[과학 지식] 지구에 있었던 2가지 대멸종의 원인은 무엇일까?

생명체의 대폭발과 대멸종의 시기

 지구는 아름답고 푸르르며 수많은 생명체들의 보금자리입니다. 그런데 이런 지구가 처음부터 생명력 넘치는 별이 아니었습니다. 그리고 무려 다섯 번의 대멸종을 겪었습니다. 그때마다 지구 생명체들의 거의 80~90%가 사라졌습니다.

 이번에는 이 대멸종 사건들 중 2가지에 대해 알아보겠습니다.

 수십억 년 동안 지구는 조그마한 벌레나 식물조차 없는 척박한 행성이었습니다. 그리고 7억 년 전 빙하기 이후 산소량이 증가하면서 단세포 생물은 다세포 생물로 진화합니다. 시간이 더욱 지나서 고생대 캄브리아기를 지난 후 5억 년 전쯤에는 삼엽충 실러캔스 같은 원시 어류를 비롯한 여러 종류의 생물들이 폭발적으로 늘어났습니다.

 지구는 점점 생명체들의 낙원으로 변화해 갔습니다. 산소 농도도 지금이랑 비교하면 거의 두 배쯤 됩니다. 그래서 이런 산소 농도에 적응한 거대 곤충들도 등장했습니다. 이 시기를 캄브리아기 대폭발이라고 부릅니다.

 그런데 4억 5천만 년 전 오르도비스기 말에 해양 생명체중 85%가 멸종하는 엄청난 일이 발생합니다. 이를 오르도비스기-실루리아기 대량 멸절, 줄여서 O-T 멸종이라고 합니다.

 당시 지구에서 어떤 일이 벌어져서 수많은 생명들이 사라졌던 것일까?

대멸종의 세 가지 원인

 이 대멸절은 워낙 오래전의 일이기 때문에 당시 어떤 일이 벌어졌었는지 명확한 원인을 찾기는 어렵습니다. 하지만 과학자들의 여러 가지 조사 결과를 토대로 O-T 멸종의 몇 가지 가설을 말씀드리겠습니다.

 첫 번째는 극 초신성의 감마선 폭발입니다. 이 감마선 폭발설을 지지하는 학자들은 다음과 같이 설명합니다. 당시 지구로부터 6천 광년 정도 떨어진 우리 은하 근처에 있는 극초신성이 감마선 폭발을 일으켰습니다. 이 폭발로 인해 지구 오존층의 절반 이상을 순간적으로 파괴했다. 그래서 행성에서 광합성을 하던 유기체를 비롯해서 육지 표면, 바다 표면에 서식하던 생명체들은 갑작스럽게 높은 자외선을 쬐게 된 것입니다. 이 감마선 폭발로 지구에 대량 멸종이 일어난 것입니다.

 감마선 폭발은 관측 가능한 우주 현상 중에 가장 강력한 전자기파를 발산합니다. 이 폭발이 일어나면 양 옆으로 일직선의 광선이 생기고 강력한 고속 입자의 방사선이 우주를 빠르게 이동합니다. 이 정도로 강력한 광선이 지구를 곧장 겨누게 된다면 지구는 당연히 박살이 날 것입니다. 물론 감마선의 폭발만으로는 지구 자체가 타거나 하는 일은 발생하지 않겠지만 오존층은 충분히 파괴되고도 남습니다. 오존층이 파괴가 된다면 태양의 자외선이 지구 안으로 곧장 들어오게 될 것입니다. 그래서 과학자들은 감마선 폭발 그 자체가 지구 생명체를 멸종시킨 게 아니라 오존층이 파괴된 게 문제였을 것이라고 설명합니다.

 과학자들은 또 이렇게 추정합니다. 당시 거대한 초신성 폭발은 대기의 질소와 산소 분자도 분리시켰으며, 이산화질소에 의한 스모그를 만들어냈을 것입니다. 그로 인해서 지구 전역의 햇빛이 가려지면서 빙하기 역시 찾아올 수 있었을 것이다. 꽤 신빙성 있는 이야기입니다.

 하지만 이 초신성 폭발 이론은 당시 어디에서 초신성 폭발이 일어난 것인지, 실제로 일어나긴 했는지에 대한 명백한 증거들을 제시하지는 못하고 있습니다.

 O-T 멸종에 대한 두 번째 가설은 바우 쇼크 가설입니다.

