페름기 대멸종

Permian–Triassic extinction event

1 개요

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생태계판 포맷
약 2억 5천 1백만년 전, 고생대의 페름기와 중생대의 트라이아스기의 사이에 일어난 대멸종.

지구 역사상 최대의 멸종으로, 너무 큰 규모의 멸종이었기 때문에 모든 멸종의 어머니[1]라는 별명이 붙었다. 해양 생물종의 약 96%와 육상 척추동물의 70% 이상이 절멸했다. 계산에 따라서는 지구 생물 종[2]의 98%가 절멸했다고 한다.

그런데 유의할 점은, 개체수가 줄었다고 해도 자손이 남으면 종이 절멸한 것이 아니라는 것이다. [3] 즉 98%가 멸종했다는 말은 생물 개체수의 98%가 사망했다는 것이 아니라, 완전히 없어져서 대가 끊긴 종이 전체의 98%라는 뜻이다. 즉 사라진 개체수는 사라진 종의 수를 아득하게 뛰어넘는다. 다시말하면 그냥 거의 다 죽었다는 말이다. 일반인에게는 공룡이 멸종한 K-T 멸종이 최고의 네임드지만 80년대 이후 페름기 대멸종의 연구가 활발해지면서 이제는 고생물학 최고의 네임드 대멸종이 되었다.

2011년 11월 20일, 대멸종이 정점에 이른 시기는 2억 5천 228만년 전 무렵이었고 지속 기간은 20만년 미만이며, 대부분의 동식물이 멸종하기까지는 약 2만년이 걸렸음이 밝혀졌다고 사이언스 데일리가 보도했다. 간단히 말하자면 2만 년 동안 서서히 멸종이 진행되었다는 것이다.

2 상세

2.1 기간

2억 5100만년 전, 고생대의 페름기가 끝나는 순간에 시작되어 트라이아스기 초기에 이르기까지 계속되었다. 그러므로 생물들의 멸종 자체는 트라이아스기 초기에 일어났다. 페름기가 끝나자마자 모든 생물들의 98%가 단숨에 쓰러져 죽은 게 아니다.

2.2 대멸종 당시의 환경

대멸종 당시의 상당수 지층은 검은 색인데, 이 색깔은 무산소 환경에서나 나타나는 것이다. 산소가 없어서 철이 붉게 산화되지도 않고, 유기물이 분해되지 않고 그대로 쌓였기 때문이다. 석탄기와 페름기에는 현재는 상상도 못 할 정도로 거대한 절지동물들이 나타났는데 이는 당시 산소 농도가 매우 높아[4] 거대한 몸집을 감당할 수 있었기 때문이다. 그 정도 수준의 산소가 지질학적으로 급격하게 줄어들었으니[5] 결과는 안 봐도 뻔하다. 얼마나 산소가 없었는지, 이 시대 전후의 지층을 확인했더니 무조건 철이 붉게 산화되어 나오던 지층들이 이 시대에만 시커멓게 나왔다고 한다. 그야말로 암흑시대 그렇지만 무산소수준의 지층들이 나온 이유는 동식물들이 떼거리로 몰살 당하고 흙이 씻겨내려가면서 엄청난 양의 유기물이 바다로 흘러들어가 미생물들이 대량으로 번식하는 바람에 바다가 무산소화가 되었고 그 바다쪽의 퇴적지층이 무산소 환경지층들이라는 의견도 있다. 하여튼, 산소가 파탄났으니 산소원자 3개로 이루어진 동소체 오존의 생성도 당연히 줄어들고, 화산 폭발로 생성되는 황화수소와 염소 화합물 등의 유독물질은 오존층을 파괴하기 때문에 오존층이 박살이 났고, 지표면에 살인적인 자외선이 내려쬐었다. 한편 일반 대기중의 오존 농도는 비교적 높았는데, 왜 그러냐면 오존층이 파괴되어 UV-B 등 강력한 자외선이 지표에 다이렉트로 때려박히니 대류권에서 산소가 대량으로 광분해되어 오존이 생성된 것. 원래는 O2 분자나 질소 산화물이 자외선을 받아 O 하나가 떨어져 나오고, 그게 다른 O2와 결합하여 O3 오존을 생성하는 것이다. 근데 이게 원래는 지표에서 거의 일어나지 않고[6] 성층권 이상에서 주로 발생하는 현상인데, 그게 지표에서 대량으로 일어난 것. 물론 이 오존이 상승해서 다시 오존층을 형성하는건 수만~수십만년은 지난 이후의 일이다.
자료에 따라서는 이 때의 대기 중 이산화탄소 비율이 3%~10%였다는 말도 있다. 현재는 0.039%이니 약 100~300배 정도 많았던 거다. 그래서 순식간에 지구 평균온도가 6도 상승하는 등 미치도록 더웠다. 또한 호흡 과정은 공기 중 산소 농도가 아니라 이산화탄소 농도를 감지해서 이뤄진다는 점을 생각하면, 저 정도 이산화탄소 농도라면 생물체들의 호흡 중추가 개발살났으리라는 것도 추정할 수 있다.
  • 민물이 없었다.
너무 더워서 거의 모든 강과 호수가 말라붙었기 때문이다.
  • 흙이 사라졌다.
운석 충돌 및 기타 요인으로 식물이 떼죽음을 당하자 경사면의 토양을 붙잡을 뿌리가 없어졌기 때문이다. 이럴 때 비가 오면 그대로 산사태. 현대와 차이점이 있다면, 우리가 생각하는 경사면 일부가 좀 흘러내리는 그런 산사태가 아니라, 산이 무너지는 스케일의 산사태다.
  • 황화수소와 같은 유독물질이 많았다.
이 때문에 현대와는 비교도 할 수 없는 고농도의 산성비가 내렸고, 동식물들의 호흡과 생존에 큰 지장을 초래했다.

