방사성탄소동위원소는 해양의 탄소순환을 이해하는 데 유용한 도구이다. 현재 가속질량분석기를 이용한 분석 기술의 발달로 유기물전체 뿐만 아니라 특정 유기화합물에서도 방사성탄소 분석이 이루어지고 있다. 이 리뷰 논문에서는 방사성탄소의 측정 방법과 농도 표현에 대하여 간단히 소개하고 방사성탄소를 해양의 유기탄소 순환 연구에 이용한 예들을 살펴보았다. 입자유기탄소와 용존유기탄소의 기원 물질 및 순환, 저서생물의 선택적 섭식, 입자유기물의 생화학적 화합물군의 거동, 분자크기에 따라 분류한 용존유기물군의 거동, 퇴적물의 수평 이동, 퇴적물의 연대측정, 육상기원 유기물의 거동, 미생물 유기물의 기원 물질, 할로겐화 유기물의 기원을 이해하기 위한 연구의 예들을 통하여 유기물전체, 유기물군, 특정 유기화합물의 방사성탄소 측정이 어떻게 해양 유기탄소 순환 연구에 활용될 수 있는지 기술하였다.
본 연구는, 방사성탄소연대측정방법에 내재되어 있는 변동성을 유발하는 요인과 그 크기를 파악하고, 측정치들을 기반으로 한 고고학적 연대의 합의값을 도출하는 것에 그 목적이 있다. 이를 위해 동일한 샘플을 서로 다른 기관에 보내어 얻는 실험을 시행하였고, 실험을 통해 얻은 자료는 베이지안 방법을 이용해서 분석하였다. 분석결과로부터 측정기관, 메가샘플의 종류가 방사성탄소연대측정방법의 변동성을 야기하는 요인이 될 수 있음을 판단할 수 있었으며, 각 요인으로 인한 변동성의 크기는 약 10년 내외임을 확인했다. 기관 내에 존재하는 탄소연대측정의 변동성은 각 기관에서 보고하는 측정오차로 간주해도 무방하다는 사실 또한 밝혀냈다. 자료의 실제 연대를 알고 있다는 가정 하에서, 여러 개의 탄소연대측정치로부터 도출된 합의값은 실제 샘플의 연대와 일치했으며, 합의값의 변동성은 개별적인 탄소연대측정치의 변동성보다 훨씬 줄어드는 현상을 관찰할 수 있었다.
Pre-dose 연대측정법은 석영의 $110^{\circ}C$ TL 피크의 민감도가 매장 기간 동안 시료가 흡수한 pre-dose와 활성 온도까지의 열처리에 의해 변화되는 pre-dose 현상을 이용한 연대측정법이다. 이 연구에서는 서천 추동리 문화유적에서 채집된 후 화학적으로 분리된 석영시료를 대상으로 pre-dose 연대측정을 실시하였다. 자연축적선량 결정을 위하여 MA(Multiple Activation)법이 적용되었으며 활성온도는 시료의 민감도 변화를 고려하여 $500^{\circ}C$로 결정하였고 냉광(luminescence)의 합산은 $85-105^{\circ}C$ 영역에서 이루어졌다. 최종적으로 산출된 시료의 연대는 $1725{\pm}25$년(1 ${\sigma}$ SD)이었으며 오차 범위 내에서 방사성탄소 연대측정 결과와 정확히 일치하고 radiocarbon plateau에 포함된 방사성탄소 연대측정보다 높은 정밀도를 가짐을 알 수 있었다. 결론적으로 pre-dose 연대측정을 통하여 산출된 연대는 정밀도와 정확도의 높은 증가로 인하여 기원 이후의 고고학적 사건들에 대한 지시자로서의 역할이 가능하리라 기대된다.
액체섬광계수법을 방사성탄소 연대측정에 이용하기 위하여 섬광용액과 섬광용액 대 벤젠의 부피비, 그리고 베타선 스펙트럼 측정범위를 변화시키면서 삼중수소의 영향을 최소화하고 최대 FOM을 얻기 위한 저준위 액체섬광계수기의 최적계측조건을 결정하였다. 결정된 조건하에서 백그라운드 계수율을 $2.26{\pm}0.03cpm$ 까지 낮출 수 있었으며, 이때의 최대 측정가능 연대는 약 40,000년에 이르렀다. 또한 고개시료 및 토탄시료 등의 실제시료에 적용하여 측정계의 실용성을 확인하였다.
