운석에 의한 충돌로 백악기-제3기 멸종의 원인(5대멸종 내역, K-T경계층, 이리듐 이상, )

결정적 증거

대량 멸종의 원인으로서 충돌이론을 찬성하는 사람들 문제는 결정적인 증거가 부족하다는 것이었다. 즉, K-T 멸종 시기인 6,500만년 전에 생겼다고 볼 수 있는 커다란 충돌구덩이가 없다는 것이다. 최근 이러한 문제는 약 6,500만년 전에 형성된 것으로 보이는 멕시코 유카탄 반도북부에서 발견된 직경이 180km가 되는 착술룹 운석구덩이의 발견으로 해결되었다

유카탄 반도 근처에서 최근 발견된 칙술룹 운석구덩이. 이 운석구덩이는 운석에 의한 충돌로 백악기-제3기 멸종의 원인이 되었다는 충돌론자들이 찾는 결정적인 증거일지 모른다. 충돌의 영향은 파선원형으로 표시된 곳까지 암석에 남아 있다.

 

 

지구 대멸종 순서

지질시대 연대기 순서

약 46억 년 전 지구가 탄생하고 단단한 지표면이 만들어진 이후부터 지질시대가 시작되었습니다. 학자들은 최초의 지질시대가 시작된 것은 약 5억 4,200만 년 전인 <고생대 캄브리아기>부터인 것으로 추정하고 있는데요. 과거부터 현재 우리가 살아가고 있는 신생대 제4기 홀로세 시기까지의 지질시대 연대표는 아래와 같이 구분됩니다.

대	기	세	시기
신생대	제4기	홀로세	1만 1,700년 전 ~현재
		플라이스토세	180만년 전
	제3기	플라이오세	530만년 전
		마이오세	2,300만년 전
		올리고세	3,390만년 전
		에오세	5,580만년 전
		팔레오세	6,550만년 전
중생대	백악기		1억 4,500만년 전
	쥐라기		1억 9,960만년 전
	트라이아스기		2억 5,100만년 전
고생대	페름기		2억 9,900만년 전
	석탄기		3억 5,900만년 전
	데본기		4억 1,600만년 전
	실루리아기		4억 4,400만년 전
	오르도비스기		4억 8,800만년 전
	캄브리아기		5억 4,200만년 전

 

대멸종 연대기 순서

앞서 살펴본 지질시대 연대기 순서에 맞춰 학계에서 공식적으로 인정하고 있는 역대 지구 대멸종 사건에 대해 간략히 알아보겠습니다. 

제1차 오르도비스기 대멸종

고생대 오르도비스기 말에 해당하는 약 4억 4,500만 년 전 제1차 대멸종을 맞이합니다. 온화했던 지구의 기후가 갑자기 급랭하여 빙하시대가 도래했고, 이로 인해 생물종의 약 86%가 사멸하게 됩니다. 이후 생명이 이전 수준으로 회복되기까지 약 500만 년이 걸렸다고 오하이오 주립대의 매튜 살츠만 지질학 교수는 이야기했습니다.

제2차 데본기 대멸종

'어류의 시대'로 불릴 만큼 바다 해양생명체가 넘치던 데본기 후기(약 3억 7,000만 년 전)에 제2차 대멸종이 찾아옵니다. 오르도비스기 대멸종과 마찬가지로 또다시 지구에 빙하기가 도래하면서 생물종의 약 75%가 멸종을 맞이했습니다.

제3차 페름기 대멸종

지구역사상 최악의 대멸종 사태로 여겨지는 페름기 말(약 2억 5,200만 년 전)에 제3차 대멸종이 있었습니다. 앞서 있었던 두 번의 빙하기로 인한 대멸종과는 반대로 페름기 대멸종은 전 지구적인 대규모 화산폭발로 이산화탄소와 기온이 급격히 상승하면서 생물종의 약 96%가 사라졌습니다. 펜실베이니아 주립대 지구과학 리 컴프 교수는 당시 대기 중의 이산화탄소 상승 속도는 오늘날 우리가 발생시키고 있는 속도보다 열 배는 더 빨랐다고 밝혔습니다.

제4차 트라이아스기 대멸종

약 2억 100만 년 전 트라이아스 말기에 페름기 대멸종과 유사하게 대규모 화산 폭발이 일어나면서 제4차 대멸종이 발생했습니다. 이때 전 지구적인 화산폭발로 인하여 초대륙이라 불리던 판게아가 분리되어 각각 흩어지게 되었고 약 80%에 해당하는 생명종이 멸종을 맞이했습니다.

