아르곤-아르곤 연대 측정 문서 원본 보기

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'''아르곤-아르곤 연대 측정'''(Argon–argon dating) 또는 <sup>40</sup>Ar/<sup>39</sup>Ar 연대측정은 [[아르곤 동위 원소]]를 이용하여 암석의 연대를 측정하는 방법으로 기존에 이용되었던 [[칼륨-아르곤 연대 측정]]법이 가지고 있는 여러 가지 약점들을 보완할 수 있으며 시료의 불균질성 문제를 해결할 수 있고 과잉 또는 손실 Ar에 관한 정보를 제공해 줄 수 있는 등 [[칼륨-아르곤 연대 측정]]에 비해 많은 장점을 지니고 있다.<ref name = "김정민">{{저널 인용 |제목=하나로 원자로와 불활성기체 질량분석기를 이용한 40Ar-39Ar 연대측정 |저널=한국암석학회 2001년도 춘계학술대회 |저자1=김정민 |저자2=정창식 |저자3=한현수 |저자4=조운갑 |날짜=2001년 |쪽=60-63 |url=https://scienceon.kisti.re.kr/srch/selectPORSrchArticle.do?cn=NPAP08034499}}</ref>

== 방법 ==
아르곤-아르곤 연대 측정은 [[칼륨-아르곤 연대 측정]]의 원리와 거의 같다. 암석이 형성된 후 암석 내부의 [[칼륨-40]]은 [[방사성 붕괴]]를 통해 [[아르곤-40]]으로 변한다. 이 과정을 이용해 김정민 외(2001)는 다음과 같은 측정식을 유도하고 시료 내 [[아르곤-40]]과 [[칼륨-40]]의 양을 구해 암석의 연대를 계산하였다.<ref name = "김정민" />

:<math>t = \frac{1}{\lambda} \ln (1 + \frac{\lambda}{\lambda_e + \lambda_e^'} \cdot \frac{40Ar}{40K})</math>

(<math>\lambda</math> : [[칼륨-40]]의 전체 붕괴상수 <math>\lambda_e</math> : [[칼륨-40]]이 [[아르곤-40]]으로 붕괴할 때의 붕괴 상수 <math>\lambda_e^'</math> : [[칼륨-40]]이 [[칼슘-40]]으로 붕괴할 때의 붕괴상수)

아르곤-아르곤 연대 측정을 위해 시료를 [[중성자]] 빔에 노출시키면 시료 내의 <sup>39</sup>K 핵은 아래 반응에 의해 [[중성자]]와 반응하여 <sup>39</sup>Ar을 만들고 한 개의 [[양성자]]를 방출한다. 아래 식으로부터 <sup>39</sup>Ar이 생성되기 위해서는 1.2 [[전자볼트|MeV]] 이상의 에너지를 갖는 [[속중성자]]가 필요하다.<ref>McDougall, I. and Harrison (1999) "Geochronology and thermochronology by the <sup>40</sup>Ar/<sup>39</sup>Ar method", 2nd Ed., Oxford Univ. Press. pp. 269</ref>

:<sup>39</sup><sub>19</sub>K + <sup>1</sup><sub>0</sub>n → <sup>39</sup><sub>18</sub>Ar + <sup>1</sup><sub>0</sub>H + Q 

[[중성자]] 조사(照射)를 통해 생성되는 <sup>39</sup>Ar<sub>K</sub>의 양은 중성자 조사 시간, 중성자속의 세기와 반응 단면적의 함수로서 다음의 식으로 계산된다.<ref>Mitchell, J. G. (1968) "The argon-40/argon-39 method for potassium-argon age determination" Geochim. Cosmochim. Acta, 32. pp.781-790</ref> 

:<math>39Ar_K = 39K \cdot {\Delta} \int {\phi}(E){\sigma}(E)dE</math>

(<math>{\Delta}</math> : 중성자 조사 시간 <math>{\phi}(E)</math> : 에너지 E에서의 중성자속의 강도(Neutron Flux) <math>{\sigma}(E)</math> : 에너지 E에서의 중성자 흡수단면적(neutron capture cross section)) 

위의 두 식을 결합하면 아래와 같은 아르곤-아르곤 연대 측정 기본식이 얻어진다. 

