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폴로늄 방사성후광
: 실험되고 입증된 그들의 형성 모델
Polonium Radiohalos
: The Model for Their Formation Tested and Verified
Andrew A. Snelling

   RATE (Radioisotopes and the Age of The Earth, 방사성 동위원소와 지구의 나이) 프로젝트의 한 가지 초점은 방사성후광(radiohalos) 연구였다.[1] 그 연구를 통해 화강암질 암석 내에서 종종 발견되는 우라늄(238U)과 폴로늄(Po) 방사성후광은 동시에 형성되었어야만 했다는 결론을 얻었다.[2] 이것은 (오늘날의 속도로) 수억 년의 방사성 붕괴(radioactive decay)가 단지 수일(a few days) 만에 일어났었다는 것을 암시한다! 눈에 보이는 물리적 손상(방사성후광)과 필요한 Po을 만들기 위해서는 많은 238U의 붕괴가 있어야 한다. 그러나 많은 Po은 (짧은 반감기, 즉 매우 빠른 붕괴속도 때문에) 수일 내에 붕괴되었을 것이다. 따라서 방사성 붕괴가 오늘날과 같은 속도로 항상 일어났을 것이라는 가정 위에서 계산된 화강암질 암석에 대한 수억 년의 방사성동위원소 ‘연대’는 엄청난 오류가 있게 되는 것이다. 그리고 이들 암석들은 단지 4500 여년 전의 대홍수 기간 동안 형성되었을 것이다. 폴로늄이 모원소인 238U으로부터 어떻게 분리되어졌는지, 그리고 방사성중심에 집중되어 가까이에 Po 방사성후광을 어떻게 형성하였는지를 설명하기 위해서 열수용액 수송 모델(hydrothermal fluid(hot water) transport model)이 제안됐었다.[3-5]

이 연구의 또 다른 성과는 변성암(metamorphic rocks) 내에 풍부한 Po 방사성후광들을 발견한 것이었다.[6] 그러한 발견은 예상됐었다. 왜냐하면 열수용액(hydrothermal fluids)은 깊게 묻혀짐으로서 물로 포화된 퇴적암(water-saturated sedimentary rocks) 내에서 발생되는데, 이 열수용액은 퇴적암들을 광역변성암복합체(regional metamorphic complexes)로 변형되도록 돕기 때문이다.[7-9] 따라서 이 열수용액 수송모델을 사용하면, 역시 상당한 U 붕괴산물들이 생성되어 있는 광역변성암 내에서 Po 방사성후광들의 형성을 설명할 수 있다고 주장됐었다.[10]

계속된 연구에서, 변성암 내에서 이 Po 방사성후광 형성 모델에 대한 실험이 제안됐었다. 사암(sandstones)들은 종종 약간의 저어콘(zircon) 입자들을 함유한다. 이들 저어콘 입자들은 화강암질 암석의 침식으로부터 유래하는데, 물이 운반해온 사질퇴적물(sandy sediments) 내에 퇴적된다. 물의 운반 동안에 일어난 입자들의 마모(abrasion)와 그러한 근원암(source rocks)에서의 화학적 풍화작용은 모든 흑운모(biotite) 입자들을 파괴한다. 그래서 그들은 사암 내에 하나도 남지 않게 된다. 그러나 사암이 변성되면, 그 결과로 형성된 편암(schists)과 편마암(gneisses)은 대개 흑운모 입자들을 함유하게 된다. 따라서 이것은 단지 변성작용(metamorphism) 동안의 광물반응을 통해서만 형성될 수 있는 것이다. 그러한 광물반응(mineral reactions)은 실험실에서 실험적으로 연구되어왔고, 그러한 반응에서 물은 종종 하나의 부산물(by-product)이었다.[11] 이러한 변성작용이 일어나는 온도에서 그 안의 물은 열수용액(hydrothermal fluids)으로 되었을 것이고, 이것은 가까이에 있는 저어콘 입자로부터 어떤 U-붕괴 산물들을 운반하고, 흑운모 박편 내에 Po을 퇴적시키면서 Po 방사성후광들을 형성할 수 있게 하였을 것이다.

