상대 연대 측정

섬네일|250px|유타주 남동부 콜로라도고원 지역의 페름기부터 쥐라기까지의 층서학은 상대 연대 측정에 사용되는 두 가지 중요한 개념인 본래 수평성의 원리와 지층 누중의 법칙의 훌륭한 예시이다. 이 지층들은 캐피틀리프 국립공원과 캐니언랜즈 국립공원과 같이 넓게 떨어져 있는 보호 구역의 유명한 암석층 대부분을 구성한다. 위에서 아래로: 둥근 황갈색 돔 모양의 나바호 사암, 층을 이룬 붉은 카옌타 층, 절벽을 이루고 수직으로 갈라진 붉은 윙게이트 사암, 경사를 이루는 자주색 친리 층, 층을 이룬 더 밝은 붉은 모엔코피 층, 그리고 흰색의 층을 이룬 커틀러 층 사암. 유타주의 글렌 캐년 국립휴양지에서 찍은 사진.

상대 연대 측정(Relative dating)은 과거 사건들의 상대적 순서(즉, 다른 물체와 비교한 물체의 나이)를 반드시 절대 연대(즉, 추정 연대)를 결정하지 않고도 결정하는 과학이다. 지질학에서는 암석 또는 표토, 화석 및 암상을 사용하여 한 층서단면을 다른 단면과 비교할 수 있다. 20세기 초반 방사능 연대 측정의 발견으로 절대 연대 측정 수단이 제공되기 전에는 고고학자와 지질학자들이 상대 연대 측정을 사용하여 물질의 연대를 결정했다. 상대 연대 측정은 일련의 사건이 발생한 순서만 결정할 수 있을 뿐 언제 발생했는지는 결정할 수 없지만, 여전히 유용한 기술로 남아 있다. 생물층서학에 의한 상대 연대 측정은 고생물학에서 선호되는 방법이며, 어떤 면에서는 더 정확하다. 오래된 지층이 새로운 지층보다 깊게 위치한다는 지층 누중의 법칙은 17세기부터 20세기 초까지 지질학에서 관찰된 '상대 연대 측정'의 요약된 결과였다.

 지질학 
암석층에서 화석이 규칙적으로 나타나는 순서는 1800년경 윌리엄 스미스에 의해 발견되었다. 그는 잉글랜드 남서부의 서머셋 석탄 운하를 파는 동안 암석층에서 화석이 항상 같은 순서로 발견된다는 것을 알게 되었다. 측량사로서의 작업을 계속하면서 그는 잉글랜드 전역에서 같은 패턴을 발견했다. 그는 또한 특정 동물들이 특정 지층에만 존재하며, 잉글랜드 전역의 같은 지층에 존재한다는 것을 발견했다. 이 발견 덕분에 스미스는 암석이 형성된 순서를 인식할 수 있었다. 그의 발견 후 16년이 지난 후에 그는 다른 지질 시대의 암석을 보여주는 잉글랜드의 지질도를 출판했다.

 상대 연대 측정의 원리 
상대 연대 측정 방법은 18세기 지질학이 자연과학으로 처음 등장했을 때 개발되었다. 지질학자들은 오늘날에도 지질학적 역사와 지질학적 사건의 시기에 대한 정보를 제공하는 수단으로 다음 원리들을 사용한다.

 동일과정설 
동일과정설의 원리는 현재 지구의 지각을 변형시키는 지질학적 과정들이 지질학적 시간 동안 거의 같은 방식으로 작동해왔다는 것을 말한다. 18세기 스코틀랜드 의사이자 지질학자였던 제임스 허턴이 제안한 지질학의 근본 원리는 "현재는 과거를 푸는 열쇠"라는 것이다. 허턴의 말에 따르면 "우리 지구의 과거 역사는 현재 일어나고 있는 일들을 통해 설명되어야 한다."

 관입 관계 
관입암 관계의 원리는 횡단 관입과 관련이 있다. 지질학에서 화성암 관입이 퇴적암층을 가로지를 때, 그 화성암 관입이 퇴적암보다 젊다는 것을 결정할 수 있다. 관입의 종류는 스톡(stocks), 병반, 저반, 암상(지질학), 암맥 등 여러 가지가 있다.

