운석충돌과 대량멸종 및 주기

대 운석충돌은 지역 생태계를 파괴할 뿐만 아니라, 이로 인해 지역적·전 지구적으로 파괴적인 영향들이 나타난다. 많은 과학자들이 지구역사에서 주기적으로 일어난 종의 대량멸종과 운석충돌 사이에는 직접적인 연관성이 잇다고 믿고 있지만, 또다른 과학자들은 이러한 학설에 동의하지 않는다. 운석충돌에 의해 멸종이 일어났다는 충돌학설을 둘러싼 논쟁은 최근 과학사에서 매우 활발한 다양한 전공간의 연구로 대두되었다.

 

지역적 지구 전체적인 영향

 

우선 대 운석충돌이 원칙적으로 생명을 파괴할 수 있는지 생각해 보자. 20km/초로 운동하는 직경 10km인 물체의 충돌은 약 100메가톤급의 운동에너지를 방출할 것으로 추정된다. 그 같은 충돌에 의한 광범위하고 파괴적인 영향으로 지구전체에 암흑세계, 대기 온도상승에 의한 혹독한 추위, 산성비, 해일, 그리고 지구도처에서의 화재 등을 초래하게 된다(그림10.19)

 

그림 10.19 대 충돌에 의한 지구천체 및 지역적 영향.

 

암흑세계 충돌에 의해 발생된 세립질의 먼지 입자들은 대기권 상층부로 방출될 것이며 수주일 내에 지구 전체를 둘러쌀 것이다. 충돌 모의실험과 화산폭발에 의한 대기권으로 분출된 분진에 관한 지식을 기초로 하여, 전 세계가 대 충돌사건 이후 여러 달 동안 암흑세계로 빠져들 수 있다고 설명된다. 그 결과, 광합성 작용의 정지, 먹이사슬의 파괴 그리고 농작물의 흉작을 가져올 것이다. 분진은 전 지구에 떨어져 얇게 퇴적될 것이다. 이러한 퇴적물 층은 충돌에 의한 전 세계적인 영향에 증거가 될 수 있다.

 

추위 전 세계적인 암흑시기에는 먼지가 태양복사열을 차단하기 때문에 혹독한 추위를 수반할 것이다. 만약 해양에서 충돌이 일어나면 수증기는 대기권으로 퍼져 오랫 동안 대기권에 남아 있을 것이다. 수증기는 온실효과로 알려진 지구 대기의 온난화의 주 원인이다, 대기에 다량의 수증기가 더해지면, 이러한 효과를 더욱 심각하게 만들 수 있으며, 추위는 이러한 지구온난화에 뒤이어 발생할 것이다.

 

기타영향들 대 폭발에 의한 에너지와 열은 대기의 질소와 산소가 결합하도록 하여, 비와 지표수의 산성화를 초래할 수 있는 질산과 같은 화합물을 만들어낸다, 해양에서의 대 충돌은 거대한 해일을 일으킨다, 유성의 복사열은 지구도처에 화재를 일으킬 수도 있다.

이상과 같은 대 운석충돌은 전세계적으로 영향을 미치게 되며, 생명을 파괴할 수도 있는 것처럼 보인다, 다음으로 지질사에서 대충돌과 대량멸종간의 연관성에 어떠한 증거가 있는지 살펴보도록 하자.

 

대량멸종의 지구과학적 기록

 

많은 사람들은 공룡이 흔히 K-T경계로 알려진 백악기와 제 3기 사이, 즉 6500만년 전에 멸종됐다고 알고 있으나, 다른 동물과 식물종류들 또한 영향을 받았다는 것을 모르고 있다. 육지와 해양을 포함하여 그 당시 살았던 모든 동물집단의 약 1/4이 백악기 말에 멸종 되었다. 이러한 종들의 대량멸종은 화석기록에 확실하게 나타나는데, 이는 초기 고생물학자들이 지질학적으로 시간을 구분하기위해 이러한 특별한 층서를 선택했기 때문이다.

백악기-제3기의 멸종은 지구 역사상 유일한 것도 아니고 가장 파괴적인 것도 아니었다. 즉 과거 2억5천만년 동안 주목할만한 대량멸종사건들이 적어도 5번, 많게는 12번까지 있었다.(그림10.20)

그림 10.20 지질사에 있어서의 대량멸종

이것들 중 가장 파괴적인 사건이 폐름기 말인 약 2억 4천 5백만년 전에 일어났으며, 그 당시에 살았던 종들 중 96% 정도가 멸종했다. 또다른 대량멸종은 트라이아이스기 말에 일어났는데, 그것은 캐나다 퀘벡의 매니쿠간 운석구덩이의 형성과 거의 동시에 일어났다.