제5차 백악기 대멸종

'공룡의 시대'였던 <쥐라기>, <백악기> 시대를 지나 백악기 말인 약 6,600만 년 전 지름 10킬로미터 이상 크기의 소행성이 지금의 멕시코 유카탄 반도에 충돌하면서 제5차 대멸종을 일으켰습니다. 운석 충돌로 인한 파편과 먼지들이 지구 대기를 뒤덮었고 기온이 급격히 낮아짐에 따라 많은 식물들이 죽었습니다. 이후 먹잇감이 부족해진 초식 공룡들이 모두 굶어 죽고 나니 연쇄적으로 육식공룡들 또한 죽음을 맞이하면서 생물종의 76%가 사멸하는 결과를 낳았습니다.

제6차 대멸종이란?

일부 학자들은 산업혁명 이후로 인류가 지구의 환경을 심각하게 오염시키면서 가까운 미래에 우리 인간에 의한 생태계 파괴로 제6차 대멸종을 맞이하게 될 것이라는 주장을 하고 있습니다. 따라서 지난 2000년, 오존층 연구로 노벨화학상을 받은 네덜란드 출신의 폴 크루첸 교수는 인류가 지구 생태계에 엄청난 악영향을 끼치기 시작한 1950년 이후를 <인류세>라는 새로운 지질시대로 구분해야 한다는 제안을 하기도 했습니다.

⭐ 이리듐(Ir)이란?

주기율표 제9족에 속하는 백금족 원소입니다. 염류 수용액이 여러가지 색을 나타내기에 그리스어 이리스(무지개의 신)를 따서 이리듐이라 명명되게 되었습니다. 원소 기호는 Ir, 원자 번호는 77번, 원자량은 192.22, 녹는점은 2447 °C, 끓는점은 4527°C 입니다. 천연으로는 백금광석 속에 유리 상태 또는 합금으로서 존재하고, 황화 광물 속에 미량이 함유되어 있는 경우도 있습니다. 은백색 금속으로, 연성이 작고 잘 부서지고 가공성이 적으며, 특히 불순물이 있으면 가공 할 수 없게 됩니다.

💡 K-T경계층이란?

중생대에서 신생대로 넘어가는 약 6550만 년 전인 백악기 말에 있었던 생물의 대량 멸종은 지질시대를 통틀어 고생대 페름기 말의 멸종 규모에 이어 두 번째로 큰 규모입니다. 그만큼 많은 생물의 멸종이 일어났는데 이 시기의 멸종은 백악기(Kreidezait)와 신생대 제3기(Tertiary) 사이에 일어났기 때문에 이 경계를 앞글자를 따서 K-T경계층이라고 부르고 있습니다.

​운석 충돌설은 노벨 물리학상 수상자였던 루이스 알바레즈, 그리고 그의 아들 월터 알바레즈가 처음 주장한 가설이었습니다. 지름 10 km 정도의 운석이 지구에 떨어져 발생한 큰 충돌의 열과 화재로 화산활동이 일어났고 그로 인한

연기와 화산재가 지구의 대기를 성층권 높이까지 뒤덮게 됩니다. 이로 인해 태양 복사 에너지를 지구 표면으로 들어오지 못하고 대기로 다시 반사시켰으며 지구의 기온은 급격히 떨어지게 됩니다. 태양 복사 에너지의 유입이 줄어들자 식물의 광합성이 저해되고 이로 인하여 먹이 부족, 기온 하강으로 생물의 대명종이 일어났다는 것입니다.

​ 이 가설에 대한 근거는 K-T경계층에서 주로 나타나고 있는 이리듐(Ir)으로 설명합니다. K-T경계층에서 비정상적으로 높은 이리듐을 함유하고 있는 두께 30~40 cm의 퇴적층이 전세계적으로 고르게 나타나고 있습니다. 이러한 퇴적층의 두께는 퇴적층이 생성되는 시간을 계산해보면 최대 60만 년의 시간이라는 것을 의미하고 있습니다.

​따라서 60만 년의 시간 동안 일어난 기후 변화가 생물 대멸종에 충분히 영향을 미쳤을 것으로 해석되는 것입니다. 실제 K-T경계층에 해당하는 약 6천 5백 5십만 년 전에는 인도의 데칸 지역에서 거대한 화산 분출이 시작되었습니다. 이후에도 간헐적으로 1백만 년 동안 화산활동이 계속되어 지금도 유명한 데칸고원이 형성되었습니다. 그러므로 화산 분출은 이리듐이 풍부한 용암을 지표로 끌어 올렸으며 동시에 이산화탄소를 대기로 뿜어내 궁극적으로 해양을 산성화시켜 해양 생태계를 붕괴시키게 된 것입니다.