종합하면 대기 오염, 지구온난화, 물 부족, 오존층 파괴, 토양 오염, 산성비의 콤보다. 여기에 초기에는 황산화물 등에 의해서 태양빛이 차단된 지구가 한랭화, 즉 빙하기를 거치다가 이후 연속된 양성피드백에 의해 온난화가 다시 한 번 쓸고 지나갔다는 이야기도 있다.

2.3 피해자들

거의 모든 생명체.

농담이 아니라, 후술하는 극소수의 생존자들을 제외하고 깡그리 다 죽었다. 여기에 이름을 올린 네임드는 피해자 중 일부일 뿐이다.

  • 고생대를 상징하던 그 많던 삼엽충이 완전히 사라졌다.
  • 바다전갈을 비롯한 대부분의 해양 생물종이 완전히 멸종하거나 쇠퇴했다.
  • 특히 방추충(초대형 플랑크톤), 완족동물[7]이 큰 타격을 입었고, 불가사리의 친척 격 생물들도 모두 전멸하여 내장격을 외곽으로 바꾼 불가사리만이 살아남았다.
  • 육지에서도 식물, 양서류, 파충류 등 전 생태계에 걸친 광범위한 멸종이 있었다.
  • 곤충마저도 대멸종을 피해가지 못했다. 여러 대멸종들 중에서도 그 질긴 곤충류가 대량 멸종한 것은 페름기 대멸종이 유일하다.[8]
  • 페름기까지 땅 위를 지배하던, 포유류의 조상인 시냅시드(단궁류)들이 이 대멸종으로 대부분 사라졌다.
  • 상어들은 잘 살아남은것처럼 묘사되나 사실 바다의 피해가 육지보다 컸던 만큼(96%멸종) 당대 바다를 주름잡던 상어류를 비롯한 연골어류자체가 소수민족(...)으로 전락할 정도로 큰 피해를 입었으며 특히 석탄기-페름기에 걸쳐 엄청나게 번성했던 전두어아강은 은상어를비롯한 일부 소형종을 제외하고는 완전히 사라졌으며, 판새아강의 상어들도 상당한 피해를 입어서 페름기 당시에 있었던 주요한 3부류[9] 중 히보두스류를 제외한 두 부류가 거의 완전히 사라졌고 히보두스류도 타격을 받았다. 따라서 페름기 대멸종은 결코 상어들에게 순탄했던(...) 대멸종이 아니었으며 오히려 연골어류 중심의 바다 척추동물 동물상에 사형선고나 다름없는 대멸종었다. 그러니까 그럭저럭 생태계 포맷을 순탄하게 넘어가서 현대까지 후손이 생존한 게 아니라, 애초에 숫자가 워낙 많아서 극소수라도 멸종을 피할 수 있었다는 것.

2.4 원인

정확한 원인은 밝혀져 있지 않으며 학설이 분분하다.

2.4.1 시베리안 트랩

현재 정설이라기에는 다소 무리가 있지만 가장 많은 지지를 받는 설명으로 시베리안 트랩에 대규모의 화산 분출이 일어나 메탄 가스가 대규모로 분출되었다는 것이다. 페름기 대멸종 시점에 탄소 동위원소의 비율에 상당한 변화가 일어나는데, 메탄 가스가 대규모로 분출되었다고 하면 이를 설명할 수 있다. 이 시나리오에서 따르면 지구 내부에 있는 맨틀이 대류하면서 아주 가끔 열 덩어리가 치솟는데, 이것이 지구 외각과 충돌하면서 시베리아 대륙에 엄청난 화산 폭발을 일으켰다는 것이다. 이러한 화산폭발은 바다속에서 일어났으며 그 결과 심해바다를 끓이게 되며 이로써 고체상태로 바다속에 머물고 있는 메탄가스가 기화하며 메탄 가스의 대규모 분출로 온난화가 진행되었다는 것이다. 참고로 이 수준까진 아니지만 현재 지구온난화의 영향으로 지난 수년간 시베리아와 알라스카에 지표면에 매장되어있던 메탄이 폭발 또는 분출되는 양이 늘고 있다. 이에 따른 온난화 가속화 역시 얼마 있지 않아 심각히 고려해야 할 가능성이 높다고 한다.역사는 반복된다. 노아의 방주 페름기 버전

메탄가스는 이산화탄소보다 온실효과가 21배정도 강한데 이 때문에 지구의 온난화는 매우 심각했고, 이는 지표면의 강과 호수들을 몽땅 증발시킬 정도였을 것이라고 한다. 실제로 이때 당시를 모습을 보여주는 화석 중 가장 처참한 것은 물이 나온 것으로 보이는 웅덩이 주변에 육식동물, 초식동물을 포함한 동물들이 모두 모여 죽은 상태가 그대로 화석화 된 것이다.

