서 론

지표에서 관측되는 지구 내부 기원의 지구 자기장은 약 90%의 쌍극자기장(dipole field) 성분과 약 10%의 비쌍극자기장(non-dipole field) 성분으로 구성된다. 두 자기장 성분은 수년에서 수천 년 사이의 주기를 갖고 그 방향과 세기가 변하는데, 이를 영년변화(secular variation)라 한다. 지구 자기장의 기기 관측이 시작되기 이전의 영년변화를 고영년변화(paleo-secular variation, PSV)라 하며, 이 기간에 생성된 화산암이나 호수 퇴적물, 고고학적 유적 등에 기록된 잔류자화를 연구하는 고고지자기학(archeomagnetism) 연구를 통해 복원된다. 지구 다이나모(geodynamo)의 비쌍극자기장 요소에 의해 PSV는 지역마다 다른 변화 양상을 보이며, 시대 미상의 고고학적 유적에서 얻은 고고지자기 자료를 같은 지역의 표준 PSV 자료와 비교하여 그 유적의 절대 연대를 결정하는 데 사용된다(Le Goff et al., 2002; Batt et al., 2017).

유럽에서 오랜 기간에 걸쳐 수행되어 온 고고지자기 연구를 통하여 각 유럽 국가별 표준 PSV 곡선이 발표된 바 있다: 예, Le Goff et al.(2002, 프랑스); Schnepp and Lanos(2005, 독일), (2006, 오스트리아); Batt et al.(2017, 영국); Molina-Cardín et al.(2018, 스페인); Zanella et al.(2018, 이탈리아); Béguin et al.(2021, 포르투갈). 최근에는 전 세계에서 수집된 PSV 자료들을 바탕으로 전 지구적 지자기 예측 모델(global geomagnetic field prediction models)이 만들어졌다. 대표적으로 전 세계의 고고학적 유적과 화산암에서 얻은 자료를 바탕으로 제작된 ARCHxK.x 모델(Korte et al., 2005, 2009a; Constable et al., 2016), 호수 퇴적물의 잔류자화 자료를 바탕으로 만들어진 SED3K.1 모델(Korte et al., 2009b), 고고학적 유적, 화산암, 퇴적물로부터 얻은 자료를 모두 사용한 CALSxK.x 모델(Korte and Constable, 2003, 2005, 2006, 2011) 등이 있으며, 지속적인 업데이트가 되고 있다. 동아시아에서 일본은 20세기 초부터 고고지자기 연구가 수행되어 상대적으로 많은 자료를 보유하고 있다(예, Watanabe, 1958; Sasajima, 1965; Hirooka, 1971; Yamazaki et al., 1985; Morinaga et al., 1986, 1989; Hyodo et al., 1993; Ali et al., 1999; Hayashida et al., 2007; Matsumoto et al., 2007). 중국의 경우 유럽과 일본에 비하여 늦게 연구를 시작하였지만 풍부한 고고학적 유적들로부터 빠르게 많은 성과를 내고 있으며(Wei et al., 1981; Hyodo et al., 1999; Cai et al., 2016, 2017; Usui and Tian, 2017; Sheng et al., 2019), 두 국가 모두 표준 PSV 곡선을 제작하여 발표한 바 있다(Hirooka, 1971; Cai et al., 2017). 한편 국내에서는 연구의 대상이 되는 아궁이와 가마 등과 같은 고고학적 유적을 많이 보유하고 있지만 고고지자기 자료의 부족으로 한반도의 표준 PSV 곡선이 제시되지 못하였다. 20세기말까지 국내의 고고지자기 연구에서는 지리적으로 가까운 서남 일본의 PSV(JPSV) 자료(Hirooka, 1971)를 표준 곡선으로 이용하였으며, 21세기에 들어와 Lee et al.(2001)은 JPSV 곡선으로부터 가상 고지자기극(virtual geomagnetic pole, VGP)을 계산하고, 이를 다시 한반도의 기준 지점인 충북 충주(37°N, 128°E)에서의 방향 자료로 변환하는 방법인 VGP relocation method(Noel and Batt, 1990)를 사용하여 한반도 시험적 고영년변화(tentative-Korean paleo-secular variation, t-KPSV) 곡선을 제시하였다. 그러나 VGP relocation method는 지구 자기장이 쌍극자기장으로만 구성된다는 가정하에 계산되기 때문에 국지적으로 다르게 변하는 비쌍극자기장의 영향을 반영하지 못한다는 문제가 있다. 따라서 국내의 고고학적 유적에 대한 고고지자기 연대측정에서 JPSV와 t-KPSV 모두 한반도의 표준 곡선으로서 신뢰도의 한계가 있는 것이 사실이며, 국내 고고학적 유적으로부터 도출한 충분한 양의 자료 축적을 바탕으로 제작한 새로운 한반도의 PSV 표준 곡선이 요구된다. 이번 연구에서는 현재까지 상대적으로 많은 자료가 축적된 AD 1~600년 동안의 국내 고고지자기 방향 자료를 이용하여 이 기간에 대한 한반도 PSV 곡선을 수립하고 최신 전 지구적 지자기 예측 모델들과 비교하였다. 또한, JPSV 곡선과 t-KPSV 곡선을 바탕으로 기존에 수행된 국내 고고지자기 연대측정 결과에 대한 시사점을 제안하였다.