​또한 이러한 화산활동에 의해 분출된 화산재에는 셀렌(Se)이 라는 유독성 물질이 포함되어 있습니다. 그런데 이 셀렌은 파충류의 알에 치명적인 물질로 알려져 있습니다. 즉 초식 공룡이 셀렌을 함유한 화산재가 덮인 식물을 먹음으로써 부화에 악영향을 미치게 되었고 이러한 과정을 거쳐 공룡이 멸종되기에 이르게 된 것입니다.

​운석이란 우주에서 떠다니던 천체가 지구로 충돌한 것을 이야기합니다. 지구로 떨어지는 천체는 보통 대기권에서 다 타버리지만, 간혹 철처럼 단단한 물체로 이루어졌을 경우엔 표면까지 떨어지기도 하지요. 그게 운석입니다. 운석은 떨어질 때 엄청난 속도로 떨어지기 때문에 부딪힐 때의 충격도 매우 큽니다(물리공식 힘=질량X속도를 생각하면 이해가 쉬울 겁니다. 빠른 속도로 부딪힐수록 힘도 엄청나지지요.). 따라서 지구에 엄청난 충격이 가해져서 환경의 변화가 일어나면 그것이 대멸종의 원인이 되겠지요.

                                       오스트레일리아 노던주에 위치한 헨버리 운석 보호구역의 운석. 

 최근 연구에 의하면, 당시 지구에 떨어졌던 운석은 소행성이 아닌 혜성이 태양의 조석력이라고 하는 힘의 영향으로 인해서 파괴되어서 그 파편이 지구에 떨어진 것이라고 합니다. 태양에 극히 가깝게 접근하는 선 그레이징 혜성이었다는 것이죠. 이 혜성들은 태양에 끌려들어 가서 증발하기도 하고, 파괴되기도 한다고 하지요. 즉, 공룡 멸종의 원인이 되었다는 운석도 그 혜성이 파괴된 파편이 당시 지구에 충돌하여서 그 원인으로 공룡이 멸종하였다는 것이죠.

다량의 이리듐으로 형성된 층

 그렇다면 왜 운석 충돌이 공룡 멸종의 요인으로 생각되는 것일까요? 그 이유는 1980년으로 거슬러 올라갑니다. 1980년 미국 버클리 대학교의 알바레즈 연구팀이 이탈리아 구비오지역에 분포한 K-T경계층을 조사한 결과와 알바레즈 가설을 발표하였습니다. 알바레즈 가설이란 운석 충돌로 인해 대멸종이 일어났다는 가설이지요. 이 가설의 근거로 알바레즈 연구팀은 이탈리아의 K-T경계층에서 검출된 이리듐을 근거로 하였습니다

 알바레즈 연구팀이 조사한 구비오 지역은 현재 이탈리아 중부에 위치한 지역으로, 이곳에 K-T경계층이 존재합니다. K-T경계층이란 중생대 백악기와 신생대 제3기의 경계 지층을 이야기하는 지층으로, 이 경계층을 위아래로 공룡시대에 형성된 지층, 그리고 공룡시대 이후에 형성된 지층으로 나누어지지요. 구비오 지역에 분포한 K-T경계층에는 점토암과 석회암이 존재합니다. 그런데, 이곳에 분포한 점토암의 성분을 화학분석을 한 결과, 점토암을 이루는 성분이 대기의 성층권에서 떠다니는 먼지와 비슷한 성분으로 이루어져 있었다는 점이 드러났습니다. 가장 두드러지는 특징은 이리듐(iridium)이 다량으로 검출되었다는 점이죠. 이리듐은 현재 반도체, X선 망원경들을 제작할 때 사용되는 원소로 지표면에서는 매우 희귀한 원소이나, 지각 아래 광산에서 간혹 발견되며(첫 발견도 광산에서 발굴되었다고 합니다.), 그 외에 운석에서도 검출되기도 합니다. 즉, K-T경계층에 분포한 다량의 이리듐은 지각 아래에서 화산폭팔로 유출되었거나, 운석에서 검출되었을 가능성이 높지요. 실제로 공룡 멸종의 또 다른 원인으로 주목받는 가설 중 하나가 화산 폭발로, 인도의 데칸고원을 이룬 대규모의 화산 분출이 그 원인이라는 가설이 있습니다. 