 횡단 관계 
섬네일|350px|횡단 관계는 지층 및 기타 지질 구조의 상대적인 연대를 결정하는 데 사용될 수 있다. 설명: A – 충상단층에 의해 절단된 습곡된 암석층; B – (A를 가로지르는) 큰 관입암; C – (A와 B를 가르는) 침식된 경사 부정합 위에 퇴적된 암석층; D – 암맥 (A, B, C를 가로지름); E – 훨씬 젊은 암석층 (C와 D 위에 놓임); F – (A, B, C, E를 가로지르는) 정단층.

횡단 관계의 원리는 단층의 형성 및 단층이 가로지르는 지층의 연대와 관련이 있다. 단층은 자신이 가로지르는 암석보다 젊다. 따라서 일부 지층을 관통하지만 그 위에 있는 지층은 관통하지 않는 단층이 발견되면, 관통된 지층은 단층보다 오래되었고, 관통되지 않은 지층은 단층보다 젊어야 한다. 이러한 상황에서 주요 층을 찾는 것은 단층이 정단층인지 충상단층인지 결정하는 데 도움이 될 수 있다.

 포유물 및 구성 요소 
포유물 및 구성 요소의 원리는 퇴적암의 경우, 지층 내에서 포유물(또는 쇄설물)이 발견되면 이 포유물이 그것을 포함하는 지층보다 오래되었음을 설명한다. 예를 들어, 퇴적암에서는 오래된 지층의 자갈이 찢겨져 나와 새로운 층에 포함되는 경우가 흔하다. 제노리스가 발견되는 화성암에서도 비슷한 상황이 발생한다. 이러한 이물질은 마그마나 용암이 흐르면서 포착되어 나중에 기질 속에서 냉각된다. 결과적으로 제노리스는 그것을 포함하는 암석보다 오래되었다.

 본래 수평성의 원리 
본래 수평성의 원리는 퇴적물이 기본적으로 수평한 층으로 퇴적된다는 것을 말한다. 다양한 환경에서 현대 해양 및 비해양 퇴적물의 관찰은 이 일반화를 뒷받침한다(사층리는 경사져 있지만, 사층리 단위의 전반적인 방향은 수평이다).

 지층 누중의 법칙 
지층 누중의 법칙은 지각적으로 교란되지 않은 순서의 퇴적암층은 그 아래의 층보다 젊고 그 위의 층보다 오래되었다는 것을 말한다. 이는 더 젊은 층이 이전에 퇴적된 층 아래로 미끄러져 들어갈 수 없기 때문이다. 지층이 겪는 유일한 교란은 동식물이 층 내의 물질을 이동시키는 생물교란(bioturbation)이다. 그러나 이 과정은 층의 위치를 변경할 만큼 충분하지 않다. 이 원리는 퇴적층을 수직 시간선의 형태로, 가장 낮은 층의 퇴적부터 가장 높은 층의 퇴적까지 경과한 시간의 부분적 또는 완전한 기록으로 볼 수 있게 한다.

 동물상 천이의 원리 
동물상 천이의 원리는 퇴적암에서 화석의 출현에 기반을 두고 있다. 유기체는 전 세계적으로 같은 시기에 존재하므로, 그 존재 또는 (때로는) 부재는 그것들이 발견되는 지층의 상대적인 연대를 제공하는 데 사용될 수 있다. 찰스 다윈의 진화론이 출판되기 거의 100년 전에 윌리엄 스미스가 제시한 원리에 기초하여, 천이의 원리는 진화론적 사고와는 독립적으로 개발되었다. 그러나 화석화의 불확실성, 서식지의 측면 변화(퇴적층의 암상 변화)로 인한 화석 유형의 국지화, 그리고 모든 화석이 전 세계적으로 동시에 발견될 수 없는 점을 고려하면 이 원리는 상당히 복잡해진다.

 측면 연속성의 원리 
섬네일|360px|측면 연속성의 원리를 도식적으로 표현한 것

측면 연속성의 원리는 퇴적물 층이 처음에는 모든 방향으로 측면으로 확장된다는 것을 말한다. 다시 말해, 그들은 측면으로 연속적이다. 결과적으로, 다른 점은 비슷하지만 현재 골짜기나 다른 침식 특징에 의해 분리된 암석은 원래 연속적이었다고 가정할 수 있다.