연구 방법

이번 연구를 위하여 국내에서 발굴된 원삼국 시대~삼국 시대로 추정되는 고고학적 유적들을 대상으로, 자성광물의 봉쇄온도(blocking temperature) 이상으로 가열되었다가 냉각되면서 열잔류자화(thermal remanent magnetization)를 획득하였을 것으로 기대되는 가마나 아궁이 등의 바닥 또는 벽면의 미고결 토양을 대상으로 고고지자기 시료를 채취하였다. 부피 8 cm³인 비자성 플라스틱 박스(non-magnetic plastic box)를 사용하여 시료를 채취하였고 유적지의 위치에 따른 현재 지구 자기장의 편각을 보정하여 현장에서 각 시료 박스의 방위각(azimuth)과 경사(dip)를 측정하였다. 약한 자기장에 오랜 기간 노출되어 획득하는 대표적인 2차 잔류자화인 점성잔류자화(viscous remanent magnetization)의 영향을 줄이기 위해 주변 자기장을 차단하는 µ-metal shield assembly에 시료들을 72시간 이상 보관한 후 측정하였다. 시료들의 자연잔류자화(natural remanent magnetization) 측정은 Molspin사의 회반자력계(spinner magnetometer)를 사용하였으며, Molspin사의 교류소자기(alternating-field demagnetizer)를 사용하여 단계별 교류소자(stepwise AF demagnetization)를 수행하였다. 각 소자 단계에서의 시료별 잔류자화 자료는 벡터 다이어그램(Zijderveld diagram, Zijderveld, 1967)상에 도시한 후 주성분분석법(principal component analysis, PCA; Kirschvink, 1980)을 이용하여 시료의 특성잔류자화(characteristic remanent magnetization, ChRM) 성분을 추출하였으며, 최소 3점 이상과 원점을 이용하는 anchored line fit 방법을 적용하였다. 각 지점의 평균 고고지자기 방향들은 Fisher 통계법(Fisher, 1955)을 사용하여 계산되었다. 일반적으로 어느 지역의 PSV 곡선을 제작할 때, 중심으로부터 반경 1,000 km 이내의 자료들에서는 비쌍극자기장의 차이를 고려하지 않으므로 한반도에서 얻은 모든 자료는 VGP relocation method를 이용하여 기준점인 충북 충주(37°N, 128°E)에서의 방향 자료로 변환하였다.

각 지점의 절대 연대 자료는 같은 지점에서 출토된 목탄을 이용한 방사성탄소연대 측정 결과를 우선으로 사용하였으며, 목탄이 출토되지 않은 유적의 경우 유물이나 유적의 형태와 특징 등을 고려하여 추정하는 고고학적 편년 자료를 이용하여 AD 1~600년에 해당하는 자료를 선별하였다. 연구에 사용되는 방향 자료의 연대 오차는 여러 연구 결과를 바탕으로(Gallet et al., 2015; Cai et al., 2016, 2017) 필요에 따라 최대 ±600년까지 적용하여 연구에 따라 다르게 설정하여 사용하였으며, 이번 연구에 사용된 방향 자료의 최대 연대 오차는 ±200년이다. 또한, Park and Park(2014)에서 신뢰성 검증을 통과한 방향 자료를 함께 수집하였다. 사용된 모든 자료는 고고지자기 연대측정에 사용되는 신뢰 기준인 시료 수(N) ≥ 6개, 신뢰구간(α95) ≤ 8.0°, 정확도상수(k) ≥ 40의 기준으로 선별되었다.

