October 14,2019

공룡 멸망의 원인 밝혀지나?

백악기-고 제삼기 시기에 대한 시나리오 재고

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약 2억2800만년전에서부터 6500만년 전의 중생대 시기 지구를 주름잡던 공룡들은 홀연히 자취를 감췄다.

이를 두고 많은 학자들은 소행성이나 혜성의 충돌 혹은 거대한 화산 폭발로 인해 생긴 재가 오랫동안 하늘을 뒤덮어, 기온이 떨어지고 먹이사슬을 비롯한 환경 변화로 대멸종을 일으켰을 것이라고 짐작하고 있다.

실제 과학저널 ‘사이언스’(Science) 22일자 온라인판에 발표된 최근 연구에 따르면 6600만년 전 카리브 해에 충돌한 소행성 혹은 혜성의 충격이 지구 거의 반대편에 있는 인도의 대형 화산을 재분출시켰을 가능성이 높은 것으로 밝혀졌다.

연구팀은 그러나 소행성 및 혜성 충돌이나 화산 폭발이 공룡과 다른 생명체들이 거의 동시에 대량 멸종하는데 어느 정도 영향을 미쳤는지는 여전히 불분명하다고 보고 있다.

소행성이 지구에 충돌하는 모습 상상도. 지름이 수Km에 불과한 소행성도 지구와 충돌하면 핵폭탄 수백만 개의 위력을 발휘하는 것으로 알려진다. 소행성 충돌과 화산 폭발이 지구생명체의 멸종을 촉발했다는 심증은 있으나 아직 명확한 인과관계가 나오지는 않았다.  ⓒ Wikimedia Commons / Federik

소행성이 지구에 충돌하는 모습 상상도. 지름이 수Km에 불과한 소행성도 지구와 충돌하면 핵폭탄 수백만 개의 위력을 발휘하는 것으로 알려진다. 소행성 충돌과 화산 폭발이 지구생명체의 멸종을 촉발했다는 심증은 있으나 아직 명확한 인과관계가 나오지는 않았다. ⓒ Wikimedia Commons / Federik

카리브해 소행성 충돌이 인도 화산분출 유발

이번 연구는 지구 역사에서 주기적으로 분출된 거대한 용암의 흐름과, 이것이 지구 대기와 지구상 생명체의 삶을 어떻게 변화시켰는지를 조명했다.

연구에 참여한 미국 캘리포니아 버클리(UC버클리)대 과학자들은 백악기(1억4500만년 전~6500만년 전) 말기의 이른바 백악기-고(古)제삼기(K-Pg) 경계시기에 일어난 세계적인 대멸종과 일치하는 인도의 강력한 화산 분출에 대해 가장 엄밀하고 정확한 시기를 확인해 보고했다.

인도에서는 100만년 동안에 걸쳐 빈발한 분출로 인해 용암이 인도 대륙을 가로질러 적어도 500㎞ 가까이 흘러내렸다. 이에 따라 데칸고원 북서부에 세계 최대의 용암 대지(臺地)인 데칸 트랩(Deccan Traps) 범람 현무암이 생성됐다. 어떤 곳에서는 이 현무암 두께가 2㎞에 이르기도 한다.

논문 시니어 저자로 UC버클리 지구 및 행성과학 교수이자 버클리 지질연대학센터 원장인 폴 렌(Paul Renne) 교수는 “데칸 용암대지의 더 많은 여러 곳에서 용암류(lava flows)의 연대를 측정하며 모양의 변천이 어디서나 똑같아 보인다는 것을 알았다”며, “분출은 카리브해 충돌 후 5만년 혹은 3만년 안에 일어났다고 확실히 말할 수 있다”고 밝혔다. 충돌 후 5만~3만년 안에 발생했다는 것은 지질연대상 오차 범위 내에서 거의 동시에 일어났다는 것을 의미한다는 것.

렌 교수는 “이는 ‘충격이 용암류를 다시 분출시킨다’는 가설에 대한 중요한 검증”이라고 덧붙였다.

