지구 생명체의 진화(11). 5대멸종(IV)

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<대멸종의 원인>

대멸종에 대해 수많은 가설이 제시되었지만 근래 학자들은 중복되는 여러 원인들이 함께 작용하여 대멸종이 일어났다는 견해를 가장 선호한다. 다섯 번의 대멸종마다 각각 한 가지씩 주된 원인이 있었지만 그것만으로 대 멸종이 일어났다고는 볼 수 없다는 시각이다.

여하튼 어떤 연유로든 대 멸종이 일어난 것은 사실이다. 그런데 하나의 위기가 바로 다음 시대를 위한 기회로 작용한다는 것은 잘 알려진 사실이다.

이를 보면 지구 생명이 어느 정도 진화한 후 멸종이라는 극단적인 처방이 내려졌기 때문에 결국 멸종이 새 시대를 열기 위한 필수조건이 되었다는 설명도 지지를 받는다. 우리 생명계는 멸종과 진화의 역사를 반복하면서 진화해 왔다는 것이다.

화석을 통한 정밀 조사에 따르면 적어도 다섯 번의 대멸종과 열두 번 정도의 소규모 멸종이 일어났다. 페름기에는 무려 96퍼센트나 되는 생물들이 멸종했다. 그런 멸종이 반복되었음에도 현재 지구상에 생명체가 존속한다는 것은 지구상의 생물이 취약하면서도 동시에 복원력이 있어 곧바로 회복될 수 있음을 보여준다.

워낙 대멸종이 오래 전에 일어난 사실이므로 이들 멸종의 원인을 명쾌하게 설명할 수 있는 것이 아니다. 2001년 매클리오드 박사는 대멸종의 원인들로 주로 언급되는 사건들과 대멸종의 관계를 비교적 간단하게 정리하였다.

자와섬 의  세메루산

가장 잘 알려진 원인은 화산 폭발이다. 화산폭발로 먼지와 에어로졸을 생성하여 광합성을 방해하고 먹이사슬을 육지와 해양에서 파괴할 수 있다. 또한 산화황을 방출하여 산성비가 내리고 많은 생명체들을 중독시켜 먹이사슬의 파괴를 더욱 심화시킬 수 있다.

더불어 이산화탄소를 방출하여 먼지와 에어로졸이 소멸되었을 때에 지구 온난화를 야기할 수 있다. 화산 폭발은 긴 휴면기를 거치며 단기간에 일어나지만 긴 시간동안 이산화탄소가 축적됨에 따라 결국에는 기온이 올라가도록 만든다. 그러므로 학자들은 5대 멸종 모두 화산 폭발과 연계된다고 추정한다.

해수면의 하강도 대멸종의 커다란 요인 중 하나로 지적했다.

바다 속에서 본 해수면

해수면의 하강은 전세계에서 동시에 해저가 조간대로 변화하고, 해변이 육지로 변화하며 지질학적으로 그 지역의 지층이 조산운동과 같이 융기한 증거가 없는 현상을 의미한다. 해수면 하강은 바다에서 가장 생산적인 지역인 대륙붕을 감소시켜 대멸종의 원인이 될 수 있다. 또한 기후 패턴을 붕괴하여 육지에서의 멸종을 일으킬 수 있다. 학자들은 해수면 하강이 5대 대멸종을 포함하여 거의 모든 멸종과 관련이 있다고 추정한다.

운석 충돌설도 강력한 요인 중 하나다.

거대한 운석이나 혜성의 충돌은 먼지와 에어로졸을 생성하여 광합성을 방해하므로 육지와 해양에서 모두 먹이사슬을 붕괴시킬 수 있다. 황이 풍부한 운석들의 충돌은 산화황을 발생시켜 독성 산성비를 내려서 결국 먹이사슬의 붕괴를 초래한다.

많은 학자들이 6500만 년 전 거대한 운석이 지구에 충돌하여 생태계에 큰 충격을 주었다는데 동의한다. 그러나 운석 충돌이 공룡 멸종의 유일한 멸종인지에 대해서는 유보적이다. 그만큼 대멸종은 여러 가지 요인이 복합적으로 작용했다는 뜻이다.

 

공룡의 최후

지구 냉각화도 제시되었는데 오랜 기간 지속되면 극지방에 사는 생물체들이 멸종될 수 있는 것은 사실이다. 그러나 빙하기의 빙하작용이 생물의 다양성에 큰 영향을 끼치지 않는다고 알려져 있으므로 지구 냉각화만으로는 대멸종을 설명하기 어렵다.

지구 온난화는 지구 냉각화와 반대의 결과를 낳는다. 열대기후에 사는 생물들은 멸종하거나 극지방으로 이동하여 치열한 생존경쟁으로 인하여 극지방의 많은 종들이 멸종할 수 있다는 것이다. 지구에서 일어난 여러 번의 대멸종과 소규모 멸종에서 지구 온난화가 크게 관여했다고 주장된다.

무산소증도 제시된다. 무산소증은 바다의 중층과 표층에서 산소가 부족해지거나 아예 없어지는 현상을 의미하는데 화산 폭발로 인한 장기간의 지구 온난화와 관련돼있다.

2005년 쿨프 박사는 페름기-트라이아스기 멸종이 해양에서 광합성하는 플랑크톤과 심해의 황산염 분해 박테리아의 균형이 붕괴되어 일어났다고 주장했다. 이는 황화수소 대량 방출을 일으켜 육지와 해양 생물을 중독시키고 오존층을 파괴하여 남은 생명체들이 자외선에 노출되어 죽었다는 것이다.

