地質時代지질시대

◁ 10tonggwa1-0306 ｜ 進化진화와 生物생물多樣性다양성 ▷
【深化심화】12jigu-0202

■ 10統통科과2-01-01: 地質지질時代시대를 통해 地球지구 環境환경이 끊임없이 變化변화해 왔으며 이러한 環境환경 變化변화가 生物생물多樣性다양성에 미치는 影響영향을 推論추론할 수 있다.

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地球지구 歷史역사의 證據증거

地層지층

堆積物퇴적물은 아래에서 위로 쌓입니다. 따라서 뒤집히지 않은 地層지층에서는 아래층이 위층보다 먼저 만들어졌습니다. 이를 累重누중의 法則법칙이라고 합니다.

堆積物퇴적물은 重力중력의 影響영향으로 대체로 水平수평에 가깝게 쌓입니다. 지금 기울거나 휘어진 地層지층이 보인다면, 堆積퇴적된 뒤에 地殼지각 變動변동을 겪었다고 판단할 수 있습니다.

마그마가 기존 地層지층을 뚫고 들어간 境遇경우에는 뚫린 地層지층이 먼저 존재해야 합니다. 따라서 貫入관입한 火成巖화성암은 자신이 뚫고 들어간 地層지층보다 젊습니다.

堆積퇴적이 멈춘 뒤 기존 地層지층이 깎이고, 그 위에 다시 새로운 地層지층이 쌓이면 두 地層지층 사이에 時間시간의 空白공백이 생깁니다. 이런 境界경계를 不整合부정합이라고 합니다. 不整合面부정합면 하나에는 짧게는 수십 萬만 秊년, 길게는 數수千천萬만 秊년에 이르는 時間시간이 빠져 있을 수 있습니다.

地層지층 속 化石화석의 種類종류도 時間시간에 따라 일정한 順序순서로 달라집니다. 이를 動物群동물군 遷移천이의 法則법칙이라고 합니다. 같은 時代시대에 살던 生物생물의 化石화석이 서로 다른 地域지역의 地層지층에서 발견되면, 두 地層지층을 같은 時代시대로 對比대비할 수 있습니다.

貫入관입과 반대로, 어떤 地層지층 속에 다른 巖石암석 조각이 들어 있다면 그 조각이 먼저 존재했어야 합니다. 이를 捕獲巖포획암의 法則법칙이라고 합니다. 위의 法則법칙들을 함께 쓰면 貫入관입, 不整合부정합, 기울어짐이 뒤섞인 복잡한 地層지층에서도 사건의 順序순서를 하나씩 되짚을 수 있습니다.

이런 法則법칙으로 알아내는 것은 相對상대 秊齡연령입니다. 어느 地層지층이 먼저 생겼는지는 알 수 있지만, 그것만으로 “몇 億억 秊년 前전에 만들어졌다”라고 말할 수는 없습니다.

化石화석

化石화석은 地層지층이 만들어진 時期시기와 당시의 環境환경을 알려 줍니다. 다만 두 目的목적에 알맞은 化石화석의 性格성격은 다릅니다.

標準化石표준화석은 時間시간을 좁게 나누는 데 유리해야 하므로 生存생존 期間기간이 짧은 편이 좋습니다. 示相化石시상화석은 특정 環境환경과 강하게 연결되어 있어야 합니다. 두 役割역할의 條件조건이 다르므로 한 化石화석이 언제나 두 役割역할을 동시에 잘 수행하는 것은 아닙니다.

化石화석으로 옛 環境환경을 알아낼 때는 現在현재 生物생물에 관한 知識지식을 이용합니다. 그 바탕에는 過去과거에 作用작용한 自然자연 法則법칙이 現在현재와 같다는 前提전제가 있습니다. 18世紀세기 허턴이 提示제시하고 라이엘이 體系化체계화한 이 생각을 同一過程說동일과정설이라 하며, '現在현재는 過去과거를 여는 열쇠'라는 말로 요약됩니다. 珊瑚산호 化石화석이 나온 地層지층을 따뜻하고 얕은 바다에서 만들어졌다고 판단하는 까닭은 오늘날의 珊瑚산호가 그런 環境환경에서 잘 살기 때문입니다.

그러나 現在현재 가까운 生物생물이 없거나 生態생태를 알기 어려운 古生物고생물에는 이 方法방법을 그대로 적용하기 어렵습니다. 化石화석의 形態형태, 함께 나오는 化石화석, 巖石암석의 性質성질까지 함께 살펴야 합니다.

放射性방사성 同位元素동위원소와 絶對절대 秊齡연령

放射性방사성 同位元素동위원소는 일정한 確率확률로 崩壞붕괴하여 다른 元素원소로 바뀝니다. 처음 있던 放射性방사성 同位元素동위원소의 折半절반이 남을 때까지 걸리는 時間시간을 半減期반감기라고 합니다.

半減期반감기가 한 番번 지나면 처음 量양의 $\frac12$이 남고, 두 番번 지나면 $\frac14$, 세 番번 지나면 $\frac18$이 남습니다. 半減期반감기가 $n$番번 지났을 때 남은 母元素모원소의 比率비율은 $\left(\frac12\right)^n$입니다.