미국 하와이의 파호에호에 용암이 10미터 높이로 솟구치는 모습. 화산분출이 아닌 용암에서 새어나오는 가스도 지구기후에 영향을 미쳤을 것으로 생각된다.  ⓒ Wikimedia Commons / J.D. Griggs

미국 하와이의 파호에호에 용암이 10미터 높이로 솟구치는 모습. 화산분출이 아닌 용암에서 새어나오는 가스도 지구기후에 영향을 미쳤을 것으로 생각된다. ⓒ Wikimedia Commons / J.D. Griggs

소행성 충돌 후 데칸 용암 4분의3 분출

이번에 새로 측정된 시기는 또한 용암류가 100만년 동안 계속 흘렀다는 앞서 나온 추정치를 확인해 주었다. 그러나 용암의 4분의3은 충격 후에 분출됐다는 놀라운 사실도 담고 있다. 이전 연구에서는 용암의 80%가 충격 전에 분출됐다고 제시했었다.

만약 데칸 트랩의 용암 대부분이 충격 전에 분출했다면 분출 중에 방출된 가스가 백악기 마지막 40만년 동안에 일어난 지구 온난화의 원인이 됐을 것이다. 이 기간 동안 대기온도는 평균 섭씨 8도나 올라갔었다.

이 온난화기간 동안 생물종들은 소행성 충돌이나 화산 폭발에 따른 먼지나 가스로 인한 지구 냉각에 직면했을 뿐, 온실 조건에 맞게 진화했을 것으로 추정된다.

그리고 날이 갈수록 추위는 대부분의 생물종들이 회복할 수 없는 충격이 되어 화석기록으부터 완전히 사라지게 되었다. 말 그래도 대멸종 사태가 벌어진 것이다.

층을 이룬 용암지대가 인도 서부 산맥(Ghats) 지역의 암베날리 가트(Ambenali Ghat) 근처로부터 와이(Wai) 서브그룹 안에 흐르고 있는 모습.  CREDIT: Courtney Sprain

층을 이룬 용암지대가 인도 서부 산맥(Ghats) 지역의 암베날리 가트(Ambenali Ghat) 근처로부터 와이(Wai) 서브그룹 안에 흐르고 있는 모습. ⓒ Courtney Sprain

K-Pg 멸종 기후변화, 화산폭발 전에 일어나

그러나 데칸 트랩 용암 대부분이 소행성 등의 충돌 후에 분출했다면 이 시나리오는 재고할 필요가 있다.

논문 제1저자로 UC버클리 박사과정생이었다 현재 리버풀대 박사후 연구원으로 있는 코트니 스프레인(Courtney Sprain) 박사는 “이는 K-Pg(Cretaceous–Paleogene) 대멸종에서 데칸 용암대지의 역할에 대한 관점을 변화시킨다”고 말했다.

그는 “데칸 분출이 별 역할을 하지 않았거나, 혹은 많은 기후변화 가스가 용암 분출이 가장 적게 일어나는 동안에 방출되었을 것”이라고 설명했다.

연구팀은, 기후변화를 일으키는 화산가스는 단지 화산폭발 때만이 아니라 마그마가 고여있는 지하 공간에서도 자주 누출된다는 가설을 예로 들었다. 가스를 뿜어내는 이태리 에트나 화산이나 멕시코의 포포카테페틀 화산 같은 오늘날의 화산에서도 그 증거를 찾을 수 있다는 것.

지표 아래에서 끓고 있는 마그마는 분출하지 않더라도 대기에 가스를 전달하는 것으로 알려져 있다.

렌 교수는 “우리는 마그마 시스템에서 나오는 많은 가스가 분출에 선행할 가능성이 매우 높으며, 이 가스들이 반드시 분출과 상관성이 있는 것은 아니라고 제안한다”고 밝혔다.

K-Pg 대멸종의 사례에서 눈에 띄는 기후변화 증상은 이미 화산 폭발이 최고조에 이르기 전에 나타난 것으로 알려져 있다.