퇴적물 층은 무한정 확장되지 않는다. 오히려 그 한계는 사용 가능한 퇴적물의 양과 유형, 그리고 퇴적 분지의 크기와 모양에 의해 인식되고 통제된다. 퇴적물은 계속해서 한 지역으로 운반될 것이고 결국 퇴적될 것이다. 그러나 그 물질의 층은 원천에서 멀어질수록 물질의 양이 줄어들어 얇아질 것이다.

종종, 더 거친 입자의 물질은 운반 매체가 그 위치까지 운반할 에너지가 부족하여 더 이상 한 지역으로 운반될 수 없다. 그 자리에는 운반 매체에서 침전되는 입자들이 더 미세한 입자가 될 것이며, 더 거친 입자에서 더 미세한 입자로의 측면 전이가 있을 것이다. 지층 내 퇴적물의 측면 변화는 퇴적상으로 알려져 있다.

충분한 퇴적암 물질이 있다면, 퇴적 분지의 한계까지 퇴적될 것이다. 종종 퇴적 분지는 퇴적되는 퇴적물과 매우 다른 암석 내에 있으며, 이 경우 퇴적층의 측면 한계는 암석 유형의 급격한 변화로 표시될 것이다.

 화성암의 포유물 
섬네일|감람석 결정 내의 여러 용융 포유물. 개별 포유물은 타원형 또는 원형이며, 작은 원형 증기 방울과 경우에 따라 작은 사각형 첨정석 결정과 함께 투명한 유리로 구성된다. 검은색 화살표는 하나의 좋은 예를 가리키지만, 다른 여러 개도 있다. 단일 결정 내에 여러 포유물이 발생하는 것은 비교적 흔하다.

용융 포유물은 화성암을 형성하는 마그마 내에서 성장하는 결정 안에 갇힌 작은 용융암 덩어리 또는 "방울"이다. 여러 면에서 유체 포유물과 유사하다. 용융 포유물은 일반적으로 작으며, 대부분 100 마이크로미터 미만이다(마이크로미터는 1밀리미터의 1/1000 또는 약 0.00004인치). 그럼에도 불구하고, 그것들은 풍부하고 유용한 정보를 제공할 수 있다. 미시적 관찰과 다양한 화학 미량분석 기술을 사용하여 지화학자와 화성암 암석학자들은 용융 포유물로부터 다양한 유용한 정보를 얻을 수 있다. 용융 포유물의 가장 일반적인 용도 중 두 가지는 특정 마그마 시스템의 초기 역사에 존재했던 마그마의 조성을 연구하는 것이다. 이는 포유물이 "화석"처럼 작용하여 나중에 화성암 과정에 의해 변형되기 전에 이러한 초기 용융물을 포획하고 보존하기 때문이다. 또한, 고압에서 갇혀 있기 때문에 많은 용융 포유물은 폭발적인 화산 분출을 유발하는 휘발성 원소(예: H2O, CO2, S, Cl)의 함량에 대한 중요한 정보도 제공한다.

헨리 클리프턴 소르비 (1858)는 결정 내 미세 용융 포유물을 처음으로 기록했다. 용융 포유물 연구는 최근 정교한 화학 분석 기술의 발전으로 더욱 활발해졌다. 제2차 세계 대전 이후 수십 년 동안 구소련 과학자들이 용융 포유물 연구를 주도했으며(Sobolev and Kostyuk, 1975), 현미경 아래에서 용융 포유물을 가열하여 변화를 직접 관찰할 수 있는 방법을 개발했다.

비록 작지만 용융 포유물은 유리(급속 냉각으로 급랭된 마그마를 나타냄), 작은 결정, 그리고 분리된 증기 풍부 기포를 포함하여 여러 다른 구성 요소를 포함할 수 있다. 그것들은 화성암에서 발견되는 대부분의 결정에서 발생하며 석영, 장석, 감람석, 휘석 광물에서 흔하다. 용융 포유물의 형성은 마그마 내에서 광물 결정화의 정상적인 부분으로 보이며, 화산암과 심성암 모두에서 발견될 수 있다.