 화산 폭팔에 대한 이야기는 언젠가 다루기로 하고, 여기서는 운석 충돌설에 대해서 이야기를 좀 더 해보겠습니다. 구비오의 K-T경계층에서 다량의 이리듐이 검출되자 알바레즈 연구팀은 이를 토대로 알바레즈 가설을 세우게 되었습니다. 그리고 운석 충돌설이 처음 학계에 제시되었습니다.

유카탄 반도에 위치한 분화구

 그러면 운석이 실제로 충돌했다면, 그 흔적은 어디에 있을까요? 1975년 석유탐사를 위해 멕시코만과 유카탄 반도의 해양 지질을 연구하던 로페즈 라모스는 직경 200Km 즈음의(후속 연구에서 150km로 측정되었습니다.) 둥근 분화구와 비슷한 지형을 발견하였습니다. 당시 그는 그것을 화산 폭발의 흔적이라고 생각하였고 유카탄반도의 해양 지질에 대한 보고서에서도 그렇게 이야기를 하였죠. 이곳이 처음으로 충돌에 의한 분화구라는 이야기를 한 것은 1981년에 보고된 논문에서였습니다. 논문을 저술하였던 펜필드 박사와 카마르고 박사가 처음으로 충돌에 의한 것이라고 주장을 하였죠.

 이곳이 칙술로브 분화구라고 명명한 연구는 1991년에 발표되었습니다. 애리조나 대학교의 알란 힐더브랜드 박사와 연구팀은 이 분화구의 암석을 화학분석한 결과, 이곳에서 발견된 암석에 포함된 텍타이트 성분이 K-T경계층에서 발견된 것과 유사하였죠. 텍타이트는 일종의 천연 유리로, 운석이 떨어질 때 생성되는 것으로 알려진 성분입니다. 즉, 운석이 떨어져서 만들어졌다는 증거이지요. K-T경계층의 암석들의 경우 충격으로 인해 변형된 암석이 발견되는데, 유카탄반도의 분화구에서도 그 흔적이 발견되었죠. 따라서 연구팀은 이 분화구가 운석의 충돌로 만들어졌다고 결론을 내리고 이를 칙술로브 분화구(Chicxulub Crater)라고 명명하였습니다. 멕시코 발음으로는 '칙(크)슬루브'라고 발음 한다고 하네요.

 최근 연구에 따르면, 이 분화구에서 다량의 이리듐층이 검출되었다고 합니다. 분화구에서 발견된 이리듐층은 다른 지역에서 발견된 것보다 4배 더 두꺼웠죠. 분화구 근처 신생대 고 제3기(신생대 3기에서 팔레오세, 에오세, 올리고세를 포함하는 시기로 6천5백만 년 전~2천6백만 년 전을 일컫는다.)의 맨 먼저 시기인 팔레오세때 만들어진 석회암의 바로 아래층에서도 이리듐층이 발견되었죠. 그래서 공룡이 멸종한 사건이 운석의 충돌이었음이 더욱더 확실해졌습니다.

                                                                       칙술로브 분화구의 위치. 

운석 충돌의 영향

 운석충돌은 어떤 영향을 미쳤을까요? 운석은 얼마나 컸을까요? 2014년에 멕시코 국립 자치 대학교 (Universidad Nacional Autónoma de México)에서 발표된 연구에 따르면, 칙술로브 분화구를 만든 운석의 질량은 1.0x10^15kg에서 4.6x10^17kg에 직경은 10.6km에서 80.9km, 부딪혔을 때 충격은 1.3x10^24J 에서 5.8x10^25J 정도라는 결과가 나왔죠. 2차 세계대전 당시 미국이 히로시마에 투하하였던 원자폭탄의 210억 배~9천1백억 배의 위력과 맞먹는 위력이었죠. 동시에 인류가 현재까지 만들어낸 가장 강력한 핵폭탄인 러시아의 차르 폭탄의 1억 배에 달하는 위력이었다고 합니다. 이 분화구는 현재 지구에 남아있는 두 번째로 가장 거대한 분화구라고 합니다(참고로 가장 큰 분화구는 남아프리카 공화국에 있는 20억 년 전에 만들어진 브레데포트 분화구(Vredefort crater)로 지름이 300km 정도라고 합니다.).