오늘날의 인도에서 노출된 데칸 용암대지Decan Traps) 지역을 표시한 지도.  CREDIT: Courtney Sprain

오늘날의 인도에서 노출된 데칸 용암대지Decan Traps) 지역을 표시한 지도. ⓒ Courtney Sprain

충돌과 화산 폭발이 지구생명체 가격

렌 교수와 스프레인 박사팀은 예전에 K-T 경계(Cretaceous–Tertiary Boundary)로 일컬어졌던, 백악기 말기와 제3기 초기 사이의 K-Pg 경계 시기에 일어난 재앙의 순서를 명확히 하기 위해 아르곤-아르곤 기법을 활용한 정확한 방법으로 소행성 등의 충돌이 일어난 시기와 데칸 트랩에 용암이 분출한 시기를 확인했다.

연구팀은 2013년 미국 몬타나에서 채취한 암석을 사용해 가장 정확한 충돌 시기를 얻어 냈다. 이어 2018년에는 8000년을 가감해 이 시기를 6605만2000년 전으로 갱신했다.

그리고 2015년에는 적은 수의 인도 표본으로부터 데칸 용암대지 분출은 충돌 후 5만년 안에 발생했다는 사실을 최소한 한 지점 이상에서 확인했다.

현재 연구팀은 데칸 용암대지를 덮고 있는 지역에서 세 배 이상 더 많은 표본을 얻어 분출이 최고조에 달한 시기는 인도 대륙의 많은 지역에서 동일하다는 사실을 밝혀냈다.

이것은 카리브해 칙술루브(Chicxulub) 충돌구로 돌진한 소행성이 초거대 지진을 촉발시키고, 이 지진이 거의 지구 반대편에 있는 인도에서 강력한 화산 폭발을 일으켰다는 그룹의 가설을 뒷받침하는 것이다.

스프레인 박사와 렌 교수는 지질학적으로 거의 동시에 일어난 재앙이 지구상 생명체에 원-투 펀치를 날렸을 가능성이 있다는 논의를 펴고 있으나, 세부적인 내용은 아직 명확치 않다고 보고 있다.

논문 제1저자인 스프레인 박사가 뭄바이 북부 채석장에 있는 자와르 포메이션에 서 있는 모습.  CREDIT: Loyc Vanderkluysen

논문 제1저자인 스프레인 박사가 뭄바이 북부 채석장에 있는 자와르 포메이션에 서 있는 모습ⓒ Loyc Vanderkluysen

범람 현무암 관련한 더 많은 정보 필요

화산 분출은 많은 가스를 생성한다. 이중 이산화탄소와 메탄 같은 종류는 온실가스 역할을 하지만 반대로 유황 에어로졸 같은 종류는 냉각을 시킨다. 또 소행성 충돌 자체는 대기 중에 먼지를 산란시켜 햇빛을 차단함으로써 지구를 냉각시키지만 이런 현상이 얼마나 오래 지속됐는지는 알 수가 없다.

데칸 용암대지에서 어떤 가스가 언제 방출되었는지는 답하기가 어려운 것으로 알려진다. 지구 역사상 용암이 흘러 넘쳐 생긴 범람 현무암이 무수히 많은데도 불구하고 오늘날에는 범람 현무암 분출이 거의 일어나지 않기 때문이다.

가장 최근의 것은 태평양 북서부 컬럼비아 강 부근에서 일어난 것으로, 분출 40만년 뒤인 1500만년 전에 줄어들었다.

이처럼 범람 현무암에 대한 정보가 부족하기 때문에 렌 교수와 스프레인 박사는 데칸 용암대지에 꾸준한 관심을 보이고 있다. 데칸 트랩은 아직도 ‘젊기 때문에’ 분출의 순서와 영향, 규모 그리고 어쩌면 원인에 대한 정보도 담고 있을 수 있기 때문이다.

렌 교수는 “데칸 트랩을 연구하면 이 데칸 트랩에 대한 충격이나, 혹은 컬럼비아 강과 시베리아 트랩과 같은 주요 분출구로 이어지는 다른 범람 현무암에 대한 충격 같이, 외부에서 미치는 어떤 힘의 메커니즘이 있지 않을까 하는 궁금증이 생긴다”고 말했다.

그는 “가까운 침강지대에서 일어나는 큰 지진이나 상승하는 마그마의 축적된 압력이 이 같은 범람 현무암 사태를 촉발하지는 않는지 궁금하다”며 의문을 표했다.

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