 

초신성 폭발

태양계 밖의 신성, 초신성 폭발 혹은 감마선 폭발이 대멸종이 일어났다는 주장도 있다.

일부 학자들은 6,000광년 이내의 별에서 발생한 감마선 폭발이 지구의 오존층을 파괴하여 자외선에 그대로 노출되면 지구의 생명체에 치명상을 줄 수 있다고 설명한다. 다소 황당하게 설명되는 이와 같은 주장은 천문학적인 연구에 의해 멸종이 일어난 시기와 비슷한 시기에 실제로 감마선 폭발이 일어났기 때문이다.

판구조론 즉 대륙의 이동이 대멸종과 관련있다는 주장은 계속 제기되었다. 판구조변화로 바다와 바람의 흐름을 바꾸어 기후를 변화시킬 수 있다는 것이다. 학자들은 판게아가 형성됨으로 인해 페름기 말에 멸종이 발생된 것으로 추정하며 판게아가 형성될 당시 수중 생물들의 속의 다양성이 급격히 줄어들었다는 것도 증거로 제시한다.

멸종에 대한 다양한 가설이 있지만 근래 매우 색다른 연구가 발표되었다. 지구 역사의 초기에 있었던 대량 멸종 사건에서 화산 활동이 했던 역할이 이전에 생각했던 것보다 훨씬 작았다는 것이다.

 

전형적인 범람현무암 분출(자료 Jonathan Poulter)

지구 역사의 초기에 있었던 대량 멸종 사건에서 화산 활동이 이전에 생각했던 것보다 훨씬 미미했을지 모른다는 것은 리즈 대학의 슈미트박사가 주장했다. 특히 6500만 년 전의 공룡멸종의 경우 더욱 그러하다.

소행성 충돌과 대륙 범람 현무암이라고 불리는 오랜 기간 지속되는 화산 분출은 대기 중으로 기체와 먼지를 내뿜고 수 년 동안 기후를 변화시킨다. 지금까지 대륙 범람 현무암에서 수 년 간 분출된 이산화황이 어떤 결과를 가져오는지를 추적했다.

슈미트 박사는 이러한 분출이 지구의 기후, 식생, 및 바다에 끼치는 영향이 어떤 성질을 가지고 있으며 어느 정도나 영향을 끼치는지에 대한 정량적인 추정치를 계산했다. 그는 한가지 예로 공룡 멸종을 들었다.

범람 현무암

‘공룡이 지구를 지배할 당시에 총 100만 년 정도 되는 기간 동안 여러 차례의 오래 지속되는 분출이 있었다. 이러한 분출은 ‘대륙 범람 현무암’ 이라고 불리는데, 오늘날 종종 볼 수 있는 화산 분출과는 다른 양상으로 용암이 마치 불의 장막처럼 땅에서 솟아오르는 형태였다. 매번 일어나는 분출은 수 년, 혹은 수십 년 동안 지속되었으며 이러한 분출 중간 중간에는 화산 활동이 없는 시기가 있었다. 평균적인 강도의 분출이 한 번 일어났을 때 방출되는 용암은 1분에 올림픽 규격의 수영장 150개를 채울 수 있을 정도의 양으로 추정된다.‘

 

그는 기체와 에어로졸 입자들의 확산에 대한 복잡한 컴퓨터 시뮬레이션을 사용하여 범람 현무암이 기후에 끼치는 영향이 이전에 과학자들이 주장했던 것보다 크지 않다는 것을 발견했다. 즉 이런 범람 현무암이 중단되지 않은 채 수백 년 동안 흘러나왔을 경우에만 기후에 대한 충격이 식물과 동물들에게 심각한 영향을 줄 수 있다는 것으로 그렇게 계속 화산활동이 일어날 수 없다는 뜻이다.

특히 슈미트 박사는 6500만 년 전에 오늘날 인디아의 1/3 정도를 덮은 데칸 트랩 분출과 같은 대륙 범람 현무암 분출의 강도와 기간에 대한 정보를 이용하여 이런 분출에서 내뿜는 이산화황 기체의 양과 기후 및 환경에 대한 영향을 추정했다.

컴퓨터 시뮬레이션 결과는 지구의 온도는 이런 분출의 결과 최대 섭씨 4.5도 정도 내려갔으나 이런 정도의 온도는 분출이 멈추자 50년 이내에 정상으로 되돌아 왔다는 것이다.

슈미트 박사는 자신의 결론이 기후의 되먹임 효과가 오늘날과 매우 비슷했으리라는 가정에 기반하고 있다고 강조했다. 특히 산성비가 식생에 미치는 영향은 상당히 선택적이라고 강조했다.

이는 당대의 화산활동 등이 전지구적이 아니라 일부의 식생들을 죽이는데 효과적이므로 다른 지역에서는 그 영향이 무시할 정도라는 것이다. 한마디로 개별적인 분출과 화산활동이 없었던 기간이 상당수 있었고 그 중지 기간에 지구 생태계의 자생력이 가동되어 대량 멸종을 막을 수 있으므로 이들을 고려하면 화산활동의 파괴력이 그만큼 줄어든다는 뜻이다.

이런 예를 보더라도 근래의 학자들은 단 하나의 요인으로 대멸종이 일어난 것이 아니라 중복되는 여러 원인들이 함께 작용하여 대멸종이 일어났다는 견해를 가장 선호한다. 일부 학자들은 다섯 번의 대멸종마다 각각 한 가지씩 주된 원인을 제시하지만 그 주된 요인도 매번 다른데다가 복합적인 요인이 함께 어울러졌다는 점을 지적한다.