테네시 주와 북캐롤라이나 주의 경계를 따라 있는 그레이트스모키 산맥(Great Smoky Mountains) 내의 두꺼운 썬더헤드 사암(Thunderhead Sandstone, 선캄브리아기의 그레이트스모키 층군의 상부)은 소위 데본기 초기(즉, 대홍수 초기)에 애팔래치아 고산지대(Appalachian Highlands)가 형성되는 동안 변형되면서 광역적으로 변성되었다.[12-14] 북서부에서 남동부까지 온도와 압력이 증가함에 따라 광역변성작용으로 이러한 사암층 내에서 일련의 화학적으로 그리고 광물학적으로 뚜렷한 편암과 편마암 대(zone)가 형성되었다.[15] 이러한 대는 처음 나타난 특징적인 변성광물들의 모습에 따라 이름이 붙여졌는데, 변성작용의 강도가 증가함에 따라 흑운모(biotite)대, 석류석(garnet)대, 십자석(staurolite)대, 남정석(kyanite)대로 불린다. 등변성도선(isograds, 변성대를 나눌 때 지시 광물이 출현하고 소멸되는 지점들을 지질도상에서 연결한 선)으로 불리는 이러한 대 사이의 경계들은 점진적으로 높은 온도와 압력 때문에 새로운 광물들이 형성된 곳이다.

최초에 퇴적되었을 때, 썬더헤드 사암은 저어콘 입자(zircon grains)들을 간혹 함유하고 있었으나, 흑운모 박편(biotite flakes)들은 함유하고 있지 않았다. 하지만 변성된 이 사암은 현재 이 모든 변성대 전체에 걸쳐 흑운모 박편들과 저어콘 입자들을 둘 다 함유하고 있다. 그것들은 여전히 소량의 U을 함유하고 있기 때문에, 저어콘은 Po을 포함해서 238U 붕괴산물들의 근원이었을 것이다. 그러므로 Po 방사성후광 형성에 대한 열수용액 수송 모델에 의거하여, 만약 열수용액이 변성작용에 의해 만들어졌다면, 그 열수용액은 흑운모 박편 안으로 저어콘들의 확산 시에 Po을 이동시켰을 것이고, 그곳에서 Po 는 Po 방사성후광들을 형성했었을 것이다.

변성된 썬더헤드 사암에서, 석류석대와 십자석대 사이의 경계인 십자석 등변성도선에서 녹니석(chlorite)이 암석에서 사라지고 백운모(muscovite)가 갑자기 감소하는 반면, 십자석이 나타나고 흑운모가 더 풍부해지는 것이 밝혀졌다. 이것은 다음과 같은 광물반응으로 설명될 수 있다.

  54 백운모 + 31 녹니석 → 54 흑운모 + 24 십자석 + 152 석영 + 224 물
  (이것은 실험으로 확인되었다)[16-17].

따라서 실험적으로 결정된 지배적인 고온에서 이러한 반응에 의한 물의 발생은 등변성도선 주위에 있는 암석 내에서 상대적으로 많은 양의 열수용액을 만들어냈을 것이다. 만약 Po 방사성후광 형성이 정말로 열수용액 수송 모델에 의해 묘사된 대로 일어났다면, 이러한 것들은 변성된 사암 내의 Po 방사성후광들의 발생에 대해 이상적인 조건이었을 것이다.

Po 방사성후광 형성에 대한 열수용액 수송 모델에 대한 실험으로서, 9개의 변성된 썬더헤드 사암 샘플이 북캐롤라이나주의 체로키(Cherokee)와 테네시주의 개틀린버그(Gatlinburg) 사이에 있는 441번 고속도로의 도로절단 노두로부터 채집되었다.[18] 이곳은 앞에서 기술했듯이 광역변성작용에 따라 횡으로 흑운모대, 석류석대, 십자석대, 남정석대를 형성하고 있는 곳이다. 이들 샘플로부터 흑운모 박편들은 분리되었고, 표준화된 기술을 사용해 방사성후광 관찰용 현미경 아래에서 정밀검사가 이루어졌다.[19-20] 각 샘플 내에서 발견된 Po 방사성후광들의 전체 개수는 변성대를 횡으로 가로질러 각 샘플의 상대적인 위치에 따라 표시되었다. (그림 1)

 


그림 1. 테네시주 그레이트스모키 산맥을 가로지르는 광역변성대로부터 횡으로 채집된 샘플들에 대한 Po 방사성후광들의 수.

