뿐이다.

 

만약의 어떤 지질학자가 단 한번의 측정으로 그 결과가 지질시대표의 수치와 일치했다면 어떻게 할까? 그 지질학자들은 참으로 기뻐할 것이다. 그리고 다시 측정할 필요가 없다고 여길 것이다. 자신이 믿고 있는 지질시대표의 연대와 일치하기 때문이다. 그러나 다른 샘플들에 대하여는 오염 원인을 모른다고 여기거나 오염되었다고 여기면서, 지질시대표와 일치한 자신의 샘플 연대들을 채택하면서 어떻게 이 샘플만은 오염이 되지 않았다고 장담할 수 있을까? 이것도 역시 자신의 전제 안에서 선택하는 전형적인 순환 논리이다!

 

 

논문에 발표되기 이전까지 존재하는 이런 숨겨진 사실을 모르는 채 전공자나 비전공자나, 과학자나 비과학자나 단지 논문에 실린 숫자만 본다. 그러므로 방사성 연대측정이 지질시대표의 연대를 지지한다고 오해하는 것이다. 더군다나 최근 들어 지질시대표의 시대는 더욱 잘게 나눠지고 있고, 그만큼 연대도 더 잘게 나뉘어진다. 예를 들어 기존에는 고생대 캄브리아기는 단지 하나로 구분되어 5억4천만 년 - 4억8천5백만 년이라는 기간이었지만, 지금은 캄브리아기 한 시대가 열 개의 짧은 단계(stage)로 더 잘게 나누어짐으로 그 연대 또한 그만큼 더 세밀해(!)졌다. 지질시대를 이와 같이 더 잘게 나뉘었기 때문에 측정 결과들이 연대들과 일치하기 더욱 어려울 것이다. 그러므로 버려지는 데이터들은 더욱더 많아질 것이다. 이는 연대 측정 기술이 덜 발달되었다는 의미가 아니다. 지질시대표가 지구가 겪었던 실제 역사가 아니기 때문에 겪게 되는 현실이라는 말이다.

 

4. 직접 측정하지 않는 화석과 퇴적 지층

 

앞서 언급한 것처럼 C14 방법은 측정 대상이 탄소를 함유한 유기물이며 짧은 반감기를 갖고 있기 때문에 지질학자들은 수천만에서 수십억 년 되었다고 여기는 화석을 C14로 측정하지 않는다. 또한 긴 반감기를 가진 Rb, U, K 측정방법은 기본적으로 용암과 관련된 화성암이 측정의 대상이기 때문에 퇴적 지층의 연대를 이 방법으로 측정하지 않는다. 그러나 지질학자들은 지질시대를 일차적으로 퇴적 지층을 가지고 구분한다. 지질학자들은 퇴적 지층의 연대를 알기 위해서 다른 방법을 사용해야하는데 바로 상대적인 관계를 통한 방법이다. 이해를 위해서 아래 그림으로 예를 들어보자.

 

 

그림과 같은 야외에서의 모습을 보며 지질학자들은 다음과 같이 그 지질 역사를 해석할 것이다: ‘지층의 퇴적 작용이 모두 마친 후에 기존 지층을 뚫는 화성 작용이 있었고 그 이후에 기존 암석들 모두를 상대적으로 이동시킨 단층 작용이 일어났다’. 이런 상대적인 지질 순서는 당연히 옳은 해석이다. 그러나 여기에서 연대 측정 대상은 퇴적 지층을 뚫고 있는 화성암뿐이다! 나머지 퇴적 작용이나 단층 작용이 일어났던 시대는 측정 불가능하다. 퇴적 작용의 기간, 그 다음 얼마 후에 화성작용이 있었는지, 또 얼마 후에 단층 작용이 일어났는지 그 절대적인 연대는 누구도 알 수 없다. 단지 진화론적으로 오랜 기간이 걸렸을 것으로 추측할 뿐이다.

 

아울러 야외에서 위와 같이 퇴적 지층과 화성암이 단순하게 구분이 되는 곳은 드물 뿐만 아니라, 지질시대의 모든 퇴적 지층들이 그림과 같이 화성암과 관계를 갖는 것도 아니다. 더군다나 이 퇴적 지층과 화성암의 관계가 절대 연대를 말하는 것이 아니다.

 

방사성 연대 측정법에 숨어있는 문제들은 단지 이 글에서 언급된 예만이 아니다. 표준화석, 지층의 형성, 연대측정의 기본 가정들 등 수많은 가정과 편견들이 숨어있다. 대부분의 지질학자들은 여기서 언급된 현실적 문제점들을 인정한다. 그러나 이 문제점들을 그리 문제삼지 않는 것이 더 큰 문제점이다. 그리고 이런 문제점에 대하여 그리 고민도 하지 않는다. 왜냐하면 지질시대라는 거대한 전제에 동의하는 것이 더 중요하다고 생각하기 때문이다. 이는 과학자를 폄하하고자 하는 것이 아니다. 이 글에서 보여준 것처럼 현대 지질학이 지질시대표라는 그릇된 기준 속에서 이루어지고 있으며 이 전제에서 벗어나는 것이 얼마나 어려운 지를 말하고자 하는 것이다.

 

결국 이런 이유 때문에 대부분의 사람들은 지질시대표의 엄청나게 긴 나이들을 보며 지구는 수십억 년 되었다고 받아들이게 되었다. 이는 성경을 바라보는 마음에도 영향을 주게 되었고, 그 문제점을 자세히 검토하지 않은 상태에서 성경에서 말하는 연대를 받아들이는 것은 과학적이 아니라고 단정해버리게 되

었다. 이어서 교회 안에서 조차 진화론자들과 동일하게 지질시대표의 연대를 사실로 전제하며 유신론적 진화론, 점진적 창조론, 다중격변론과 같은 타협이론을 만드는 결과도 낳았다.