崩壞붕괴하는 元素원소를 母元素모원소, 崩壞붕괴해서 생긴 元素원소를 子元素자원소라고 합니다. 巖石암석이 만들어질 때 子元素자원소가 없었다고 보면, 母元素모원소와 子元素자원소의 比비만 재어도 秊齡연령을 구할 수 있습니다. 예를 들어 母元素모원소:子元素자원소가 1:3이면 母元素모원소는 처음 量양의 $\frac14$만 남은 것이므로 半減期반감기가 두 番번 지났고, 秊齡연령은 半減期반감기의 2倍배입니다.

同位元素동위원소마다 半減期반감기가 다르므로 測定측정하기 알맞은 時間시간 範圍범위도 다릅니다. $^{14}\mathrm{C}$는 半減期반감기가 約약 5,730秊년이어서 비교적 최근의 試料시료에 알맞으며, 生物생물이 살아 있는 동안 大氣대기의 炭素탄소를 받아들이므로 나무·뼈·조개껍데기처럼 生物생물에서 온 試料시료에 씁니다. 半減期반감기가 十십 番번 가까이 지나면 남은 量양이 너무 적어지므로 約약 5萬만 秊년 以前이전의 試料시료에는 쓰기 어렵습니다. 반면 $^{238}\mathrm{U}$처럼 半減期반감기가 約약 45億억 秊년인 同位元素동위원소는 매우 오래된 巖石암석의 秊齡연령을 재는 데 적합합니다. 堆積巖퇴적암은 여러 곳에서 온 알갱이가 섞여 있어 直接직접 재기 어렵기 때문에, 堆積層퇴적층 사이에 낀 火山灰화산회층이나 貫入관입한 火成巖화성암의 秊齡연령을 재고 相對상대 秊齡연령의 法則법칙과 함께 써서 地層지층의 秊齡연령 範圍범위를 좁힙니다.

巖石암석과 얼음

過去과거 環境환경의 證據증거는 化石화석만이 아닙니다. 巖石암석의 種類종류, 同位元素동위원소의 比率비율, 얼음에 갇힌 공기도 當時당시의 環境환경을 알려 줍니다.

氷期빙기에는 가벼운 酸素산소-16을 가진 물이 蒸發증발한 뒤 氷床빙상에 많이 저장됩니다. 바다로 돌아오지 못한 물이 늘수록 바닷물에는 相對的상대적으로 酸素산소-18이 많아집니다. 그 바닷물에서 껍데기를 만든 有孔蟲유공충의 化石화석을 조사하면 當時당시의 氷床빙상 規模규모를 推定추정할 수 있습니다.

氷河빙하 코어 속 공기 방울은 과거 大氣대기의 일부가 그대로 갇힌 標本표본입니다. 二酸化炭素이산화탄소와 메테인 같은 氣體기체의 濃度농도를 直接직접 잴 수 있습니다. 다만 얼음 記錄기록으로 거슬러 갈 수 있는 時間시간에는 限界한계가 있으므로, 훨씬 오래된 時代시대에는 巖石암석과 化石화석 같은 間接간접 證據증거를 이용합니다.

地球지구 環境환경을 바꾸는 힘

地球지구의 環境환경 變化변화는 時代시대마다 모습이 달랐지만, 原因원인을 따라가면 몇 가지 큰 機制기제로 묶을 수 있습니다.

大陸대륙의 配置배치

大陸대륙은 板판과 함께 움직입니다. 어느 大陸대륙이 高緯度고위도나 極극 地方지방으로 이동하면 그 위에 氷床빙상이 자라기 쉬워집니다. 얼음은 햇빛을 많이 반사하므로 氷床빙상이 늘수록 氣溫기온이 더 내려가는 되먹임이 생길 수 있습니다.

오르도비스紀기 말의 氷河期빙하기에는 곤드와나가 南極남극 附近부근에 놓여 있었습니다. 大陸대륙의 位置위치가 氷床빙상이 자라기에 알맞았던 것입니다.

大陸대륙의 配置배치는 海岸線해안선과 얕은 바다의 面積면적도 바꿉니다. 여러 大陸대륙이 하나의 超大陸초대륙으로 합쳐지면 海岸線해안선의 總총 길이가 줄고, 海洋해양 生物생물이 많이 사는 얕은 바다도 줄어듭니다.

판게아가 형성되었을 때는 大陸대륙 內部내부가 바다에서 멀어지면서 乾燥건조한 地域지역도 넓어졌습니다. 大陸대륙 配置배치 하나가 海流해류, 氣候기후, 棲息地서식지를 함께 바꾼 셈입니다.

大氣대기와 生物생물

初期초기 地球지구 大氣대기에는 自由자유 酸素산소가 거의 없었습니다. 藍細菌남세균이 光合成광합성을 하면서 酸素산소를 내놓기 시작했지만, 처음 만들어진 酸素산소는 바닷물에 녹아 있던 鐵철과 먼저 反應반응했습니다.

鐵철이 酸化산화되어 바다 밑에 쌓인 記錄기록이 縞狀鐵鑛層호상철광층입니다. 바닷물 속 鐵철과 다른 還元物質환원물질이 충분히 酸化산화된 뒤에야 酸素산소가 大氣대기에 본격적으로 쌓이기 시작했습니다.