새로운 고고지자기 방향은 광주 송정, 밀양, 양산, 울주, 창원, 춘천 우두동, 춘천 중도 등 7개 지역에 분포하는 주거유적지(26개 지점), 가마(5개 지점), 노지(2개 지점)의 총 33개 지점에서 694개의 정향시료를 직접 채취하였으며, 그 중 411개의 정향시료로부터 안정한 특성잔류자화의 성분을 추출하여 각 지점의 평균 고고지자기 방향을 계산하였다(Fig. 1; Table 1). 또한, Park and Park(2014)에서 제시된 10개 지역의 553개의 시료로부터 16개의 지점 평균 고고지자기 방향을 수집하였다(Table 2). 따라서 고영년변화 분석을 위하여 사용된 지점 평균 고고지자기 방향은 총 49개이며, α95 ≤ 7.8°, k ≥ 57.8을 보인다.

수집한 고고지자기 방향 자료로부터 한반도 고영년변화를 계산하여 모델 설정을 목적으로 이동창문기법(sliding window technique)을 사용하였다(Sternberg, 1982; Batt, 1997; Lengyel and Eighmy, 2002; Schnepp and Lanos, 2005; Zananiri et al., 2007). 최적의 모델을 위해 자료 분포의 밀도에 따라 창의 범위를 50년, 75년, 100년, 125년으로 바꾸어 설정하고 창 이동 간격을 25년, 50년으로 설정하여 모든 경우를 적용하였다. 그 결과 중 자료의 이동 경향을 가장 잘 표현하는 것으로 보이는 창 범위와 이동 간격으로 선택하여 AD 1~600년간 한반도 고영년변화 곡선(Korean paleosecular variation, KPSV)을 제시하였다. 이후 GEOMAGIA50 database(https://geomagia.gfz-potsdam.de/, Korhonen et al., 2008; Brown et al., 2015a, 2015b)를 이용하여 전 지구적 지자기 예측 모델(global magnetic field prediction models)중에서 대표적으로 여러 연구에 사용되는 모델인 ARCHxK.x(Korte et al., 2009a, 2009b; Constable et al., 2016), SEDxK.x 모델(Korte et al., 2009a), CALSxK.x 모델(Korte and Constable, 2003, 2005, 2011; Korte et al., 2009a, 2009b)의 시리즈 중 ARCH3K.1와 SED3K.1, CALS3K.4 모델에 한반도 PSV 곡선을 함께 대비하고, 기존에 사용하던 t-KPSV 곡선과 새롭게 제시된 모델을 비교하였다.

Fig. 1.

Location of reference regions. Changwon (CAW); Cheonan (CA); Cheongju (CJ); Cheongwon (CHW); Chuncheon_Jungdo (CC(1)); Chuncheon_Ududong (CC(2)); Daejeon (DJ); Hwaseong (HS); Jinhea (JH); Miryang (MY); Osan (OS); Seoul (SE); Ulju (UJ); Yangsan (YS); Yongin (YI); Gwangju_Songjeong (GJ).

결과 및 토의

기원후 600년간 한반도 고영년변화 곡선

수집한 방향 자료를 종합하여 편각(declination)과 복각(inclination)으로 나누어 방향 분포를 나타낸 결과, 모든 자료는 편각 336.7~20.1°, 복각 43.5~61.9°의 범위에 분포한다(Fig. 2). 고고지자기 방향이 분포하는 구간에 해당하는 PSV 곡선을 제시하기 위해 이동창문기법을 사용하였다. 최적의 기법 적용을 위해 여러 개의 창 범위를 설정하고 2개의 이동 간격으로 적용한 결과, 다음의 3가지 사항을 고려하여 선정하였다. (1) 평균 방향에 사용되는 자료의 수 부족(4개 미만), (2) 평균 방향 계산에 사용된 자료가 이동 이전 및 이후의 창에 사용되는 자료와 100% 일치하는 경우, (3) 계산된 방향의 신뢰구간이 지나치게 큰 경우(α95 ≥ 9°)에 해당하지 않는 100년의 창 범위와 25년의 이동간격을 적용하여 기원후 600년간 한반도 영년변화 곡선(Korean Peninsula paleosecular variation, KPSV0.6k)을 제시하였다(Fig. 3). 600년 동안의 한반도 PSV 곡선의 편각은 350~18°의 범위에서 변화하며 동쪽에서 서쪽으로 이동하는 경향을 보인다. 복각은 편각보다 좁은 50.3~57.2°의 범위에서 변화하며, 초기 약 200년간 1° 미만의 작은 변화를 보이며 서서히 감소 후 AD 400년 이후 증가하여 AD 600년에 가장 큰 값을 보이는 특징이 있다. 자료가 상대적으로 부족한 AD 400년을 기준으로, 이후 구간의 신뢰구간은 이전 구간보다 상대적으로 더 크게 나타나는 특징을 보이며, 그중 AD 475년에서 자료 수의 부족과 창 범위 내의 방향이 넓은 범위에 분포하는 것이 원인으로 신뢰구간이 가장 크게 나타났다. 또한, AD 500년 이후의 방향들도 분포도가 크게 나타나 상대적으로 큰 신뢰구간을 가진다.

