공룡을 멸종시킨 것은 소행성일까 화산일까?

기존 정설로 받아들여지던 이론을 1억 번의 슈퍼컴퓨터 시뮬레이션으로 뒤집어

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백악기 공룡 대멸종을 불러온 요인이 무엇인지는 여전히 논쟁거리로 남아있다. ⓒGettyImagesBank

지구를 지배하던 공룡들을 순식간에 멸종시킨 원인이 무엇인지 오랜 논쟁이 지속되던 중 ‘소행성 충돌’이 주된 요인으로 받아들여지는 추세였다. 그러나 미국 다트머스대를 중심으로 한 연구팀이 슈퍼컴퓨터를 이용한 수치계산을 통해 화산 폭발이 멸종 요인으로 유력하다는 정량적 근거를 제시했다. 해당 연구결과는 9월 12일 미국 국립과학원회보(PNAS)에 게재되었다.

 

지구를 뒤바꾼 대멸종의 원인을 찾아서

6,600만 년 전 공룡을 포함해 지구 생물의 대멸종을 부른 결정적인 계기는 무엇이었을까. 오르도비스기, 데본기, 페름기, 트라이아스기, 백악기의 막을 닫으며 지구 생물의 역사를 바꿔놓은 5대 대멸종의 주된 원인이 무엇이었는지는 아직까지도 논쟁거리가 되고 있다. 기후 및 환경변화와 새로운 생물종의 번성 등 다양한 원인이 제시되는 가운데, 특히 ‘혜성 및 소행성의 충돌’과 ‘화산폭발’ 중 어느 것이 주된 원인인지가 팽팽한 대립을 이루고 있다.

여러 운석 충돌구의 발견으로 인해 학계에서는 점차 소행성 및 혜성의 충돌이 주요 원인이었다는 설을 정론으로 받아들이고 있던 중, 다트머스(Dartmouth) 대를 중심으로 한 연구팀은 화산 활동이 생물 대멸종의 주요 원인이라는 연구 결과를 발표했다. 연구팀은 지구에 있었던 생물종의 대변혁과 화산폭발이 명백한 상관관계가 있다는 정량적인 증거를 제시한다. 해당 연구결과는 9월 12일자 미국 국립과학원회보(PNAS)를 통해 발표되었다.

 

거대 화성암 지대와 슈퍼컴퓨터로 찾아낸 증거

연구팀은 범람 현무암(flood basalt) 및 거대 화성암 지대(Large Igneous Province, LIP)를 만든 대규모 화산 분출이 지구에 있었던 대멸종과 시기를 같이한다는 것을 근거로 들었다. 범람 현무암은 일련의 화산분출이 큰 규모로 일어나 넓게 뻗은 대지를 현무암 용암이 뒤덮는 것을 말하는데, 대멸종을 야기한 것으로 추정되는 범람 현무암은 대륙 전체를 뒤덮을 정도의 규모였다.

분출된 용암이 굳어져 계단처럼 생긴 광대한 화성암 지역 또한 증거가 되는데, ‘거대’ 화성암 지대는 최소 10만km³의 마그마가 포함된다. 1980년에 있었던 세인트 헬렌스 화산의 분화가 1 km³미만의 마그마 규모였다는 것을 고려하면 거대 화성암 지대를 만들려면 화산 분출이 얼마나 격렬해야 하는지를 가늠할 수 있다. 연구에 따르면 대멸종 시기의 화산은 이보다도 백만 배 이상 많은 용암을 분출한 것으로 추정된다.

거대 화성암 지대 중 하나인 데칸 고원의 모습이다. ⓒWikimedia

연구팀은 지질학적 시간 척도, 고생물학, 거대 화성암 지대에 대한 데이터를 활용하여 대멸종과 거대 화성암 지대 사이의 시간적 연관성을 조사했다. 연구의 1저자이자 프린스턴대의 박사과정 학생인 시오도어 그린은 수행된 연구 결과에 대해 “이 계단 모양의 거대 화성암 지대를 만든 대규모 화산 폭발은 대멸종은 물론 다른 중요한 기후 및 환경 관련 사건들과 같은 때에 일어난 것으로 보인다”고 설명했다.

