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지구 101 고생대

페름기 대멸종

— 해양 생물 81%가 사라진 6만 년

2억 5,190만 년 전, 지구 역사상 가장 큰 멸종이 일어났다. 시베리아에서 터진 화산이 어떻게 바다를 질식시켰는지, 그리고 그 사실을 우리가 어떻게 알아냈는지 추적한다.

101 · 지구 101LESSON 051

지구 101 051

오늘의 질문

바다에 살던 생물의 열에 여덟이 사라졌습니다. 그것도 지질학적으로는 눈 깜짝할 사이인 6만 년 만에. 하늘에서 떨어진 것도 없었는데, 도대체 무엇이 지구를 이렇게 만들었을까요?

오늘의 수업

오늘의 학습 목표

증거 기반 추론 — 소행성설이 왜 힘을 잃었고 화산설이 왜 유력해졌는지를 "무엇이 발견됐고 무엇이 발견되지 않았는가"로 판단하기

다중 원인 분석 — 화산 → 이산화탄소 → 온난화 → 무산소 → 독성의 사슬 따라가기

자료의 한계 이해 — 화석 기록이 애초에 편향된 표본이라는 점 인식하기

시간 규모 감각 — "6만 년 만에"가 왜 급격한 것인지, 지질학적 시간 감각 잡기

페름기 대멸종 — 해양 생물 81%가 사라진 6만 년

숫자로 보는 오늘

2억 5,190만

년 전 페름기 말 경계

81%

해양 생물 종의 멸종 비율(추정)

약 6만 년

멸종이 진행된 기간

500만 년+

생태계 회복에 걸린 시간

1. HOW MUCH WAS LOST

얼마나 사라졌나

지구에는 다섯 번의 큰 멸종이 있었습니다. 그중 가장 유명한 것은 공룡을 없앤 백악기 말 멸종이지만, 규모로는 페름기 말이 압도적입니다. 영어권에서 이 사건을 아예 "The Great Dying"이라고 따로 부르는 이유가 있습니다.

삼엽충(trilobita) — 고생대를 상징하던 절지동물. 2억 7천만 년을 버티다 여기서 끝납니다.
사방산호(rugosa)·상판산호(tabulata) — 고생대 산호초를 만들던 두 무리가 통째로 사라집니다. 오늘날의 산호는 이들의 후손이 아니라, 트라이아스기에 별개 계통에서 새로 진화한 것입니다.
방추충(fusulinid) — 쌀알처럼 생긴 대형 유공충. 페름기 지층을 구분하는 표준화석이었습니다.

2. THE SIBERIAN TRAPS

범인은 시베리아에 있었다

백악기 말 멸종에는 명확한 물증이 있습니다. 전 세계 지층에서 발견되는 이리듐 층, 그리고 멕시코 유카탄반도의 칙술루브 충돌구입니다. 그런데 페름기 말에는 그런 충돌 흔적이 나오지 않습니다. 소행성 충돌설이 여러 번 제기됐지만, 결정적인 증거는 아직 없습니다.

3. THE CASCADE

연쇄 반응 — 바다가 질식하기까지

이 사건이 과학적으로 흥미로운 이유는, 하나의 원인이 아니라 도미노처럼 이어진 연쇄이기 때문입니다.

이산화탄소 급증 — 화산 기체 + 석탄층이 구워지며 나온 탄소가 대기로 쏟아집니다. 지층의 탄소 동위원소비(δ13C)가 이 시기에 급격히 떨어지는데, 이것이 유기물 기원 탄소가 대량 방출됐다는 화학적 지문입니다.
급격한 온난화 — 온실 효과로 지구 평균 기온이 크게 오릅니다. 연구에 따라 열대 해수면 온도가 40 ℃에 육박했다는 추정도 있습니다. 이 정도면 적도 부근 바다는 대부분의 동물이 살 수 없는 상태가 됩니다.
바닷물에 산소가 녹지 않음 — 여기가 핵심입니다. 물이 따뜻할수록 기체가 덜 녹습니다. 사이다를 상온에 두면 김이 빠지는 것과 같은 원리입니다. 게다가 표층과 심층의 온도 차가 줄어 바닷물이 위아래로 섞이지 않게 되면서, 깊은 바다에 산소가 공급되지 않습니다. 해양 무산소증(anoxia)입니다.
독성 물질의 축적 — 산소가 없는 바다에서는 황을 이용해 살아가는 세균이 번성하며 황화수소(H2S)가 쌓입니다. 산소 부족만으로도 치명적인데 독까지 더해진 셈입니다.
바다의 산성화 — 늘어난 이산화탄소가 바닷물에 녹아 pH를 떨어뜨립니다. 탄산칼슘 껍데기를 만드는 생물, 즉 산호와 조개류가 특히 큰 타격을 입습니다.