Fig. 2.

Distribution of directional data on the Korean Peninsula (AD 1~600). Horizontal error bars of magnetic directions represent 95% confidence level; Vertical error bars are the uncertainty in age estimation. Black: this study; Red: reference data from Park and Park (2014).

Fig. 3.

The Korean Peninsula paleosecular variation (KPSV0.6k) curve. Smoothing curves were obtained using the Moving Window Method with a window of 100 years in width and an increment of 25 years. Comparisons are shown between KPSV0.6k and global geomagnetic field prediction models and the tentative-Korean paleosecular variation (t-KPSV). Vertical error bars of archeomagnetic direction represent 95% confidence levels.

전 지구적 지자기 예측 모델들과의 대비

새롭게 제시된 600년간 한반도 PSV 곡선은 기존에 국내에서 고고지자기 연대측정에 사용하던 t-KPSV 곡선과 차이를 보인다(Fig. 3). AD 1~100년의 구간은 두 방향 모두에서 큰 차이를 보이며, 특히 편각에서 AD 25년에 35.2°의 차이를 보인다. 두 곡선의 편각에서의 초기 300년간 변화 경향은 KPSV0.6k 곡선이 동쪽에서 서쪽으로 이동하는 것과 다르게, t-KPSV 곡선은 서쪽에서 동쪽으로 변화하는 경향을 보이며 서로 반대되는 것으로 나타났다. AD 300년을 기점으로 이후 두 곡선의 편각 변화 경향은 일치하며, 전체적인 방향 변화의 폭은 t-KPSV 곡선에서 더 크게 나타났다. 복각은 AD 25년에서 가장 큰 10.7°의 차이를 보이며 초기 200년간 구간에서 서서히 감소하는 추세의 KPSV0.6k와 큰 폭으로 증가하는 t-KPSV가 서로 반대되지만, 이를 제외한 연대 구간에서 복각의 변화 경향이 일치한다. 두 곡선의 방향이 서로 인접한 특정 구간(AD 400년경)을 제외한 전 구간에서 전체적으로 서로 방향의 차이를 보이며, t-KPSV 곡선에서 고려하지 못한 한반도 지역의 비쌍극자기장의 영향과 KPSV0.6k에 사용된 시료 수로 인한 차이로 판단된다.