約약 24億억 秊년 前전의 큰 酸素산소 增加증가를 大酸化事件대산화사건이라고 합니다. 酸素산소는 당시의 많은 嫌氣性혐기성 生物생물에게 해로운 物質물질이었습니다. 반면 酸素산소를 이용해 呼吸호흡하는 生物생물은 같은 量양의 有機物유기물에서 더 많은 에너지를 얻을 수 있었습니다.

大氣대기에 酸素산소가 늘면서 成層圈성층권에 오존層층도 만들어졌습니다. 紫外線자외선이 줄어들자 陸上육상 環境환경은 이전보다 生命생명이 살기에 유리해졌습니다.

이 過程과정에서는 生物생물과 環境환경의 關係관계가 한쪽 方向방향으로만 흐르지 않습니다. 生物생물이 光合成광합성으로 大氣대기를 바꾸었고, 바뀐 大氣대기가 다시 어떤 生物생물에는 危機위기, 다른 生物생물에는 새로운 機會기회가 되었습니다.

火山화산 活動활동과 天體천체 衝突충돌

大規模대규모 火山화산 活動활동은 짧은 地質學的지질학적 時間시간에 大氣대기 組成조성을 크게 바꿀 수 있습니다. 二酸化炭素이산화탄소가 많이 방출되면 긴 時間시간에 걸쳐 溫暖化온난화가 일어날 수 있고, 黃황 化合物화합물이 大氣대기에 퍼지면 햇빛을 반사하여 짧은 期間기간 寒冷化한랭화를 일으킬 수도 있습니다.

天體천체 衝突충돌은 더 빠릅니다. 큰 天體천체가 地球지구와 부딪치면 먼지, 그을음, 氣體기체가 大氣대기 높이 퍼집니다. 햇빛이 줄어들면 光合成광합성이 약해지고, 植物식물에서 시작하는 먹이 關係관계가 무너질 수 있습니다.

生物생물에게는 環境환경 變化변화의 크기와 함께 速度속도도 중요합니다. 비슷한 程度정도의 氣溫기온 變化변화라도 數수百백萬만 秊년에 걸쳐 일어나면 生物생물이 棲息地서식지를 옮기거나 여러 世代세대를 거치며 適應적응할 餘地여지가 있습니다. 매우 짧은 期間기간에 같은 變化변화가 일어나면 그 時間시간이 부족합니다.

地球지구 軌道궤도의 變化변화

地球지구 公轉공전 軌道궤도의 離心率이심률, 自轉軸자전축의 기울기, 歲差세차는 일정한 週期주기로 달라집니다. 이 變化변화를 묶어 밀란코비치 週期주기라고 합니다.

이 세 要素요소는 地球지구 全體전체가 받는 햇빛의 總量총량보다 어느 緯度위도가 어느 季節계절에 얼마만큼 햇빛을 받는지를 바꿉니다. 특히 北半球북반구 高緯度고위도의 여름 日射量일사량이 氷床빙상의 成長성장과 融解융해에 큰 影響영향을 줍니다.

세 要素요소는 週期주기와 作用작용이 서로 다릅니다. 離心率이심률은 公轉공전 軌道궤도가 원에 가까워졌다가 조금 더 길쭉해지기를 約약 10萬만 秊년과 約약 40萬만 秊년 週期주기로 되풀이합니다. 軌道궤도가 길쭉할수록 太陽태양에 가장 가까울 때와 가장 멀 때의 日射量일사량 差異차이가 커집니다. 自轉軸자전축의 기울기는 約약 4萬만 1,000秊년 週期주기로 約약 22.1°와 24.5° 사이를 오갑니다. 기울기가 클수록 여름에는 햇빛이 더 높이 비치고 겨울에는 더 낮게 비쳐 季節계절의 差異차이가 커지며, 특히 高緯度고위도의 여름 日射量일사량이 늘어 겨우내 쌓인 눈과 얼음이 잘 녹습니다. 歲差세차는 自轉軸자전축이 팽이처럼 천천히 돌아 約약 2萬만 6,000秊년에 한 바퀴를 도는 運動운동으로, 어느 季節계절에 地球지구가 太陽태양에 가장 가까이 오는지를 바꿉니다. 地球지구 軌道궤도 自體자체도 천천히 돌기 때문에, 이 둘이 겹쳐 季節계절의 配置배치는 約약 2萬만 秊년 남짓마다 되풀이됩니다. 오늘날에는 北半球북반구가 겨울인 1月월 初초에 太陽태양에 가장 가까워 北半球북반구의 여름이 比較的비교적 서늘한데, 歲差세차로 이 配置배치가 뒤바뀌면 北半球북반구의 여름 日射量일사량이 커집니다.

北半球북반구 高緯度고위도의 여름이 서늘하면 겨울에 내린 눈이 다 녹지 않고 해마다 쌓여 氷床빙상이 자라고, 여름이 뜨거우면 氷床빙상이 줄어듭니다. 深海심해 堆積物퇴적물과 南極남극 얼음에 남은 記錄기록에서 지난 數十萬수십만 秊년 동안 氷期빙기와 間氷期간빙기가 約약 10萬만 秊년 間隔간격으로 되풀이된 모습이 확인되며, 그 안에 約약 4萬만 秊년과 約약 2萬만 秊년 週期주기의 작은 변동이 겹쳐 있다는 點점이 밀란코비치 週期주기의 根據근거가 되었습니다.