:<math>\frac{40Ar}{39Ar_K} = \frac{40K}{39K} \cdot \frac{\lambda_e + \lambda_e^'}{\lambda} \cdot \frac{1}{\Delta} \cdot \frac{e^{\lambda t}}{\int {\phi}(E){\sigma}(E)dE}</math>

K-Ar 연대를 잘 알고 있는 물질을 미지의 시료와 같이 중성자에 조사시킨 후 [[아르곤]]의 동위원소비를 구하여 아래 식에 정의된 J Factor를 얻을 수 있다. 

:<math>J = \frac{40K}{39K} \cdot \frac{\lambda}{\lambda_e + \lambda_e^'} \cdot {\Delta}T \cdot \int {\phi}(E){\sigma}(E)dE</math>

J Factor가 계산되면 미지의 시료에 대한 아르곤-아르곤 연대는 다음 식에 의해 계산된다. 아르곤-아르곤 연대 측정은 [[아르곤 동위 원소]] 비율만 알면 연대를 계산할 수 있어 [[칼륨]]이나 [[아르곤]]의 절대적 양을 구할 필요 없고 [[칼륨-아르곤 연대 측정]]에서 문제가 되는 시료의 불균질성 문제도 해결할 수 있다. 

:<math>t =  \frac{1}{\lambda} \cdot \ln (1 + J \cdot \frac{40Ar}{39Ar_K})</math>

== 실제 사용 사례 ==
조형성 외(2011)는 [[부산광역시]]에 분포하는 [[다대포층]] 기저의 데사이트질 기반암과 상부를 피복하는 현무암질 안산암의 시료를 채취하여 아르곤-아르곤 연대 측정(<sup>40</sup>Ar/<sup>39</sup>Ar 연대측정)을 실시하였다. 분지의 기반암인 데사이트는 다소 불확실한 약 94 Ma, 다대포층을 덮는 현무암질 안산암은 약 69 Ma의 연대가 구해졌다. 데사이트질 기반암의 연대 측정 결과가 신뢰할만한 수준은 되지 못해 현재로서는 다대포층이 94 Ma 이후에 퇴적이 시작되었다고 단정할 수 없으나 현무암질 안산암이 상부 다대포층을 직접 피복하는 것으로 보아 다대포층은 69 Ma 직전까지 퇴적이 계속된 것으로 판단된다. 조형성 등은 이 결과를 바탕으로 다대포층이 하양층군 [[칠곡층]]에 대비될 가능성은 매우 희박하며 [[경상 누층군]] [[진동층]] 상부 또는 [[고성층]]에 대비될 가능성이 높고 앞서 김인수가 발견한 역자화 성분은 하양층군 [[함안층]] 및 [[칠곡층]]의 바렘절(Barremian) 시기의 역자화 성분이 아니라 상파뉴절(Campanian) 시기에 해당되는 역자화 성분으로 해석하였다.<ref name = "다대포">{{저널 인용|url=https://www.dbpia.co.kr/journal/articleDetail?nodeId=NODE01697617|제목=부산시 백악기 다대포분지 내 화산암류의 암석기재와 <sup>40</sup>Ar/<sup>39</sup>Ar 연대 : 다대포층의 퇴적시기와 대비 (Petrography and 40Ar/39Ar ages of volcanic rocks in the Cretaceous Dadaepo Basin, Busan: Accumulation time and correlation of the Dadaepo Formation)|저널=[[대한지질학회]]|저자1=조형성|저자2=김종선|저자3=손문|저자4=손영관|저자5=김인수|권=47|호=1|페이지=1-18|날짜=2011년 2월}}</ref> 

== 같이 보기 ==
* [[칼륨-아르곤 연대 측정]]
* [[아르곤]]과 [[아르곤 동위 원소]]

== 각주 ==
<references />

[[분류:연대 측정법]]
[[분류:방사능]]
[[분류:아르곤]]