September 23,2019

공룡 멸종 첫 날의 기록

원폭 100억 개 위력으로 ‘단기 지옥’ 연출

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한때 지구 곳곳을 지배하던 공룡들은 소행성 충돌로 멸종했다는 설이 널리 받아들여지고 있다.

이 가설에 따르면 소행성이 지구에 충돌하며 거대한 산불과 함께 쓰나미를 일으켰고, 엄청난 양의 황(sulfur)이 대기로 분출돼 태양빛을 차단했다. 이로 인해 지구가 냉각되면서 궁극적으로 공룡을 비롯한 수많은 생물이 멸종하게 되었다는 것이다.

최근 미국 텍서스대(오스틴)가 이끄는 국제협동연구팀은 소행성 충돌 첫 24시간 안에 충돌구를 채운 수백 피트 아래의 암석을 분석해 이 가설에 대한 확고한 증거를 발견했다.

연구팀이 채굴한 증거물에는 검게 탄 숯 조각과 쓰나미의 역류로 흘러들어온 암석 혼합물이 포함돼 있었으나 황은 눈에 띄지 않았다.

소행성 충돌 모습을 그린 상상도. 이 그림은 과학자들이 6600만년 전 실제 지구에 충돌했다고 생각하는 직경 6마일짜리 소행성보다 훨씬 크게 그렸으나, 소행성 암석이 충돌로 압축되고 진공상태가 되면서 열이 발생하는 모습을 잘 묘사했다.   CREDIT: NASA/Don Davis

소행성 충돌 모습을 그린 상상도. 이 그림은 과학자들이 6600만년 전 실제 지구에 충돌했다고 생각하는 직경 6마일짜리 소행성보다 훨씬 크게 그렸으나, 소행성 암석이 충돌로 압축되고 진공상태가 되면서 열이 발생하는 모습을 생생하게 묘사했다. ⓒ NASA/Don Davis

목격자 위치에서 충돌 과정 복기

텍서스대 지구물리연구소(UTIG) 션 굴릭(Sean Gulick) 연구 교수는 이 암석 기록들이 지금까지 나온 증거들 가운데 공룡시대 종말을 가져온 재앙의 여파를 가장 세부적으로 들여다볼 수 있는 증거들이라고 말했다.

연구를 주도한 굴릭 교수는 지난 2016년 유카탄반도 연안의 소행성 충돌지역에서 이 암석들을 채굴한 국제해양발견프로그램(International Ocean Discovery Program)의 과학 시추 임무를 공동으로 이끌었었다.

그는 “암석 증거물들은 원점에서 복기를 해볼 수 있는 충돌 사건의 확장된 기록”이라며, “충돌을 지켜본 목격자 위치에서 충돌 과정에 대해 이야기를 해준다”고 설명했다.

9일 자 미국 국립과학원 회보(PNAS)에 발표된 이 연구는 충돌구가 어떻게 형성됐고, 충돌지역의 생명체가 얼마나 빨리 복원되었지를 연구한 텍서스대 지구과학대의 이전 연구를 토대로 수행됐다. 이번 연구에는 24명 이상의 국제 연구팀이 참여했다.

멕시코 유카탄 반도의 칙술루브 충돌구 지역 모습. 많은 과학자들은 이 지역의 소행성 충돌이 공룡의 갑작스런 멸종의 원인이라고 생각하고 있다.  CREDIT: NASA/JPL-Caltech, modified by David Fuchs at en.wikipedia

멕시코 유카탄 반도의 칙술루브 충돌구 지역 모습. 많은 과학자들은 이 지역의 소행성 충돌이 공룡의 갑작스런 멸종의 원인이라고 생각하고 있다. ⓒ NASA/JPL-Caltech, modified by David Fuchs at en.wikipedia

단기 ‘지옥’ 뒤에 장기 냉각 이어져

충돌 뒤 몇 시간 안에 충돌구를 가득 메운 대부분의 물질들은 충돌 현장에서 생성됐거나 멕시코 만에서 충돌구로 바닷물에 휩쓸려 들어온 것들이다.

하루 만에 약 130미터 높이의 물질들이 충돌구 안에 쌓였다. 이는 지금까지 지질학 기록에서 보고된 것 가운데 가장 빠른 속도다.

이런 엄청난 축적 속도는 충돌 몇 분, 몇 시간 안에 충돌구 주변과 그 안의 환경에서 무슨 일이 일어났는지가 암석에 기록돼 있다는 것을 의미한다. 이와 함께 지구상 생명체의 75% 이상을 앗아간 소행성 충돌의 장기적인 영향에 대한 단서도 제공한다.