 바우 쇼크라는 것은 다음과 같습니다. 우리 은하는 가만히 있는 것이 아니라 우주를 엄청나게 빠른 속도로 이동 중입니다. 이때 우리 은하 앞쪽에서 기체들이 압축되고 가열되면서 우주선이 발생합니다. 이 우주선이 지구를 강타하게 되는 게 바로 바우 쇼크입니다.

 웨이크보드로 비유해 보겠습니다. 웨이크보드를 타고 배 바로 뒤쪽을 따라갈 때는 물살을 따라서 안정적으로 서 있을 수 있습니다. 평소 지구나 태양계 역시도 우리 은하의 자기장 안전 범위 안에 있기 때문에 바우 쇼크로 발생되는 우주선이나 기타 여러 가지 위험한 것들을 피할 수 있습니다. 그런데 웨이크보드를 타다가 배 바로 뒤쪽 물살이 아닌, 그 양옆 쪽으로 옮겨가게 된다면 물살이 거칠어지면서 서 있기도 어려워지게 됩니다.

 태양계도 마찬가지입니다. 태양계는 우리 은하를 공전하면서 우리 은하의 원반 위아래로 왔다 갔다 합니다. 그런데 이때 바우 쇼크가 일어나는 지점까지도 튕겨 나가게 됩니다. 그렇게 우리 은하의 보호막을 벗어나는 순간 지구는 바우 쇼크로 발생되는 치명적인 우주선에 노출됩니다.

 이 주기는 대략 6400만 년쯤 된다고 합니다. 화석 기록에 따르면 지구 생명체의 다양성은 공교롭게도 6200만 년 주기로 증감하는 게 확인됐습니다.

 이 때문에 과학자들은 다음과 같이 주장합니다. 지구의 생명체들은 6200만 년 주기로 바우 쇼크에 노출됐습니다. 그리고 이때 치명적인 방사선으로 유전자 변형, DNA 손상이 일어나면서 멸종하게 된 것이다라고 주장합니다.

 하지만 이 바우 쇼크 이론 역시도 굉장히 그럴듯해 보이지만 아직까지 확실하게 검증된 바는 없습니다.

 O-T 멸종의 세 번째 가설은 빙하기의 도래입니다. 빙하기가 찾아왔다는 증거는 계속해서 발견되고 있습니다. 멸종 전에는 지구의 대기 중에 있는 이산화탄소의 농도는 현재보다 8배나 높았습니다. 그만큼 온실 효과가 커서 굉장히 따뜻한 편이었을 것입니다. 갑자기 추워질 이유가 없는데 빙하기가 갑작스럽게 찾아온 이유는 무엇이었을까?

 어떤 학자들은 이 원인을 대규모 지각 운동에서 찾습니다. 적도 부근에서 거대한 산맥이 형성되고, 수천 km에 달하는 화산 열도가 적도 지역에 솟아올랐을 것입니다. 그렇게 되면 지표면에 노출된 수많은 암석들 속에 칼슘과 마그네슘이 대기 중에 이산화탄소와 반응을 시작하면서 이산화탄소가 암석에 갇히기 시작합니다. 이렇게 이산화탄소의 수치가 급격하게 감소하면 변화가 시작됩니다. 이산화탄소 농도가 감소하면 온실 효과가 줄어들고, 그 결과로 지구는 빙하기에 접어들게 된 것입니다. 이렇게 기온이 떨어지게 되면, 따뜻한 기후에 맞게 진화됐던 생물들은 점점 멸종하게 됩니다. 그리고 지구의 온도 역시 계속 내려가면서 빙하가 늘어나게 되었을 것입니다. 이 빙하는 세계 대양의 물을 가두는 역할을 합니다. 빙하가 점차 늘어나게 되었기 때문에 해수면은 하강했을 것입니다.

 '프란시스 맥도날드' 박사는 당시 해수면이 90m 가까이 내려간 곳도 있었을 것입니다. 그리고 서식지가 파괴되었기 때문에 대륙 근처의 얕은 해안가를 따라 서식하던 대부분의 해양 생물들도 대량 멸종할 수밖에 없었을 것이라고 말했습니다.