KPSV0.6k 곡선을 전 지구적 지자기 예측 모델들과 비교하여 해당 연대 구간의 한반도 영년변화를 가장 잘 반영하는 모델을 확인하여 곡선의 신뢰성을 파악하기 위해, 비교적 최근 발표되어 많이 사용하고 있는 모델 중 ARCH3K.1, SED3K.1, CALS3K.4 모델과 비교하였다(Fig. 3). 퇴적물 자료로 구성된 SED3K.1 모델의 방향과 시간에 따른 변화에서 SED3K.1 모델의 편각은 일부 구간을 제외하면 전체적으로 작은 값(반시계 방향으로 편향)을 보이며, AD 25년에 매우 큰 차이를 보이나 AD 500년경부터 매우 유사한 값을 보인다. 다른 모델들과 비교하여 SED3K.1 모델의 편각은 CALS3K.4 모델과 유사하나 ARCH3K.1 모델 및 KPSV0.6k 곡선과는 큰 차이를 보인다. SED3K.1 모델의 복각은 다른 모델들의 변화 경향과 다르며 변화 폭이 작게 나타난다. 또한, 대부분의 구간에서 KPSV0.6K보다 높은 복각을 보인다. AD 1~250년의 구간과 AD 500~600년의 방향과 변화 경향이 잘 일치하는 모습을 보이지만, AD 250년부터 AD 475년의 구간에서는 방향과 변화 경향이 다르다. 퇴적물 자료는 퇴적잔류자화(detrial remanent magnetization)의 자화 메커니즘과 후퇴적잔류자화의 영향으로 오차가 있으며 연속적인 기록을 확보할 수 있는 특징이 있지만, 자화 강도가 약하며 낮은 정확도로 평가된다(Korte et al., 2009a, 2009b). 따라서 한반도 PSV와 SED3K.1의 방향이 차이를 보이는 것으로 판단된다. 고고지자기(archeomagnetic) 자료와 화산암(volcanic) 자료로 구성된 ARCH3K.1 모델의 편각은 AD 1~100년의 구간에서 KPSV0.6k 보다 서쪽(반시계 방향)으로 편향되며 AD 25년에서 8°로 가장 큰 차이를 보이지만, 전체적으로 변화의 경향이 일치한다. ARCH3K.1 모델의 복각은 SED3K.1 모델을 제외한 다른 모델과 변화 경향이 비슷하며 변화의 폭이 상대적으로 더 크게 나타나는 특징을 가진다. AD 1~125년의 구간에서 복각의 차이가 가장 크게 나며, 해당 구간을 제외한 모든 구간에서 KPSV0.6k 곡선과 같은 양상을 보이며 변화한다. CALS3K.4 모델은 SED3K.1 모델과 ARCH3K.1 모델에 사용된 모든 종류의 자료가 사용되어 다른 모델에 비해 변화율이 낮다. 편각은 한반도 PSV 곡선에 비해 서쪽으로 편향되어 있으며 그 값은 SED3K.1 모델과 가깝다. AD 450년부터 150년간 방향이 서로 인접하며 동쪽으로 이동하는 경향이 일치한다. 복각은 한반도 영년변화에 비해 낮고 더 작은 변화폭을 보이며 전체적인 변화 경향이 일치한다. 3가지의 전 지구적 지자기 예측 모델과 대비해본 결과, SED3K.1 모델을 제외한 ARCH3K.1 모델과 CAL3K.1 모델은 한반도 영년변화의 경향을 잘 반영하고 있으며, AD 450년부터 150년의 구간에서는 모든 모델에서 인접한 방향으로 나타나 한반도의 영년변화를 잘 나타낸다. 편각에서는 ARCH3K.1 모델이 방향과 경향 모두 KPSV0.6k와 유사하며 복각에서는 특정 구간을 제외한 모든 구간에서 한반도 영년변화를 잘 반영하는 것으로 나타나 선행연구의 결과(Park and Park, 2014)와 일치한다. 복각에서의 AD 100년 이전 방향은 SED3K.1 모델을 제외한 모든 모델에서 반영하지 못했으며, 한반도 영년변화 고유의 특징으로 파악된다.

KPSV0.6k 모델과 t-KPSV 곡선, ARCH3K.1 모델을 함께 편각과 복각의 변화로 나타내었다(Fig. 4). 그림에서 KPSV0.6k 모델에서 동편각 17.2°, 복각 56.5°에서 시작하여 반시계 방향으로 서쪽으로 이동하며 복각이 증가한다. 이 과정에서 컵(cup) 모양으로 발생한 급격한 변화는 고고지자기 급변(archeomagnetic jerk, AMJ)의 가능성이 있다. 고고지자기 급변은 지질학적으로 매우 짧은 시간(100년 이하) 동안 영년변화 방향의 급격한 변화를 지칭하며 프랑스를 포함한 서유럽에서 처음 제시되었으며(Gallet et al., 2003), 이후 여러 연구에서 보고된 바 있다(Gómez-Paccard et al., 2006; Pavón-Carrasco et al., 2009). 서유럽에서의 고고지자기 급변은 BC 800년과 AD 200, 750, 1400년경에 발생한 것으로 분석되었으며(Gallet et al., 2003, 2005), 동아시아에서는 BC 745년과 AD 300, 1400~1700년경(Yu et al., 2010)으로 분석되었다. 한반도 지역에서의 연구에서는 BC 940, 280년과 AD 650, 850, 1600년경 급격한 변화가 있었으며 해당 구간이 고고지자기 급변일 가능성이 있는 것으로 분석되었다(Park and Park, 2014). 이번 연구에서 고고지자기 급변의 가능성이 있는 구간은 AD 350년으로 서유럽의 AD 200년과는 150년 정도 늦은 시기이며, 동아시아의 AD 300년과는 50년 정도 늦은 시기이다. 서유럽의 발생 시기보다 동아시아의 발생 시기와 가깝게 분석되어 지역마다 발생 시기가 다르게 나타날 가능성이 있다.