굴릭 교수는 이를 지역 차원에서의 단기 ‘지옥(inferno)’이라고 묘사했다. 그리고 이 지옥 뒤에는 장기간의 지구 냉각이 이어졌다.

그는 “불로 튀긴 다음에 얼렸다”며, “그날 모든 공룡이 사멸한 것은 아니지만 많은 공룡들이 죽었다”고 말했다.

소행성 충돌로 생긴 충돌구를 채운 암석에서 드릴링으로 채취한 암석 표본. CREDIT: International Ocean Discovery Program

소행성 충돌로 생긴 충돌구를 채운 암석에서 드릴링으로 채취한 암석 표본. ⓒ International Ocean Discovery Program

원폭 100억 개와 맞먹는 위력

연구팀은 이 소행성 충돌이 2차세계대전 때 사용된 원자폭탄 100억 개와 맞먹는 위력을 가졌을 것으로 추정한다. 이 폭발로 수천 마일 떨어진 곳에 있는 나무와 식물들이 불탔고, 거대한 쓰나미가 발생해 바닷물이 미국 일리노이주 내륙까지 쏟아져 들어왔다는 것이다.

충돌구 안에서 연구팀은 숯과 함께 모래층 내부 혹은 바로 위에서 토양 곰팡이와 관련된 화학적 생체 표지자를 발견했다. 이 생체표지자는 토양 곰팡이가 충돌구 안으로 다시 쏟아져 들어온 바닷물에 의해 퇴적됐다는 표시다.

이 같은 사실들은 충돌로 타버린 풍경의 잔해들이 쓰나미 물이 빠지면서 충돌구 안으로 끌려 들어갔음을 시사한다.

충돌구 전문가인 제이 멜로시(Jay Melosh) 퍼듀대 교수는 산불 증거를 찾는 것은 연구팀이 소행성 충돌 이해의 올바른 길에 들어서 있음을 보여준다고 말했다.

연구를 수행한 텍서스대 지구과학대 션 굴릭 연구교수(오른쪽)와 논문 공저자인 조애나 모건(Joanna Morgan) 교수(영국 임페리얼 컬리지 런던)가 2016년 국제해양발견프로그램의 탐사선에서 소행성 충돌구를 뚫고 코어 표본 채취 작업을 하는 모습.   CREDIT: The University of Texas at Austin Jackson School of Geosciences

연구를 수행한 텍서스대 지구과학대 션 굴릭 연구교수(오른쪽)와 논문 공저자인 조애나 모건(Joanna Morgan) 교수(영국 임페리얼 컬리지 런던)가 2016년 국제해양발견프로그램의 탐사선에서 소행성 충돌구를 뚫고 코어 표본 채취 작업을 하는 모습. ⓒ The University of Texas at Austin Jackson School of Geosciences

“대량 멸종 야기하는 유일한 방법은 대기”

그러나 이번 연구에서 가장 중요한 사항은 채굴한 코어 샘플에 ‘존재하지 않는 것’이었다. 바로 충돌구 주변은 황이 풍부한 암석들이 가득했으나, 코어에는 황이 없었다.

이 발견은 소행성 충돌로 인해 충돌 현장에 존재했던 황을 함유한 광물들이 증발해 대기로 방출됐고, 이는 지구 기후에 큰 재앙을 일으켜 지구로 쏟아지는 햇빛을 반사시켜버림으로써 지구 냉각을 일으키게 됐다는 이론을 뒷받침한다.

연구팀은 이 충격으로 적어도 3250억 톤의 황이 방출됐을 것으로 추정한다. 이는 1883년 인도네시아 크라카타우(Krakatoa) 화산이 폭발해 내뿜은 황보다 규모가 네 배 이상 클 것으로 보고 있다. 당시 이 화산의 폭발로 5년 동안 지구 평균기온이 화씨 2.2도(섭씨 1.2도) 내려갔었다.

소행성 충돌은 충돌 지역 수준에서 대량 파괴를 일으켰으나, 당시 지구 규모로 공룡과 다른 생명체들을 대량 멸종시킨 것은 바로 지구상의 기후변화였다.

굴릭 교수는 “진짜 살인자는 대기였다”며, “이 같은 지구상의 대량 멸종을 야기하는 유일한 방법은 대기 효과뿐”이라고 강조했다.

 

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