 

이리듐이상

파괴적인 대충돌에 의해 대량멸종이 일어났을 것이라는 가능성이 1970년대 초에 제안되었으나, 1978년 캘리포니아 버클리대학 과학자들이 밝혀낸 단서에 의해 대량멸종과 운석충돌간의 연관성이 극적으로 구체화되었다. 그들은 K-T경계를 결정하는 점토성분이 풍부한 퇴적물 내의 희귀원소인 이리듐이 보통 이상으로 많이 함유되어 있음을 발견했다(그림10.21).

이러한 이리듐이상(iridium anomaly)이 전세계에 걸쳐 K-T경계선의 퇴적물 내에서 발견된다. 이것의 중요성은 무엇인가? 지금까지 두 개의 가능성이 제시되었다. 즉, 이리듐이 유난히 격렬했던 화산활동기가에 지구 표면에 분출되어 나왔다는 것과 외계물질의 유입에 의해 생겨났다는 것이다. 앞으로 언급했던 것처럼 대 충돌에 의해 대기로 분출되었던 분진이 지표로 떨어져 쌓였다면 K-T경계를 결정하는 이리듐이 지구전체에 세집질의 퇴적층을 형성하였을 것이다. 이리듐이 지각보다 운석 내에 더 많이 존재한다는 사실은 이리듐 이상이 대 충돌의 결과라는 이론을 뒷받침해준다.

그림 10.21 : 화학원소인 이리듐이 풍부한 얇고 어두운 색깔의 암석층을 관찰하기 위해 석회암층의 면을 오르고 있는 지구과학자들. 이곳 뉴멕시코주의 이리듐이 풍부한 층은 전세계에 걸쳐 많은 곳에서 확인되고 있으며, 약 6천 5백만년 전 대규모 운석충동에 의해 생성되어 전세계를 둘러싼 먼지구름에 의해 형성된 것으로 여겨지고 있다.

그림 10.22 : 2천 6백만년마다의 화석멸종 주기는 지구의 생물권아 규칙적으로 반복되는 사건에 의해 파괴되고 있음을 보여주고 있다. 이 그림은 해양유기물 중 11,000속의 멸종을 분석한 시카고 대학의 데이빗 롭과 죤 세프코스키의 연구에 기초한 것이다. 수직선은 과거 1억 5천만년 동안 멸종정점이 잘 일치된다고 여겨지는 2천 6백만년 간격을 표시하고 있다. 초기에는 상관관계가 정밀하게 일치하지는 않는다.

그을음, 충격 그리고 소구체들

이제까지 설명된 증거들만을 기초로하여 볼때, 이리듐이 화산활동을 통해 지구의 내부로부터 방출되었을 가능성을 배제할 수 없으며, 이리듐 이상이 발생한 사건과 K-T경계에서의 종의 대량멸종을 관련시킬 수도 없다.

그러나 K-T멸종과 외계기원을 연관시킬 수 있는 또 다른 증거들이 있다. 예를 들면, 그을음이 K-T 경계 점토층에서 발견되는데, 이것을 유성에 의한 지구도체에서의 홰재의 증거로 해석된다, 충격 변성작용을 겪은 석영입자 또한 발견되었다. 층격 변성작용은 대폭발의 특징인 엄청난 고압에 의해서만 일어날 수 있는 미세 광물파쇄의 한 종류이다. 강력한 압력에서만 형성되는 광물인 스티쇼바이트(stishvite) 또한 발견되었다. 또한 충돌에 의해 형성된 용융 물방울의 잔류물이라 생각되는 작은 유리질 소구체들이 몇몇 K-T경계층에서 발견되었다.

 

멸종의 주기

시카고 대학의 과학자들이 멸종이 일정한 주기로 일어난다고 제안함으로써 운석충돌과 대량멸종간의 연관성에 관한 이론은 좀더 복잡해졌다(그림10.22)

즉, 컴퓨터 모의실험을 통하여 멸종이 약 2천 6백만 년의 일정한 시간간격으로 일어난다는 것을 증명해보였다. 이러한 주기성에 대한 명확한 지구에서의 원인이 없이 때문에, 연구원들은 그것이 태양계 내부를 지나는 주기적인 혜성 무리들의 영향에 의해 발생할 수도 있다고 제안했다. 혜성이 지구에 떨어질 가능성이, 이러한 충돌이 일어날 시기에 극적으로 증가되었을 것이다. 만약 이러한 실험결과가 타당한 것으로 드러나면 대량멸종을 일으키는 규칙적이고 주기적인 혜성충돌 이론은 지구 생명체의 진화에 관한 이론에 대변혁을 가져올 것이다.

 

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