Fig. 4.

Bauer plot of KPSV0.6k, t-KPSV and ARCH3K.1. A site mean archeomagnetic direction with 95% confidence limit is also plotted to estimate the age of the site HD.

최근까지 국내 고고지자기 연대측정에서는 t-KPSV 곡선의 편각과 복각의 변화 곡선(Bauer plot) 위에 해당 고고학적 유적의 고지자기 방향과 신뢰구간을 투영하여 곡선과 신뢰구간이 서로 겹치는 구간으로 연대를 추정하였다(Fig. 4). 이러한 방법은 분석자의 주관적 관점이 포함되고 정량적인 분석이 불가능하며, 특히 한반도에서의 비쌍극자기장 영향이 반영되지 않은 영년변화곡선을 이용하였기 때문에 신뢰성에 한계가 있다. 이번 연구에서 제시한 KPSV0.6k 곡선과 차이가 있는 구간이 존재하며, 해당 구간에 대한 연대측정 시 차이가 발생할 가능성이 있다. 이를 확인하고자, 실제 본 연구실에서 실시한 고고지자기 연구 중 하나로 고고학적 추정 연대가 삼국시대(BC 1C~AD 7C)인 유적에 적용해 보았다. 출토된 많은 유물을 근거로 추정 연대가 결정되었으며 이 지점에서 열잔류자화를 획득할 가능성이 있는 부분에서 정향시료를 채취하고 고고지자기 연대측정을 실시하였다. 17개의 정향시료에 대해 표준고지자기 실험을 진행하여 12개의 시료로부터 해당 지점의 평균 고고지자기 방향을 획득하였다: D/I = 356.7°/55.8°, k = 132.7, α95 = 3.8° (Fig. 5). t-KPSV 곡선을 이용한 기존의 연대측정 방법(Fig. 4)과 확률밀도를 계산하여 정량적인 고고지자기 연대를 제시하는 Matlab tool for archeomagnetic dating(Pavón-Carrasco et al., 2011)을 이용하여 고고지자기 연대측정을 실시하였다(Figs. 6, 7; Table 3). KPSV0.6k 곡선을 이용한 연대는 95%의 유의수준에서 AD 398~650년, 고고지자기 연대측정 결과로 사용되는 65%의 유의수준에서는 AD 430~474년과 AD 509~608년으로 제시되었다(Fig. 6). ARCH3K.1 모델은 95%의 유의수준에서 AD 346~582년과 65% 유의수준에서 AD 375~465년, AD 528~542년으로 제시되었다(Fig. 7). 두 모델에서의 제시하는 연대가 서로 중첩되고 차이가 작으며, 출토된 유물에 근거한 고고학적 편년과도 잘 일치한다. 한편 t-KPSV 곡선은 신뢰구간이 없기 때문에 Matlab을 이용한 통계학적 분석 방법을 적용할 수 없다. 따라서 기존에 사용하던 방법으로 곡선 위에 자료를 투영하여 연대를 추정하고자 하였으나, Fig. 4와 같이 자료의 방향과 신뢰구간이 t-KPSV 곡선과 만나지 않기 때문에 연대를 측정할 수 없었다.

Fig. 5.

Example of result of measurement results of archeomagnetic direction. The mean direction and associated 95% confidence level are shown in red.

Fig. 6.

Results obtained using the Matlab tool for archeomagnetic dating (KPSV0.6k).

Fig. 7.

Results obtained using the Matlab tool for archeomagnetic dating (ARCH3K.1).