軌道궤도 變化변화가 만드는 日射量일사량 差異차이만으로 거대한 氷期빙기를 모두 설명하기는 어렵습니다. 氷床빙상이 조금 늘면 햇빛을 더 많이 반사하고, 氣溫기온이 더 내려가 다시 氷床빙상이 늘어나는 되먹임이 變化변화를 키웁니다.

硅酸鹽규산염 風化풍화

地球지구에는 環境환경 變化변화를 키우는 되먹임뿐 아니라 줄이는 되먹임도 있습니다. 硅酸鹽규산염 風化풍화는 긴 時間시간에 걸쳐 大氣대기의 二酸化炭素이산화탄소를 調節조절하는 過程과정입니다.

氣溫기온이 높고 비가 많이 오면 巖石암석의 化學的화학적 風化풍화가 빨라집니다. 이 過程과정에서 二酸化炭素이산화탄소가 消費소비되고, 最終的최종적으로 炭酸鹽탄산염 鑛物광물 등에 저장됩니다. 大氣대기의 二酸化炭素이산화탄소가 줄면 溫室效果온실효과도 약해집니다.

化學화학 反應式반응식으로 나타내면, 硅酸鹽규산염 巖石암석을 대표하는 硅酸규산칼슘이 빗물에 녹은 二酸化炭素이산화탄소와 反應반응하여 칼슘 이온과 炭酸水素탄산수소 이온이 되어 江강을 따라 바다로 흘러갑니다.

바다에서는 生物생물이 이 이온으로 炭酸탄산칼슘 껍데기를 만들고, 그 껍데기가 쌓여 石灰巖석회암이 됩니다.

두 段階단계를 합치면 二酸化炭素이산화탄소 두 分子분자가 쓰이고 한 分子분자가 돌아오므로, 結局결국 한 分子분자가 大氣대기에서 빠져 巖石암석 속에 갇힙니다. 반면 石灰巖석회암 自體자체가 風化풍화될 때는 $CaCO_3 + CO_2 + H_2O \rightarrow Ca^{2+} + 2HCO_3^-$로 쓰인 二酸化炭素이산화탄소가 바다에서 炭酸탄산칼슘이 다시 만들어질 때 그대로 되돌아오므로 大氣대기의 二酸化炭素이산화탄소는 줄지 않습니다. 긴 時間시간의 炭素탄소 調節조절에서 硅酸鹽규산염 風化풍화가 特別특별히 중요한 까닭입니다.

반대로 氣候기후가 추워지면 風化풍화가 느려집니다. 火山화산 活動활동으로 나오는 二酸化炭素이산화탄소가 消費소비되는 速度속도도 낮아져 大氣대기에 다시 쌓일 수 있습니다.

이 調節조절은 매우 느리게 작동합니다. 따라서 天體천체 衝突충돌이나 급격한 火山화산 活動활동처럼 短期단기에 일어난 變化변화를 즉시 되돌릴 수는 없습니다. 硅酸鹽규산염 風化풍화가 大氣대기의 二酸化炭素이산화탄소를 눈에 띄게 바꾸는 데에는 數十萬수십만 秊년 以上이상이 걸리는 것으로 推定추정됩니다.

地質지질時代시대의 區分구분

地質지질時代시대는 큰 單位단위에서 작은 單位단위로 累代누대, 代대, 紀기, 世세 등으로 나눕니다. 이 境界경계는 처음부터 반듯한 秊數연수에 맞추어 정한 것이 아닙니다.

서로 다른 地層지층을 조사하면 어느 時點시점에서 化石화석의 種類종류와 構成구성이 크게 달라지는 境界경계가 나타납니다. 먼저 이런 變化변화를 基準기준으로 時代시대를 나누고, 뒤에 放射性방사성 同位元素동위원소 秊代測定연대측정으로 境界경계의 絶對절대 秊齡연령을 정밀하게 붙였습니다.

地球지구 歷史역사를 하루 24時間시간으로 줄이면 顯生현생累代누대는 마지막 3時間시간 남짓, 人類인류의 歷史역사는 마지막 몇 秒초에 該當해당합니다.

그래서 地質지질時代시대의 境界경계는 1億억 秊년, 5千천萬만 秊년처럼 일정한 間隔간격으로 나뉘지 않습니다. 生物群생물군과 環境환경이 실제로 크게 달라진 時點시점을 따라가기 때문입니다.

大滅種대멸종과 時代시대 境界경계가 자주 겹치는 것도 이 方式방식에서 이해할 수 있습니다. 時代시대 境界경계가 먼저 있고 그때 大滅種대멸종이 우연히 일어난 것이 아니라, 生物群생물군이 크게 바뀐 자리를 境界경계로 삼은 境遇경우가 많습니다.

地球지구 歷史역사의 大部分대부분은 先선캄브리아 時代시대에 해당합니다. 그런데 이 時代시대의 記錄기록은 뒤의 顯生현생累代누대보다 상대적으로 부족합니다. 오래된 巖石암석이 變成변성, 浸蝕침식, 地殼지각 變動변동을 오래 겪었고, 당시 生物생물 가운데 단단한 껍데기나 뼈를 가진 것이 적어 化石화석으로 남기 어려웠기 때문입니다.