 이렇게 거대한 운석이 충돌했다면 어떤 일이 일어났을까요? 2014년 쓰나미에 대한 책에서 나온 이야기에 따르면, 운석이 충돌할 때 거대한 쓰나미가 일어났으리라고 합니다. 그 높이가 대략 100m 정도 되는 어마어마한 쓰나미로, 20층 정도 되는 건물의 높이정도 되는 쓰나미였지요. 2011년 동일본 대지진 당시의 쓰나미가 39m 정도 였다는걸 생각해보면 정말 어마어마한 메가쓰나미가 일어났었죠(이것도 얕은 바다에 떨어져 100m 정도 였다고 합니다. 깊은 바다였으면 쓰나미가 최대 4.6km 정도까지 일어났을 수도 있다고 하네요.).

                                                                         혜성 파편이 충돌하는 순간(모형도). 

대멸종

 알바레즈 가설에 따르면, 이 정도로 거대한 충격이 지구에 전해진다면 운석이 부딪히면서 전해지는 충격파로 인해서 지표면에 있던 먼지가 대기권까지 떠올라 거대한 먼지 구름층을 형성하였을 겁니다. 그러면 광합성을 할 수가 없었겠지요. 광합성을 할 수 없으면 가장 먼저 타격을 받는 생물은 광합성을 하는 식물들과 바다의 표면을 떠다니는 남세균류였습니다. 광합성을 하는 생물들은 광합성을 하면서 살기 때문에 광합성을 못 하면 가장 먼저 타격을 받겠지요. 이들은 생태계의 가장 밑에서 가장 높은 비율을 차지하며 생태계의 가장 중요한 축을 담당하고 있습니다. 따라서 이들이 타격을 받으면 이들을 먹고사는 초식동물(해양의 경우엔 식물성 플랑크톤)들이 먹을 것이 없어지게 되지요. 그러면서 초식동물들의 개체 수가 줄어들게 되고, 초식동물이 줄어들면서 그들을 잡아먹는 육식동물 또한 줄어들고, 줄어들면서 멸종을 하게 되지요.

 또한, 이렇게 바다에 거대한 물체가 충돌할 때 지구 표면의 온도는 상승하였다고 합니다. 운석이 바다에 떨어지면서 운석에 딸려온 열과 방사능이 성층권의 에어로졸(대기 중에 부유하는 고체 또는 액체의 미립자)의 증발을 일으킵니다. 성층권에 떠다니는 에어로졸은 태양에서 방출되는 열에너지를 조절하여 지구에 열이 직접적으로 쏟아지는 것을 방지하는데, 성층권의 에어로졸이 다량으로 증발해버리면서 태양의 열이 직접적으로 지구에 쏟아지게 되었던 것이죠. 

 운석이 충돌하고 난 후 지구의 대기에는 거대한 먼지구름이 형성되었습니다. 지구에 방출되던 태양열은 이제 급속도로 감소하였는데, 먼지구름으로 인해서 태양 빛은 10%까지 감소하게 되었습니다. 그 결과, 지구의 온도는 다시 급격히 떨어지게 되었지요. 따라서 햇빛을 충분히 받지 못한 상당수의 식물들이 광합성을 하지 못해 감소하게 되었습니다. 연구에 따르면, 이 상태가 무려 수십 년 동안 지속되었다는군요.

 이렇게 환경이 갑작스럽게 변화하면 가장 먼저 타격을 받는 생물은 생태계의 대부분을 차지하는 생물군입니다. 당연한 것이, 기존 환경에 익숙했기 때문에 널리 퍼졌으니, 환경이 변하면 가장 먼저 타격을 입겠지요. 육지에서는 조류를 제외한 모든 공룡과 많은 조류, 심지어 많은 포유류가 멸종하였습니다(포유류도 이 대멸종에서 상당한 타격을 입기는 하였습니다. 다만 살아남는 데에 성공하였지요.). 하늘에서는 날아다니는 파충류 익룡이 멸종하였으며 바다에서는 모사사우루스류와 기타 여러 해양 파충류들이 멸종하였지요. 이 당시 전체 생물의 65% 정도가 이때의 대멸종 사건으로 멸종하였다고 합니다.

 공룡 대멸종 이라고 하는 K-Pg대멸종. 공룡이라는 매력적인 생물이 조류를 제외하면 모두 멸종하였고 기타 하늘과 바다를 지배하는 파충류들이 멸종한 대사건이었습니다. 하지만 그 덕분에 포유류, 그리고 조류는 새로운 기회를 얻는 것에 성공하였습니다. 어찌 보면 현재 우리가 존재할 수 있게 한 멸종이었다는 점에서 나름 중요한 사건이 아니었을까 하는 생각이 듭니다.

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