실험 결과는 너무나 놀라운 것이었다. 그림 1에서 이미 보여주고 있듯이, 9개의 샘플 중에서 7개가 평균적으로 각각 약 30여개의 Po 방사성후광들이 있는 반면, 십자석 등변성도선에 불규칙하게 퍼져있는 2개의 샘플은 각각 177개와 147개의 훨씬 많은 Po 방사성후광들을 가지고 있었다. 이것은 바로 예상했던 것이었다. 우라늄을 함유하고 있는 저어콘 입자와 흑운모 박편들은 횡을 따라 채취한 모든 샘플들의 변성된 사암 내에 존재한다. 그래서 변성작용 동안, 퇴적될 때 사암 내에 원래 있던 소량의 물은 소량의 Po 방사성후광들을 발생시켰다. 하지만, 십자석 등변성도선 주변에서 광물반응으로 많은 양의 뜨거운 물이 만들어진 곳에서는 많은 수의 Po 방사성후광이 형성되었던 것이다.

따라서 Po 방사성후광 형성에 대한 열수용액 수송 모델(hydrothermal fluid transport model)은 실험을 거쳐 확증되었다. Po 이나 흑운모 박편 어느 것도 처음부터 존재하지 않았다. 흑운모 박편은 단지 대홍수 초기의 변성작용 동안에 사암 내에서 형성되었고, Po은 저어콘 입자 내에서 238U 붕괴로부터 유래되었다. 그리고 변성작용동안 여분의 물이 발생된 곳에서는 더 많은 Po 방사성후광들이 형성되었다. 이러한 성공적인 검증은 지속적인 연구에 박차를 가하도록 할 것이다. 왜냐하면 Po 방사성후광과 이러한 변성암의 형성이 의미하고 있는 시간척도는 젊은 지구(young earth)에서의 한번의 전 지구적 대홍수(a Global Flood)에서만 오직 일치하기 때문이다