연구팀은 이러한 시기적 맞물림이 단순한 우연이 아니며 인과관계가 있음을 증명하기 위해, 그리고 그 연관성을 정량화하기 위해 슈퍼컴퓨터를 통해 수치계산을 수행했다. 연구팀은 5번의 대멸종을 포괄하되 이에 한정되지 않은 지질학적 시간 척도를 설정하고, 범람 현무암을 만든 화산분출 시기의 최적 추정치를 대멸종 시기와 비교했다. 그리고 이러한 대규모 화산분출과 생물의 대량 멸종이 같은 시기에 일어난 것이 우연이 아님을 증명하기 위해, 화산 분출의 양상을 각기 다른 1억 개의 경우로 무작위로 설정하였다.

그 결과, 대규모 화산 분출과 대멸종의 시기가 같은 것이 우연일 가능성보다 인과관계가 존재할 가능성이 훨씬 크다는 것을 발견했다. 또한 연구팀은 분출 자체의 규모를 고려하기보단 용암이 분출되는 속도에 초점을 맞추었는데, 폭발 속도가 가장 빠른 화산 활동이 실제로 더 큰 규모의 파괴와 더 심각한 멸종을 일으켰다는 것을 발견했다.

 

소행성 vs 화산, 그 종착은?

공룡이 멸종할 무렵 멕시코 유카탄 반도에 운석 충돌로 형성된 칙술루브 충돌구(Chicxulub impactor)는 충돌로 인한 대량멸종설에 결정적인 증거가 되어왔다. 이에 대해 연구의 공동저자인 다트머스 대 브렌힌 켈러 교수는 “화산폭발을 포함해 공룡이 멸종한 원인을 설명하려는 다른 모든 이론은 칙술루브 충돌구가 발견되었을 때 무산되었었다”며 그간 충돌설 외의 다른 가설들이 주목받지 못했던 점을 아쉬워했다. 또한 “칙술루브 충돌구 발견 이후 수십 년간의 탐사 및 연구에도 불구하고, 다른 대멸종과 일치하는 유사한 충돌구 증거는 거의 없다”고 지적했다.

5만년 전 미국 애리조나에 생성된 배링거 충돌구의 모습. 칙술루브 충돌구는 이보다 수백 배는 더 컸을 것으로 추정된다. ⓒFlickr, Marcin Wichary

운석충돌설의 강력한 증거가 된 멕시코 유카탄 반도의 칙술루브 충돌구 (상상도) ⓒScience/Detlev van Ravensway

화산폭발로 인한 대량 멸종을 지지하는 지질학적 근거 중 하나로 ‘시베리아 트랩’을 들 수 있다. 시베리아 트랩은 2억 5,200만년 전 지금의 시베리아에서 있었던 일련의 화산폭발로 인해 형성된 호주 크기의 화산암 지대이다. 대기 중에 엄청난 양의 이산화탄소를 방출함으로써 거의 모든 생명체를 질식시킬 뻔 했으며, 지구 역사상 가장 괴멸적인 대멸종을 초래한 화산 활동으로 추정된다. 공룡이 멸종할 무렵의 인도반도를 크게 뒤흔들어 데칸 고원을 형성할 정도의 격렬한 화산활동 또한 대멸종에 크게 기여했을 것으로 보인다. 소행성 충돌과 마찬가지로 대기를 먼지와 유독가스로 뒤덮어 공룡과 다른 생명체를 질식시키는 등 전 세계적으로 광범위한 영향을 미쳤을 것으로 추정된다.

또한 연구원들이 같은 시뮬레이션을 통해 소행성 충돌과 생물 대멸종의 상관관계 수치를 측정한 결과, 충돌과 그로 인한 대멸종의 인과관계는 매우 약했으며, 특히 칙술루브 충돌구를 고려하지 않을 경우 매우 미미해졌다. 이는 우리에게 알려진 다른 작은 충돌들 또한 심각한 멸종을 일으키지 않았음을 시사한다. 거의 매듭지어졌다 여겨졌던 지구 역사상 생물의 대멸종 원인 논쟁에 다시 불이 붙으면서 과학자들이 어떤 새로운 요인들을 발견해낼 것인지, 그리고 이 논쟁의 향방이 어떻게 흘러갈 것인지에 귀추가 주목되고 있다.

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