코스모스 7 - 클레어 패터슨의 지구나이 측정

[白山]

클레어 패터슨(Clair Cameron Patterson, 1922~1995)

1947년 지구의 진짜 나이를 찾아 나선 한 남자가 있었습니다. 그는 처음부터 극복하기 힘든 난관에 부딪히지만 수년에 걸친

노력 끝에 지구의 나이를 밝히는 데 성공합니다. 하지만 남자는 그 과정에서 우연히 중대한 위협을 발견합니다. 1966년

미국의 경기는 호황이고 삶은 즐거웠습니다. 그런데 '팻'이라 불렸던 지구 화학자 클레어 패터슨(Clair Cameron

Patterson, 1922~1995)은 예외였습니다. 그의 눈에 모든 사람은 보이지 않는 위험에 처해 있었습니다. 패터슨은 어떤

대가를 치르더라도 그 위험을 제거하기 위해 다시 한 번 끈질긴 싸움을 시작합니다.

지구 나이의 비밀을 푸는 열쇠, 납

- 납을 통해 알 수 있는 지구의 나이

운석구덩이에는 구덩이를 만든 철 운석의 파편들은 온전히 남아 있습니다. 그 철이 단련된 시기를 알면 지구를 포함한 태양

계의 나이를 알 수 있습니다. 어떻게 알 수 있을까요? 운석구덩이에 있는 돌의 일부 원자는 방사성 원소였을 수도 있습니다.

그 원소들은 자연적으로 붕괴해 다른 원소로 바뀝니다. 우라늄(uranium) 원자는 먼저 토륨(thorium) 원자가 됩니다. 여기엔

평균 몇 십억 년이 걸립니다. 토륨은 훨씬 불안정해서 한 달이 안 돼 프로트악티늄(protactinium)으로 변하고 프로트악티늄

은 1분 만에 다른 원소가 됩니다. 원자는 10번의 핵 변환을 더 겪은 뒤 붕괴 사슬의 종점에 도달합니다. 안정적인 납 원자가

됩니다. 납은 영원히 그대로 남습니다.

20세기 들어 과학자들은 방사성 원소가 다른 원소로 변하는 데 걸리는 시간을 측정하려고 노력했습니다. 그 결과, 불안정한

각 원소의 원자가 일정한 비율로 붕괴한다는 걸 알아냈습니다. 암석의 우라늄 몇 퍼센트가 납으로 변했는지 알면 그 암석이

형성된 후로 흐른 시간을 계산할 수 있습니다.

지구 나이의 비밀을 푸는 열쇠

문제는 지구가 형성됐을 때 존재한 암석은 이제 없다는 겁니다. 그런데 초기 납의 양을 측정할 방법이 있습니다. 하늘의

선물인... 운석입니다. 운석에 포함된 납의 양은 지구가 생성됐을 당시의 양과 같습니다. 우라늄은 시간에 따라 일정한

비율로 붕괴하므로 운석의 나이를 계산할 수 있고 그게 지구의 나이입니다. 운석에 함유된 납의 양만 측정하면 됩니다.

클레어 패터슨의 지구 나이 측정

- 최초로 지구의 나이를 규명

시카고 대학교의 해리슨 브라운이라는 과학자가 1947년, 납의 양을 측정해 지구의 나이를 알 수 있음을 처음 이해하고 대학

원생 클레어 패터슨에게 측정을 맡깁니다. 지르콘의 각 결정에 들어 있는 우라늄이 납으로 붕괴되는 양을 측정합니다.

패터슨이 지르콘 결정의 납의 양을 측정하는 동안 또 다른 대학원생 조지 틸튼은 같은 시료에서 우라늄 양을 측정했습니다.

패터슨은 같은 정확도로 납의 양을 측정하기만 하면 되었습니다.

하지만 틸튼의 측정 결과는 늘 같았지만 같은 결정에 대한 납 성분 측정 결과는 들쑥날쑥했습니다. 그 이유가 평상시 환경에

납 성분이 많아 측정에 영향을 미치는지를 깨닫고 실험실의 납 성분을 더 줄이려고 강박적으로 세척과 정화에 힘을 쏟았지

만 효과가 없었습니다. 패터슨은 무려 6년 동안 기구를 오염시키는 납의 원천을 끈질기게 추적하고 제거했습니다. 그는

세계 최초의 초청정실을 짓고 나이가 이미 밝혀진 암석에 들어 있는 납의 양을 드디어 측정해 냅니다. 마침내 패터슨이 철질

운석에 든 납의 양을 측정해서 지구 나이를 알아볼 수 있게 됐습니다.