벤젠합성장치를 제작하여 액체섬광계수법을 이용한 방사성탄소 연대측정 시료인 목재, 목탄, 패류, 토양 등의 시료의 처리에 이용하였다. 이산화탄소, 아세틸렌의 생성 및 최종적으로 얻어지는 벤젠으로 이어지는 합성과정별 실험조건을 최적화하였다. 본 벤젠합성기를 이용함으로써 유기시료의 경우, 15시간의 합성을 통하여 탄산칼슘 기준으로 85% 이상의 합성수율을 얻을 수 있었다. 합성된 벤젠의 순도는 GC/MS 측정결과 99.9% 이상이었다.
연륜연대로 부여된 강화 정수사 법당 목부재(풍판)의 연대를 위글매치를 이용한 방사성탄소연대 측정결과와 비교하였다. 41년(AD 1250-1290) 연륜구간에서 1250년부터 5년 간격으로 9개 연륜에 대한 방사성탄소연대를 측정하였다. 개별 연륜에 대한 방사성탄소연대의 95.4% 신뢰구간은 113.3년(평균)에 달하였는데, 위글매치 후에는 20년으로 줄어들었다. 각 연륜의 방사성탄소연대 신뢰구간이 연륜연대값을 포함하여 연대의 정확성이 입증되었다. 이 결과는 위글매치를 이용한 방사성탄소연대 측정법이 우리나라 목재문화재의 연대측정에 효율적으로 쓰일 수 있음을 제시하고 있다.
탄뎀가속기에 의한 방사성탄소 연대측정은 한국남해 및 남동해의 해저로부터 25개의 화석종 조개와 1개의 피트를 대상으로 실시되었다. 특히 AMS기술은 종래의 C-14측정방법에 비해 양적으로 수밀리그램의 원소태탄소만으로써 충분히 측정가능하다. 본고는 자체 제작한 분석라인에 의한 전처리방법 및 분석과정을 기술하고, 한국남해 및 남동해에 대한 후기경신세의 해수면변동사에 대하여 고찰한다. 측정결과년대는 -530$\pm$100년에서 3,500년 이상의 범위로 본해역의 퇴적상은 후기경신세 이후의 해수준변동에 의한 복잡한 퇴적환경을 시사한다.
이 연구에서는 19세기 말부터 20세기 후반까지 사용된 것으로 알려진 오송 봉산리 옹기가마 유적에서 채취된 가마벽체 시료를 대상으로 TL/OSL 연대측정을 수행하였다. 고고선량은 SAR-TL/OSL법을 이용하여 측정된 매장기간 동안 시료에 축적된 흡수선량($ED_{burial}$), 배경선량($ED_{BG}$), fading 보정인자(f), 과대산출 보정인자(C)로부터 결정되었다. 또한 연간선량율 및 원산지는 시료의 자연방사능핵종($^{238}U$, $^{232}Th$, $^{40}K$)을 분석하여 산출되었다. 각 옹기가마의 TL/OSL 연대와 방사성탄소 연대를 비교 검토한 결과, 본 유적과 같은 근 현대 고고유적의 절대연대 편년을 위해서는 TL/OSL 연대측정과 방사성탄소 연대측정을 함께 수행하여 결합연대를 산출하는 것이 타당하다고 판단되었다. 오송 봉산리 옹기가마 유적의 조성 및 운영시기가 I 단계(5호, 6호 옹기가마) ${\rightarrow}$ II 단계(1호, 2호, 3호 옹기가마) ${\rightarrow}$ III 단계(4호 옹기가마)로 변천된다는 사실에 근거하여 베이지안 통계분석을 수행한 결과, 가장 이른 시기인 I 단계 옹기가마들의 사용 및 폐기시점은 $1910{\pm}23$년, II 단계는 $1970{\pm}10$년, III 단계는 $1987{\pm}4$년으로 각각 절대연대 편년되었으며, 이는 고고학적 편년관과도 정확히 일치하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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