 2012년 스코틀랜드의 지질학자 '존 파넬' 교수는 식물의 육상 진출이 대멸종과 빙하기를 불러일으킨 장본인이라고 주장했습니다. 그리고 다음과 같이 말했습니다. "4억 6200만 년 전 오르도비스기 중엽의 지층에서는 원시 육상식물의 포자 화석이 종종 발견됩니다. 이 포자들은 수생식물의 포자들과는 다르게 육지의 건조한 환경으로부터 포자를 보호하는 역할을 했습니다. 일종의 덮개로 둘러싸여 있는 것입니다. 이것이 바로 식물이 육상으로 진출한 결정적인 증거입니다."

 오르도비스기 중엽부터 육지를 점령하기 시작한 식물들은 성장에 필요한 무기 염류를 얻기 위해서 암석을 풍화시켰을 것입니다. 그러면 각종 무기 염류들이 암석 밖으로 나오게 되고, 무기 염류를 흡수한 후에 죽은 육상 식물들은 빗물에 씻겨서 바다로 다시 흘러들어 갔을 것입니다. 이렇게 오르도비스기 말엽에는 바다에 갑작스럽게 무기 염류가 쏟아진 탓에 대규모 녹조 현상이 일어나게 됩니다. 이 녹조를 세균들이 분해하는 과정에서 물에 녹아있는 산소가 대부분 소모되었습니다. 그리고 해양 생물들은 산소 부족으로 대규모 멸종을 하게 되었을 것입니다. 거기에 더해 물에서 산소가 사라지게 되면 탄소는 이산화탄소가 되지 못합니다. 그래서 온실가스가 전 지구적으로 감소해서 지구의 기온이 떨어지고 빙하기가 찾아왔을 것입니다.

 이렇게 O-T 멸종의 세 가지 가설 초신성 폭발로 인한 감마선 폭발, 바우 쇼크 그리고 빙하기까지 알아봤습니다. 그런데 이 세 가지 가설 중에 어떤 것이 진짜 멸종의 원인이었는지는 아무도 모릅니다.

O-T 멸종 이후와 2번째 대멸종

 어쨌든 시간이 지나고 빙하기가 끝나면서 O-T 멸종은 마무리하게 되었습니다. 그리고 해수면이 다시 상승하고 지구는 안정화 단계에 돌입합니다. 그리고 4억 3천만 년 전 실루리아기가 시작됩니다.

 지구 오존층은 다시 형성됐고, 육상 생물들이 출연하게 되었습니다.

 고생대 데본기 말. 당시 지상에는 육상식물과 거미, 전갈 같은 생물체가 나타났습니다. 그리고 최초의 양서류라고 할 수 있는 엘피스토스테갈리아라는 생명체가 해안에 나타납니다. 최초의 숲이 생겨났고 곤충이 등장했습니다. 생명의 다양성이 완전히 회복된 것입니다.

 그런데 엘피스토스테갈리아가 해안에 나타난 직후 두 번째 대멸종이 발생합니다. 이 두 번째 대멸종은 지구 생명체의 70%가 사라지게 만들었습니다.

 2차 대멸종의 원인은 이번에도 빙하기입니다.

 2차 대멸종은 크게 두 개로 나뉩니다.

 첫 번째는 3억 7천만 년 전 잦은 해수면 변화로 인해서 해양 생물들이 막대한 타격을 입은 켈바서 사건.

 두 번째는 약 3억 6천만 년 전 빙하기 해수면 하강에 이어서 급격한 해수면 상승으로 해양 생태계와 지상 생태계 모두를 절멸로 몰고 간 햄겐베르크 사건. 당시 지층에는 해저산소량이 감소하고 동시에 탄소 매장이 폭증한 흔적이 나타납니다.

 물론 첫 번째 대멸종 사태처럼 생물들은 막대한 타격을 받았습니다.

 그런데 2차 대멸종 역시도 정확한 어떤 요인 때문에 지구의 대멸종을 불러일으켰는지는 확실치 않습니다. 첫 번째 대멸종 때처럼 극 초신성의 감마선 대폭발 때문에, 혹은 식물들 때문에 이런 현상이 일어났다는 추측들만 있을 뿐입니다.

 이 멸종으로 삼엽충의 대부분을 포함한 많은 생명체들이 멸종하게 됩니다.

 긴 멸종 기간 이후 지구엔 또다시 안정기가 찾아왔습니다. 이후 데본기 말부터 육지는 식물들이나 곤충들이 장악하기 시작했고, 바퀴벌레의 조상 같은 원시 곤충들도 등장했습니다. 지구 생명체들은 또다시 눈부시게 발전하게 됩니다.