化石화석이 적다는 事實사실만으로 당시 生命생명이 드물었다고 단정할 수는 없습니다. 記錄기록이 남을 可能性가능성 자체가 時代시대마다 달랐습니다.

時代시대에 따른 環境환경과 生命생명

先선캄브리아 時代시대

地球지구 歷史역사의 대부분을 차지하는 先선캄브리아 時代시대에는 大氣대기, 海洋해양, 生命생명의 基本기본 條件조건이 만들어졌습니다.

아주 오래된 巖石암석에서는 微生物미생물의 活動활동과 관련된 痕迹흔적이 발견됩니다. 스트로마톨라이트는 藍細菌남세균을 비롯한 微生物미생물 群集군집이 堆積物퇴적물을 붙잡아 층을 만들면서 형성된 構造구조입니다.

光合成광합성 生物생물이 늘면서 酸素산소가 만들어졌고, 大酸化事件대산화사건을 거치며 大氣대기 環境환경이 크게 달라졌습니다. 이후 眞核細胞진핵세포와 多細胞生物다세포생물이 나타났습니다.

眞核細胞진핵세포의 起源기원에 대해서는 細胞內세포내 共生說공생설이 널리 받아들여집니다. 酸素산소로 呼吸호흡하는 細菌세균이 더 큰 細胞세포 안으로 들어가 함께 살다가 미토콘드리아가 되었고, 그 뒤 一部일부 細胞세포에서는 光合成광합성을 하는 藍細菌남세균이 같은 方式방식으로 들어가 葉綠體엽록체가 되었다는 것입니다. 미토콘드리아와 葉綠體엽록체가 細胞核세포핵과 따로 自身자신의 DNA를 갖고, 細菌세균과 비슷한 리보솜을 가지며, 細菌세균처럼 둘로 나뉘어 늘어나고, 막이 두 겹이라는 點점이 그 根據근거로 꼽힙니다. 大酸化事件대산화사건으로 酸素산소가 늘어난 環境환경은 酸素산소로 呼吸호흡해 많은 에너지를 얻는 미토콘드리아를 품은 細胞세포에게 유리했습니다. 眞核生物진핵생물로 보이는 化石화석은 約약 18億억 秊년 前전 무렵의 地層지층부터 나타나고, 約약 10億억 秊년 前전의 地層지층에서는 紅藻類홍조류로 보이는 多細胞다세포 藻類조류의 化石화석이 발견됩니다. 細胞세포가 커지고 서로 역할을 나눌 수 있게 된 것이 뒤에 나타나는 크고 複雜복잡한 多細胞生物다세포생물의 바탕이 되었습니다.

原生원생累代누대 後半후반에는 低緯度저위도 地域지역에서도 氷河빙하 堆積物퇴적물이 발견되는 時期시기가 있습니다. 이를 바탕으로 約약 7億억 2,000萬만~6億억 3,500萬만 秊년 前전 크라이오제니아紀기에 地球지구의 大部分대부분이 얼음으로 덮였다는 눈덩이 地球지구 假說가설이 제시되었습니다. 얼음으로 덮인 地球지구가 다시 녹을 수 있었던 까닭으로는 火山화산에서 나온 二酸化炭素이산화탄소가 꼽힙니다. 얼음에 덮여 硅酸鹽규산염 風化풍화가 멈추자 二酸化炭素이산화탄소가 消費소비되지 못하고 쌓여 溫室效果온실효과가 커졌다는 說明설명입니다. 얼음이 얼마나 넓게 덮였는지는 세부 模型모형에 따라 다르게 설명됩니다.

그 뒤 約약 5億억 7,000萬만 秊년 前전부터 에디아카라 生物群생물군처럼 이전보다 크고 複雜복잡한 多細胞生物다세포생물의 化石화석이 나타납니다. 대부분 껍데기나 골격 없이 납작하고 부드러운 몸을 가졌으며, 오늘날의 어느 動物동물 무리와 이어지는지 분명하지 않은 것이 많습니다.

先선캄브리아 時代시대에는 顯生현생累代누대처럼 널리 쓰이는 代表的대표적 標準化石표준화석을 정하기 어렵습니다. 化石화석 記錄기록이 적고, 스트로마톨라이트처럼 흔히 발견되는 化石화석도 매우 긴 地質지질時代시대에 걸쳐 나타나기 때문에 좁은 時代시대를 가리키는 標準化石표준화석의 條件조건에 맞지 않습니다.

古生代고생대

캄브리아紀기에 들어서면 化石화석 記錄기록에서 動物동물의 多樣性다양성이 크게 늘어납니다. 이를 캄브리아紀기 大爆發대폭발이라고 합니다.

이것은 갑자기 처음 생겼다는 뜻이 아니라, 그보다 앞선 時代시대에도 生命생명은 존재했지만, 캄브리아紀기에는 단단한 껍데기와 골격을 가진 生物생물이 늘어 化石화석으로 남을 可能性가능성이 높아진 것입니다. 捕食포식과 競爭경쟁의 關係관계도 生物생물의 形態형태 多樣化다양화에 影響영향을 주었습니다. 눈과 껍데기, 가시처럼 잡아먹고 피하는 데 쓰이는 構造구조가 이 時期시기에 널리 나타나며, 오늘날 動物동물의 主要주요 무리 대부분이 이때의 化石화석에서 확인됩니다. 캐나다의 버제스 셰일처럼 부드러운 몸까지 보존된 化石화석 産地산지가 이 時期시기의 多樣性다양성을 보여 줍니다.