4. SURVIVORS

살아남은 것들, 그리고 텅 빈 세계

멸종 직후의 지구는 기묘한 풍경이었습니다. 초기 트라이아스기 육상 지층에서는 리스트로사우루스(Lystrosaurus)라는 단 한 종류의 동물 화석이 지역에 따라 발견되는 척추동물 화석의 대부분을 차지합니다. 돼지만 한 덩치에 부리와 두 개의 엄니를 가진 초식 동물이었습니다.

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페름기 말 대멸종의 주된 원인으로 현재 가장 유력하게 보는 것은?

①거대 소행성의 충돌
②시베리아 트랩의 대규모 화산 활동
③태양 활동의 급격한 감소
④초대륙 판게아의 분열

정답 ② — 시베리아 트랩의 분출 시기가 멸종 시기와 정확히 겹칩니다. 백악기 말과 달리 이 시기 지층에서는 충돌을 뒷받침하는 결정적 증거(이리듐 이상, 충돌구)가 발견되지 않았습니다.

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시베리아 트랩이 특히 치명적이었던 이유로 가장 적절한 것은?

①용암이 전 지구 대륙을 뒤덮었기 때문
②분출된 화산재가 태양을 영구히 가렸기 때문
③마그마가 석탄층을 관통하며 대량의 탄소를 추가로 방출했기 때문
④분출 지점이 적도 바로 아래에 있었기 때문

정답 ③ — 용암이 흐른 곳은 시베리아에 국한됐습니다. 전 지구적 영향을 만든 것은 기체입니다. 특히 마그마가 석탄층과 탄산염 지층을 구우면서 화산 자체가 낸 것보다 훨씬 많은 탄소가 대기로 들어갔습니다.

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수온 상승이 해양 생물에게 치명적이었던 직접적인 이유는?

①따뜻한 물일수록 산소가 적게 녹기 때문
②따뜻한 물일수록 밀도가 커져 바다가 얕아지기 때문
③수온이 높으면 바닷물의 염분이 사라지기 때문
④따뜻한 물에서는 광합성이 완전히 멈추기 때문

정답 ① — 기체의 용해도는 온도가 오르면 감소합니다. 여기에 표층과 심층의 온도 차가 줄어 해수 순환까지 약해지면서, 깊은 바다로 산소가 공급되지 않는 무산소 상태가 만들어졌습니다.

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이 시기에 완전히 멸종하여 고생대의 종말을 상징하게 된 절지동물은?

①암모나이트
②삼엽충
③투구게
④바다전갈

정답 ② — 삼엽충은 약 2억 7천만 년을 이어오다 페름기 말에 완전히 사라졌습니다. 암모나이트는 이 사건에서 큰 타격을 입었지만 살아남아 중생대에 다시 번성했고, 백악기 말에야 멸종합니다.

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초기 트라이아스기 육상 지층에서 압도적으로 많이 발견되어, 멸종 직후의 텅 빈 생태계를 보여주는 동물은?

①티라노사우루스
②디메트로돈
③리스트로사우루스
④메갈로돈

정답 ③ — 리스트로사우루스는 지역에 따라 초기 트라이아스기 육상 척추동물 화석의 대부분을 차지합니다. 경쟁자가 사라진 생태계가 얼마나 단조로웠는지 보여주는 지표입니다.

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본문에서 설명한 "해양 생물 81% 멸종"이라는 수치에 대한 설명으로 옳은 것은?

①화석을 모두 세어 확인한 정확한 측정값이다
②화석 기록이라는 편향된 표본에서 추정한 값으로, 연구에 따라 달라질 수 있다
③살아남은 생물의 수를 세어 역산한 확정값이다
④멸종한 개체 수를 기준으로 계산한 값이다

정답 ② — 단단한 껍데기나 뼈가 있는 생물만 화석으로 남습니다. 물렁한 몸을 가진 생물의 피해는 사실상 알 수 없습니다. 또한 이 수치는 개체 수가 아니라 "종(species)"의 비율입니다.

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오늘의 정리 — 생각해보기

페름기 말 멸종의 원인으로 소행성 충돌설이 제기됐지만 널리 받아들여지지 않았습니다. 백악기 말에는 충돌설이 정설이 됐는데, 두 경우에 과학자들이 확인한 증거의 차이는 무엇이었을까요? "증거가 없다"와 "증거가 아직 발견되지 않았다"는 같은 말일까요?

바다에서는 81%가 사라졌지만 육지에서는 상대적으로 피해가 덜했고, 변화도 더 천천히 일어났습니다. 같은 원인이 왜 바다와 육지에 다르게 작용했을까요? 3장의 연쇄 반응 중 어느 단계가 바다에만 특별히 치명적이었는지 짚어 보세요.

회복에 500만 년이 걸렸습니다. "멸종은 순식간, 회복은 아주 천천히"라는 이 비대칭은 왜 생길까요? 그리고 이 사실은 지금의 생물다양성 보전 논의에 어떤 의미를 줄까요?

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