지구의 나이 측정

그는 운석 표본을 아르곤 국립 연구소로 가져갔습니다. 당시 세상에서 가장 정밀한 질량 분석계를 갖춘 곳이었습니다. 질량

분석계는 자석으로 표본의 성분을 분리하고 이를 통해 각 성분의 양을 알 수 있습니다. 시료를 외부의 납 오염으로부터 격리

한 패터슨은 마침내 시료에 함유된 납과 우라늄의 양을 측정해 운석이 언제 형성됐는지 알게 되었습니다. 지구의 나이는

45억 살이었습니다..

지구를 납 오염서 지킨 클레어 패터슨

- 20년 넘게 기업들의 납 사용과 맞서 싸운 과학자

클레어 패터슨은 지구 나이 연구로 납 측정 분야의 세계적인 권위자가 됐습니다. 패터슨은 과학자 로버트 키호의 주장처럼

납이 자연적으로 발생한다고 추측했습니다. 진정한 과학자인 그는 납이 환경에서 순환하는 과정을 철저히 조사합니다.

패터슨은 미국 석유 협회의 지원을 받아 심해와 얕은 바다의 납 농도를 측정했습니다. 그는 조사 결과를 이해할 수가 없었

습니다. 깊은 바다의 납 농도는 아주 낮았지만 얕은 바다와 수면의 납 농도는 수백 배나 높았습니다. 어느 대양에서나 얕은

수심의 물이 심해수와 섞이려면 수백 년이 걸립니다. 그 얘기는 수면의 많은 납이 최근 생긴 거란 뜻이었습니다. 그렇지

않다면, 보다 고르게 분포돼 있었을 겁니다. 얕은 바다에 함유된 납의 양과 물이 섞이는 데 걸리는 시간으로 그는 수면의

 납 오염 속도를 추산할 수 있었습니다. 패터슨은 그 정도 속도로 전 세계의 바다에 납을 공급하는 것이 뭘까 생각했습니다.

납 오염에서 지구를 지킨 클레어 패터슨

그 원인이 인간들이 사용하는 유연 휘발유임을 알게 됩니다. 그는 즉시 유연 휘발유를 고발하는 과학 논문을 발표합니다.

논문이 발표된 지 사흘 만에 압박이 시작됐습니다. 하지만 패터슨은 그 후로도 20년간 업계와 싸웠고 마침내 미국 소비자

제품에 납 사용이 금지됐습니다. 지구의 나이를 알아낸 남자는 역사에 남을 20세기 공중 보건의 승리를 이뤄낸 영웅이기도

합니다. 불과 몇 년 만에 어린이들의 혈중 납 농도가 약 75% 줄었습니다. 오늘날 의학계의 견해는 단 하나입니다. 수치가

아무리 낮아도 인간에게 무해한 납 수치는 있을 수 없다는 겁니다.

납이 해로운 이유

- 기억과 학습에 필수적인 분자 수용체를 방해

납이 해로운 이유

납은 왜 그토록 해로울까요? 납이 우리 몸에 들어가면 세포가 자라고 증식하는 데 꼭 필요한 철과 아연 같은 금속으로 위장

하기 때문입니다. 세포의 효소는 납의 가면에 속아 춤을 추기 시작합니다. 이것은 죽음의 춤입니다. 납은 세포에 필요로

하는 걸 충족시켜 줄 수 없기 때문입니다. 또 납은 세포 간 통신망인 신경 전달 물질을 차단합니다. 기억과 학습에 필수적인

분자 수용체를 방해합니다. 이는 특히 아이들에게 해롭지만 납 중독은 누구도 봐주지 않습니다.

[白山]

납이 붕괴의 최종 목적지로 더이상은 변형이 일어나지 않는 구조라는 겁니다.
그래서 원자력 발전소의 벽도 중간에 납으로 채우는 것이고 미국, 스위스 등의 방공호도
핵전쟁을 대비해서 1m가 넘는 납으로 문을 만들었답니다.
납이 치명적인 이유도 이렇게 변할 줄 모르는 특성 때문이 아닌가 합니다....
잘 변하는 원소들은 이온화 되어 오히려 신경전달물질이 되니까요...