오르도비스紀기와 실루리아紀기에는 바다에서 여러 無脊椎動物무척추동물이 번성했습니다. 실루리아紀기에는 植物식물이 陸上육상으로 進出진출했고, 데본紀기에는 魚類어류가 크게 多樣化다양화했고, 後期후기에는 魚類어류에서 갈라져 나온 兩棲類양서류가 陸上육상으로 올라왔습니다. 陸上육상 植物식물이 숲을 이루면서 大氣대기와 土壤토양도 바뀌었습니다.

石炭紀석탄기에는 넓은 濕地습지 森林삼림이 발달했습니다. 묻힌 植物식물이 石炭層석탄층이 되었고, 光合成광합성이 활발해 大氣대기의 酸素산소 濃度농도가 지금보다 높았던 것으로 推定추정되어 날개 편 길이가 70 cm에 이르는 巨大거대 昆蟲곤충도 살았습니다. 爬蟲類파충류는 물 밖에서 마르지 않는 알을 낳아 內陸내륙으로 퍼질 수 있게 되었고, 페름紀기에는 판게아가 형성되면서 內陸내륙의 乾燥건조한 環境환경이 넓어졌습니다. 페름紀기 말에는 顯生현생累代누대에서 가장 큰 規模규모의 大滅種대멸종이 일어났습니다.

古生代고생대의 代表的대표적 標準化石표준화석은 三葉蟲삼엽충, 筆石필석, 紡錘蟲방추충입니다. 이들은 살았던 時期시기가 비교적 제한되어 있으면서 넓은 地域지역에서 발견되므로 古生代고생대 地層지층의 時代시대를 판단하고 서로 떨어진 地層지층을 對比대비하는 데 쓰입니다.

中生代중생대

中生代중생대의 氣候기후는 전체적으로 따뜻한 時期시기가 길었습니다. 큰 極地극지 氷床빙상이 거의 없었고, 高緯度고위도 地域지역까지 森林삼림이 퍼졌습니다.

판게아가 갈라지면서 새로운 海洋해양이 열리고 얕은 바다가 넓어진 地域지역도 생겼습니다. 바다에서는 암모나이트가 번성했고, 陸上육상에서는 恐龍공룡이 여러 生態的생태적 地位지위를 차지했습니다. 恐龍공룡과 哺乳類포유류는 모두 트라이아스紀기 後期후기에 나타났으며, 쥐라紀기에는 恐龍공룡의 한 갈래에서 鳥類조류가 갈라져 나왔습니다. 시조새는 恐龍공룡과 鳥類조류의 特徵특징을 함께 지닌 化石화석입니다.

白堊紀백악기에는 속씨植物식물이 빠르게 퍼졌습니다. 꽃가루받이를 하는 昆蟲곤충과 속씨植物식물 사이의 相互作用상호작용은 두 群군의 多樣化다양화와 깊이 연결되었습니다.

白堊紀백악기 말 大滅種대멸종으로 鳥類조류를 제외한 恐龍공룡과 암모나이트를 비롯한 여러 生物群생물군이 사라졌습니다.

中生代중생대의 代表的대표적 標準化石표준화석은 암모나이트입니다. 암모나이트는 빠르게 進化진화하여 種종마다 살았던 時期시기가 비교적 짧고, 넓은 바다에 퍼져 있었기 때문에 中生代중생대 海成層해성층의 時代시대를 세밀하게 나누는 데 특히 유용합니다. 恐龍공룡 化石화석도 中生代중생대를 나타내는 代表的대표적 化石화석이지만, 地層지층 對比대비에 쓰이는 標準化石표준화석으로서는 암모나이트가 더 적합합니다.

新生代신생대

新生代신생대에는 白堊紀백악기 말 大滅種대멸종으로 비게 된 여러 生態的생태적 地位지위를 哺乳類포유류와 鳥類조류 등이 차지하면서 빠르게 多樣化다양화했습니다.

新生代신생대 初期초기의 地球지구는 비교적 따뜻했지만 긴 時間시간에 걸쳐 寒冷化한랭화가 진행되었습니다. 約약 3,400萬만 秊년 前전 南極남극 大陸대륙이 南남아메리카·오스트레일리아와 떨어지면서 南極남극을 둘러싸고 도는 海流해류가 생겼고, 따뜻한 바닷물이 南極남극에 닿지 못하게 되자 큰 氷床빙상이 형성되었습니다. 大陸대륙의 配置배치가 氣候기후를 바꾼 代表的대표적 事例사례입니다. 이후 第제4紀기에는 氷期빙기와 間氷期간빙기가 되풀이되었습니다.

氷期빙기에는 많은 물이 氷床빙상에 묶여 海水面해수면이 내려갔습니다. 지금은 바다로 갈라진 地域지역 사이에 陸橋육교가 나타나 生物생물의 移動이동에 영향을 주기도 했습니다. 아시아와 北북아메리카 사이의 베링 陸橋육교가 代表的대표적이며, 韓半島한반도와 日本일본, 中國중국 사이의 黃海황해도 氷期빙기에는 대부분 陸地육지였습니다. 人類인류는 新生代신생대 後半후반에 나타났고, 第제4紀기의 氣候기후 變動변동 속에서 여러 大陸대륙으로 퍼졌습니다.