References

1. Snelling, A. A., 'Radiohalos,' in L. Vardiman, A. A. Snelling, and E. F. Chaffin, eds., Radioisotopes and the Age of the Earth: A Young-Earth Creationist Research Initiative (2000, El Cajon, CA., Institute for Creation Research, and St. Joseph, MO., Creation Research Society), pp. 381-468.
2. Snelling, A. A., 'Radiohalos in Granites: Evidence for Accelerated Nuclear Decay,' in L. Vardiman, A. A. Snelling, and E. F. Chaffin, eds., Radioisotopes and the Age of the Earth: Results of a Young-Earth Creationist Research Initiative (2005, El Cajon, CA., Institute for Creation Research, and St. Joseph, MO., Creation Research Society), pp. 101-207.
3. Snelling, A. A., and M. H. Armitage, 'Radiohalos—A Tale of Three Granitic Plutons,' in R. L. Ivey, Jr., ed., Proceedings of the Fifth International Conference on Creationism (2003, Pittsburgh, PA., Creation Science Fellowship), pp. 243-267.
4. Snelling, A. A., J. R. Baumgardner, and L. Vardiman, 'Abundant Po Radiohalos in Phanerozoic Granites and Timescale Implications for Their Formation,' EOS, Transactions of the American Geophysical Union, 84:46, Fall Meeting Supplement (2003), Abstract V32C-1046.
5. Snelling, A. A. (2005), op. cit.
6. Snelling, A. A. (2005), op. cit.
7. Stanton, R. L., 'An Alternative to the Barrovian Interpretation? Evidence from Stratiform Ores,' Proceedings of the Australasian Institute of Mining and Metallurgy, 282 (1982): pp. 11-32.
8. Stanton, R. L., 'The Precursor Principle and the Possible Significance of Stratiform Ores and Related Chemical Sediments in the Elucidation of Processes of Regional Metamorphic Mineral Formation,' Philosophical Transactions of the Royal Society of London, A328(1989): pp. 529-646.
9. Snelling, A. A., 'Towards a Creationist Explanation of Regional Metamorphism,' Creation Ex Nihilo Technical Journal, 8 (1994): pp. 51-77.
10. Snelling, A. A. (2005), op. cit.
11. Spear, F. S., Metamorphic Phase Equilibria and Pressure-Temperature-Time Paths (1993, Washington, D.C., Mineralogical Society of America).
12. King, P. B., J. B. Hadley, R. B. Neuman, and W. B. Hamilton, 'Stratigraphy of the Ocoee Series, Great Smoky Mountains, Tennessee and North Carolina,' Geological Society of America Bulletin, 69 (1958): pp. 947-956.
13. Hadley, J. B., and R. Goldsmith, Geology of the Eastern Great Smoky Mountains, North Carolina—Tennessee (1963, Washington, DC, U.S. Geological Survey Professional Paper 349-B), 118 pp.
14. King, P. B., Geology of the Central Great Smoky Mountains, Tennessee (1964, Washington, D.C., U.S. Geological Survey Professional Paper 349-C), 148 pp.
15. Allen, G. C., and P. C. Ragland, 'Chemical and Mineralogical Variations during Prograde Metamorphism, Great Smoky Mountains, North Carolina and Tennessee,' Geological Society of America Bulletin, 83(1972): pp. 1285-1298.
16. Hoschek, G., 'Untersuchungen zum Stabilitätsbereich von Chloritoid und Staurolith,' Contributions to Mineralogy and Petrology, 14(1967): pp. 123-162.
17. Hoschek, G., 'The Stability of Staurolite and Chloritoid and their Significance in Metamorphism of Pelitic Rocks,' Contributions to Mineralogy and Petrology, 22 (1969): pp. 208-232.
18. Allen, G. C., and P. C. Ragland (1972), op. cit.
19. Snelling, A. A., and M. H. Armitage (2003), op. cit.
20. Snelling, A. A. (2005), op. cit.

*Andrew A. Snelling, Ph.D. geology, is an associate professor in the Geology Department at the ICR Graduate School.


Related Topics
* RATE
* Age of Earth

 

*참조 : New record of polonium radiohalos, Stone Mountain granite, Georgia (USA)
http://creationontheweb.com/images/pdfs/tj/j15_1/j15_1_86-88.pdf

Radiohalos - A Tale of Three Granitic Plutons
http://www.icr.org/i/pdf/research/ICCRADIOHALOS-AASandMA.pdf

Radiohalos and Diamonds: Are Diamonds Really for Ever?
http://www.icr.org/i/pdf/research/ICC08_Radiohalos_Diamonds.pdf


 

출처 : ICR, Impact No. 386, 2005
URL : http://www.icr.org/index.php?module=articles&action=view&ID=2467
번역자 : 길소희

관련 자료 링크:

1. 폴로늄 방사성할로 : 여전히 ‘매우 작은 미스터리’ (Polonium Radiohalos : Still 'A Very Tiny Mystery')
2. 폴로늄 방사성할로 형성에 대한 열수 용액 수송 모델의 시험 (Testing the Hydrothermal Fluid Transport Model for Polonium Radiohalo Formation)
3. 젠트리의 연구결과 요약 : 방사성 후광들은 화강암의 매우 빠른 형성을 가리킨다. Brief Summary of Gentry's Findings
4. 첫 번째 ‘RATE' 학술회의 : RATE 프로젝트의 결과 보고 2 (A First 'RATE' Conference)
5. 방사성 붕괴의 10억 배 가속이 실험실에서 증명되었다 (Billion-fold Acceleration of Radioactivity Demonstrated in Laboratory)
 
 
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