 포함된 조각 
포함된 조각의 법칙은 지질학에서 상대 연대 측정의 한 방법이다. 본질적으로 이 법칙은 암석 내의 쇄설물은 암석 자체보다 오래되었다는 것을 말한다. 한 가지 예는 정지 작용의 결과로 지나가는 마그마에 떨어진 모암 (지질학)의 파편인 제노리스이다. 또 다른 예는 오래된 층리에서 침식되어 더 젊은 층에 재퇴적된 화석인 유래 화석이다.

이는 찰스 라이엘의 1830년부터 1833년까지의 다권본 지질학의 원리에서 나온 포유물 및 구성 요소의 원래 원리를 재언급한 것으로, 퇴적암의 경우 포유물 (또는 쇄설물)이 지층에서 발견되면, 그 포유물은 그것을 포함하는 지층보다 오래되었어야 한다고 명시하고 있다. 예를 들어, 퇴적암에서는 오래된 지층의 자갈이 찢겨져 나와 새로운 층에 포함되는 것이 흔하다. 화성암의 경우에도 제노리스가 발견될 때 비슷한 상황이 발생한다. 이러한 이물질은 마그마 또는 용암류로 포착되어 나중에 기질 (지질학)에서 냉각되도록 통합된다. 결과적으로, 제노리스는 그것을 포함하는 암석보다 오래되었다.

 행성학 

상대 연대 측정은 지구 이외의 태양계 천체에서 사건의 순서를 결정하는 데 사용된다. 수십 년 동안 행성과학자들은 태양계 내 천체의 발달을 해독하는 데 이를 사용했으며, 특히 표면 샘플이 없는 압도적인 다수의 경우에 그러했다. 많은 동일한 원리가 적용된다. 예를 들어, 충돌구 내에 골짜기가 형성되었다면, 그 골짜기는 충돌구보다 나중에 형성된 것이다.

분화구는 상대 연대 측정에 매우 유용하다. 일반적으로 행성 표면이 젊을수록 분화구가 적다. 장기적인 분화구 형성률이 충분히 정밀하게 알려져 있다면, 분화구만으로도 대략적인 절대 연대를 적용할 수 있다. 그러나 지구-달 시스템 외부의 분화구 형성률은 잘 알려져 있지 않다.

 생태학 
플라스틱 오염으로 만들어진 새의 둥지 층의 연대를 측정하는 것은 식품 포장재의 유통기한을 확인하여 할 수 있다. 이렇게 함으로써 번식지의 역사를 기록하고 이전의 모든 번식 시도를 반영하는 층서학이 나타난다. 2021년 암스테르담에서 발견된 둥지는 90년대 초까지 거슬러 올라갈 수 있었다. 가장 오래된 둥지 품목은 1994년 FIFA 월드컵을 광고하는 Mars bar였다. '신선한 우유'나 '잘 익은 아보카도'와 같은 부패하기 쉬운 제품의 일회용 포장재는 연도뿐만 아니라 가장 소비되었을 가능성이 높은 거의 정확한 날짜까지 참조하는 매우 정확한 시간 마커가 되었다. 비식품 또는 비부패성, 상온 보관 가능 제품은 덜 정밀한 연대 측정 결과를 가져올 수 있다.

 고고학 

고고학에서의 상대 연대 측정 방법은 지질학에서 적용되는 일부 방법과 유사하다. 유형학의 원리는 지질학의 생물층서학적 접근 방식과 비교될 수 있다.

 같이 보기 
 천문학적 연대기
 지구의 나이
 우주의 나이

 연대 측정, 고고학적 연대기
 절대 연대 측정
 상대 연대 측정, 이 문서
 단계 (고고학)
 고고학적 연관성
고고학적 맥락

시퀀스

 지질연대학
 층서연대학
 기준지층
 열연대학
 층서학
 구조지질학
 부정합

 지질 시대
 지구의 지질학적 역사
 지구의 미래

 판 구조론
 판 재구성

 자연사 연표
 지질연대 이름 목록

 일반
 통섭, 독립적이고 관련 없는 출처의 증거는 강력한 결론으로 "수렴"될 수 있다.

 각주 

 인용문 
"Biostratigraphy: William Smith". Understanding Evolution. 2009. University of California Museum of Paleontology. 23 January 2009 

 Monroe, James S., and Reed Wicander. The Changing Earth: Exploring Geology and Evolution, 2nd ed. Belmont: West Publishing Company, 1997. 

분류:고고학
분류:지질연대학
분류:생물층서학
분류:연대 측정법