新生代신생대의 代表的대표적 標準化石표준화석은 貨幣石화폐석과 매머드입니다. 貨幣石화폐석은 특히 新生代신생대 初期초기의 海成層해성층을 판단하는 데 쓰이며, 매머드는 第제4紀기의 地層지층을 나타내는 代表的대표적 化石화석입니다.

大滅種대멸종

滅種멸종은 地球지구 歷史역사 내내 일어났습니다. 평소에도 일정한 速度속도로 種종이 사라지는데, 이를 背景滅種배경멸종이라고 합니다.

그런데 地質學的지질학적으로 짧은 期間기간에 많은 分類群분류군이 함께 사라지는 事件사건도 있었습니다. 이를 大滅種대멸종이라고 합니다. 顯生현생累代누대에서는 특히 큰 다섯 事件사건을 흔히 다섯 차례의 大滅種대멸종으로 묶습니다.

大滅種대멸종 때 사라진 種종의 比率비율은 연구마다 다르게 추정될 수 있습니다. 化石화석으로 남은 種종은 전체 生物생물의 일부이고, 時代시대와 地域지역에 따라 化石화석 記錄기록의 完全性완전성도 다르기 때문입니다. 따라서 정확한 百分率백분율보다 어느 生物群생물군이 크게 줄었고 生態系생태계가 어떻게 달라졌는지를 함께 보는 편이 낫습니다.

페름紀기 말 大滅種대멸종

페름紀기 말에는 시베리아에서 매우 큰 規模규모의 火山화산 活動활동이 이어졌습니다. 막대한 量양의 鎔巖용암이 넓은 地域지역을 덮고 大氣대기로 많은 氣體기체가 방출되었습니다.

二酸化炭素이산화탄소가 늘면서 氣溫기온이 상승했고, 따뜻한 바닷물에는 酸素산소가 덜 녹습니다. 表層표층과 深層심층의 溫度온도 差차가 줄면 바닷물의 循環순환도 약해질 수 있습니다. 이런 變化변화가 겹치면 深海심해의 酸素산소가 크게 줄어듭니다.

大氣대기의 二酸化炭素이산화탄소가 바다에 녹으면 海洋해양 酸性化산성화도 진행됩니다. 炭酸탄산칼슘 껍데기나 골격을 만드는 生物생물은 이런 變化변화에 특히 큰 影響영향을 받을 수 있습니다.

따라서 하나의 火山화산 事件사건이 溫暖化온난화, 無酸素化무산소화, 酸性化산성화 등 여러 經路경로를 거쳐 生態系생태계에 連鎖的연쇄적인 打擊타격을 줄 수 있습니다.

이 時期시기에 三葉蟲삼엽충처럼 오랫동안 번성한 古生代고생대의 代表대표 生物群생물군도 완전히 사라졌습니다. 生態系생태계가 다시 多樣化다양화한 뒤의 構成구성은 이전과 같지 않았습니다.

白堊紀백악기 말 大滅種대멸종

白堊紀백악기와 팔레오기의 境界層경계층에서는 여러 地域지역에서 이리듐이 비정상적으로 많이 발견됩니다. 이리듐은 地球지구 地殼지각에는 드물지만 일부 隕石운석에는 상대적으로 많습니다.

이 發見발견은 큰 天體천체가 地球지구와 충돌했다는 假說가설을 강하게 뒷받침했습니다. 뒤에 멕시코 유카탄半島반도 附近부근에서 칙술루브 衝突構造충돌구조가 확인되었고, 그 時期시기도 大滅種대멸종과 맞아떨어졌습니다.

큰 天體천체가 충돌하면 먼지와 그을음이 大氣대기에 퍼져 햇빛을 줄입니다. 光合成광합성이 크게 감소하면 植物식물과 植物性식물성 플랑크톤이 먼저 打擊타격을 받고, 이를 먹는 動物동물, 다시 그 動物동물을 먹는 捕食者포식자로 影響영향이 이어집니다.

같은 무렵 印度인도에서는 데칸 鎔巖臺地용암대지를 만든 大規模대규모 火山화산 活動활동도 진행되고 있었습니다. 天體천체 衝突충돌과 火山화산 活動활동이 각각 環境환경 變化변화에 어느 정도 寄與기여했는지는 세부적으로 계속 연구되지만, 칙술루브 衝突충돌이 白堊紀백악기 말 大滅種대멸종에서 매우 큰 役割역할을 했다는 證據증거는 강합니다.

우리나라의 化石화석

環境환경 變化변화와 生物생물多樣性다양성

地球지구 歷史역사에서 生物생물多樣性다양성은 계속 한 方向방향으로만 늘어나지 않았습니다. 새로운 生物群생물군이 나타나 多樣化다양화하다가 環境환경이 크게 바뀌면 많은 種종이 사라졌고, 大滅種대멸종 뒤에는 살아남은 生物생물이 다시 여러 方向방향으로 갈라져 나갔습니다.

이를 이해하는 데 生態的생태적 地位지위라는 槪念개념이 필요합니다. 生態的생태적 地位지위는 어떤 生物생물이 어디에서 살고, 무엇을 먹으며, 다른 生物생물과 어떤 關係관계를 맺는지를 포함한 生態系생태계 속 役割역할입니다.