KPSV0.6k 모델의 의의

ARCH3K.1 모델은 전 세계에서 획득된 자료를 바탕으로 제작되었으나 사용된 자료의 대부분이 서유럽 지역에 편중되어 있으며 동아시아의 자료는 상대적으로 적다. 따라서 ARCH3K.1 모델을 동아시아에서 적용할 경우 그 정확도와 신뢰도가 제한적일 것으로 예상된다. ARCH3K.1 모델 제작에 사용된 동아시아 자료에는 JPSV 자료가 포함되며, 이를 바탕으로 제작된 t-KPSV 곡선의 변화 경향이 부분적으로 ARCH3K.1 모델에 반영되어 있다. 그러나 지난 3000년간의 자료인 ARCH3K.1 모델에서 BC 100년부터 약 100년 동안 편각이 양의 값(동편각)을 보이는 반면, t-KPSV 곡선은 약 -18°의 편각에서 시작하여 300년 동안 동쪽으로 이동하는 것으로 나타난다(Fig. 4). 이러한 차이의 원인은 기원후 300년 동안 JPSV 곡선이 한반도의 고영년변화를 제대로 반영하지 못하기 때문으로 해석된다. 한편, KPSV0.6k 곡선은 한반도 내에서 직접 채취한 자료로 제작되어 과거 한반도 지역에서의 지자기 고영년변화를 잘 반영할 수 있을 것으로 판단되며, ARCH3K.1 모델과 높은 양의 상관관계를 보인다. AD 100년 이전의 복각이 다른 모델들과 5° 정도의 차이를 보이는 것은 한반도 고영년변화의 고유한 특징으로 보이며, 이 시기에 대한 추가적인 자료 축적을 통하여 확인할 필요가 있다. 이 연구를 토대로 더 넓은 범위의 한반도 PSV 연구를 진행하며 더 나아가 동아시아 전체로 범위를 확장할 수 있을 것으로 기대되며, 자료가 부족한 동아시아와 한반도 지역의 자료를 GEOMAGIA database 등으로 공유하여 세계의 다양한 연구자들이 함께 이용할 수 있으며, 한반도를 포함한 동아시아의 고영년변화를 더욱 정확하게 반영하는 전 지구적 지자기 예측 모델이 개발될 수 있을 것이다. 또한 지역적인 차이를 보이는 비쌍극자기장의 특성 규명을 통하여 외핵-맨틀 경계에서의 지구동력학적 해석에 기초 자료를 제공할 것으로 기대한다.

결 론

이번 연구에서는 비교적 자료가 많이 축적된 AD 1~600년의 구간에 대해 한반도 고영년변화 곡선을 제시하였다. 시대가 알려진 고고학적 유적지로부터 획득한 고고지자기 방향과 신뢰성 검증을 통과한 기존 자료를 종합하여 총 49개의 고고지자기 방향 자료를 수집하였다. 이동창문기법을 사용하여 시간에 따른 평균 방향을 계산한 후, 600년간 한반도의 고영년변화 모델 KPSV0.6k를 제시하였다. KPSV0.6k 모델에서 편각은 350~18°의 범위에서 변화하며 AD 25년에 18°로 가장 동쪽에 위치하며 서기 500년경 350°로 가장 서쪽으로 치우쳐진 값을 보이고, 전반적으로 전 구간에 걸쳐 동쪽에서 서쪽으로 변화하였다. 복각은 50.3~57.2°의 범위에서 변화하며 AD 1년부터 AD 400년까지 최대로 감소하며, 이후 AD 600년까지 증가하여 최댓값을 보였다. 새롭게 제시된 한반도 PSV 곡선과 2000년대 초부터 사용하던 t-KPSV 곡선의 비교 결과, 대체로 변화 경향이 유사하나 초기 300년 동안의 방향은 큰 차이를 보였다. KPSV0.6k 모델은 전 지구전 지자기 예측 모델들과 유사한 변화 경향을 보이며, 특히 ARCH3K.1 모델과 가장 유사한 것으로 나타났다. KPSV0.6k 모델에서 AD 350년경에 영년변화 방향의 급격한 변화가 관찰되며, 이는 고고지자기 급변(AMJ)의 가능성을 시사한다. 한반도에서의 AMJ 발생 시기가 서유럽과 다르므로 AMJ는 전 지구적인 현상이나 지역마다 다른 시기에 발생했을 가능성을 지시한다. 향후 추가 연구를 통하여 한반도의 고영년변화 모델의 시기를 확장하고 해상도를 향상한다면, 다양한 고고학적 유적에 대한 정확한 연대측정이 가능할 것으로 기대된다.