大滅種대멸종으로 어떤 生物群생물군이 사라지면 그들이 쓰던 먹이, 空間공간, 生活생활 방식의 자리가 비게 됩니다. 살아남은 生物群생물군 가운데 그 빈자리를 이용할 수 있는 계통은 여러 方向방향으로 갈라질 수 있습니다. 이를 適應放散적응방산이라고 합니다.

白堊紀백악기 말 大滅種대멸종 뒤 哺乳類포유류가 빠르게 多樣化다양화한 것이 한 例예입니다. 中生代중생대에도 哺乳類포유류는 존재했지만, 여러 生態的생태적 地位지위는 恐龍공룡을 비롯한 다른 脊椎動物척추동물이 차지하고 있었습니다. 大滅種대멸종 뒤 이 자리가 비면서 哺乳類포유류 가운데 草食초식, 肉食육식, 水中生活수중생활, 飛行비행 등에 알맞은 계통이 갈라져 나갔습니다.

大滅種대멸종에서 살아남기 쉬운 生物생물에도 일정한 傾向경향은 있습니다. 分布분포 地域지역이 넓으면 어느 한 地域지역이 무너져도 다른 個體群개체군이 살아남을 可能性가능성이 커집니다. 먹이의 種類종류를 넓게 이용하는 生物생물은 특정 먹이가 줄어도 다른 먹이로 바꿀 수 있습니다.

몸집이 작은 生物생물은 보통 필요한 먹이의 量양이 적고 世代세대 交替교체가 빠릅니다. 씨앗, 胞子포자, 알처럼 좋지 않은 環境환경을 오래 버티는 段階단계가 있는 生物생물도 危機위기를 넘기기 유리할 수 있습니다.

그러나 이런 傾向경향을 절대적인 法則법칙으로 받아들여서는 안 됩니다. 실제 滅種멸종 結果결과는 氣溫기온, 酸素산소, 海水面해수면, 먹이 網망, 棲息地서식지 範圍범위 등이 함께 바뀐 結果결과입니다.

環境환경 變化변화의 速度속도도 生物생물多樣性다양성을 좌우합니다. 긴 時間시간에 걸친 寒冷化한랭화에서는 生物생물이 棲息地서식지를 옮기고, 여러 世代세대를 거치며 달라진 環境환경에 適應적응할 機會기회가 있습니다. 반대로 天體천체 衝突충돌처럼 매우 짧은 時間시간에 氣候기후가 바뀌면 移動이동과 適應적응이 따라가지 못합니다.

같은 環境환경 變化변화라도 얼마나 크고 얼마나 빠르게 일어나는지에 따라 生物생물多樣性다양성의 反應반응은 달라집니다. 地質지질時代시대의 記錄기록은 生命생명이 環境환경 變化변화를 수동적으로 견뎌 온 歷史역사가 아니라, 環境환경을 바꾸기도 하고 그 變化변화에 따라 끊임없이 構成구성을 달리해 온 歷史역사임을 보여 줍니다.

現在현재의 環境환경 變化변화

地質지질時代시대의 記錄기록은 오늘날의 環境환경 變化변화를 읽는 기준이 되기도 합니다. 氷河빙하 코어에 따르면 過去과거 80萬만 秊년 동안 大氣대기의 二酸化炭素이산화탄소 濃度농도는 氷期빙기와 間氷期간빙기를 오가며 約약 180~300 ppm 사이에 머물렀습니다. 産業革命산업혁명 以後이후 이 濃度농도는 400 ppm을 넘어섰고, 그 變化변화는 地質學的지질학적 基準기준으로 보면 매우 짧은 期間기간에 일어났습니다.

生物생물多樣性다양성에도 變化변화가 나타나고 있습니다. 여러 硏究연구는 現在현재 種종이 사라지는 速度속도가 化石화석 記錄기록으로 推定추정한 背景滅種배경멸종 速度속도의 數十수십~數百수백 倍배에 이른다고 봅니다. 이 때문에 現在현재를 여섯 番번째 大滅種대멸종의 進行진행으로 볼 수 있는지가 論議논의됩니다. 아직 過去과거의 大滅種대멸종과 같은 規模규모에 이르렀다고 보기는 어렵지만, 速度속도만 보면 過去과거 大滅種대멸종의 初期초기와 비교할 만하다는 指摘지적이 있습니다.

過去과거와 다른 점은 原因원인이 한 生物種생물종, 곧 人類인류의 活動활동이라는 데 있습니다. 棲息地서식지의 破壞파괴와 分斷분단, 氣候變化기후변화, 外來種외래종의 移入이입, 過度과도한 捕獲포획, 汚染오염이 함께 作用작용합니다. 앞에서 본 것처럼 生物생물이 環境환경 變化변화를 견디려면 棲息地서식지를 옮기거나 여러 世代세대에 걸쳐 適應적응할 時間시간이 필요한데, 오늘날에는 變化변화가 빠른 데다 棲息地서식지가 도로와 都市도시로 끊겨 옮겨 갈 길마저 좁아졌습니다. 地質지질時代시대의 大滅種대멸종이 人類인류에게 주는 敎訓교훈은, 變化변화의 크기만큼 速度속도가 중요하다는 것입니다.