그런데 이 학설의 문제는 도대체 어떻게 이 멸종이 지나갔는지를 설명할 수 없다는 점이다. 살아남은 소수의 식물들이 오랜 세월에 걸쳐서 조금씩 대기중의 이산화탄소[10]를 흡수해서 지구가 원래의 상태로 돌아갔다고 하는 것이 유일한 설명이지만, 페름기 대멸종이 지나간 후 지구가 정상화되기에는 그 정도까지 오랜 시간이 걸리지 않았다.[11] 탄소 동위원소의 변화가 메탄 가스의 대규모 분출 때문이라고 본다면, 대멸종 이후 그 메탄가스들이 믿을 수 없는 속도로 재수납되었다고 보아야 하는 문제가 생기는 것.

하지만 메탄가스는 산소와의 결합력이 뛰어난 편이므로 아마 그 당시의 높은 산소 레벨이면 메탄가스를 빠른 속도로 산화시켜 대기 중 농도를 줄이는 것이 가능했을 수도 있다. 시베리아에 대륙이 찢긴 정도의 흔적이 남은 것, 그리고 물 때문에 고생한 화석의 흔적 등으로 볼때 저 학설을 정설로 받아들이는 것이 대세. 게다가 산소 농도 자체가 가장 바닥을 쳤던 것이 페름기 대멸종 시기가 아니라 그 이후의 트라이아스기 중후반이였고 산소 농도가 현재 수준에 가까울 정도로 돌아온 것이 중생대 후반인 백악기쯤이라는 학설도 있기 때문에 산소 농도의 회복 자체는 상당히 느렸던 것으로 보인다.

2.4.2 운석

또다른 유력한 설명은 운석 충돌설이다. 영어 위키에 따르면 2006년에 오하이오 대학교에서 발표한 바에 따르면 남극대륙에서 이때 쯤에 생긴 것으로 추정되는 지름 480km짜리 윌크스랜드 크레이터(Wilkes Land crater)[12]가 발견되었다고 한다. 저정도 운석공을 남길만한 초대형 운석 충돌은 메탄 분출 수준이 아니라 지축을 뒤집어 엎는 정도의 대재앙을 수반하므로 사실상 모든 종류의 설명과 공존할 수 있다.운석 만능설 그리고 이 충돌로 인한 충격파가 지구 반대편에 시베리안 트랩을 발생시켰을 것이라는 가설도 있다. 총체적 난국

문제는 운석 충돌이 일어난 시점이 정확하게 페름기 대멸종 시점과 일치하는가 하는 점. 대멸종보다 운석 충돌이 시기적으로 몇백만년 정도 빠르다고 보는 사람이 많다. 또한 K-T 멸종시기의 지층에서 전세계적으로 이리듐 층 등의 운석의 여파가 발견되는 것과는 달리 페름기 말의 지층에서는 이러한 흔적이 거의 발견되지 않았기 때문에, 운석 충돌이 실제로 어느 정도 영향이 있었는지에도 의문이 있다.

2.4.3 독가스

온실효과로 인해 해류가 멈춰 버리면서 전 세계 해양의 무산소화가 일어났으며 이로인해 바다 생태계가 결딴났다는 설이다. 하지만 이것은 재앙의 시작일 뿐이었다.

이 시기 지층에서는 산소가 없고 빛이 있는 환경에서 사는 녹색유황균(green sulfur bacteria)의 화석이 대량으로 발견되었는데 이 세균은 황화수소 가스를 산화시켜 황으로 전환시킴으로써 에너지를 얻는 세균들로 당시 엄청난 양의 황화수소가 바닷속에 저장되어있었다는 증거였다. 본래 이 황화수소는 수면에서 흡수되어 해류를 타고 내려오는 산소와 균형을 이루면서 케모클라인(chemocline)이라고 하는 접촉면을 만든다. 하지만 산소가 부족하게 되자 혐기성 세균이 엄청나게 증식하게 되었고 황화수소의 양도 엄청나게 늘어 이 케모클라인이 해수면으로 떠오르기 시작했다.

카메룬에는 죽음의 호수 '니오스 호수'가 있다. 이 호수는 1987년 이산화탄소 가스 분출을 일으켜 1,700명이 사망하는 재난을 일으켰다. 문제는 페름기 대멸종때, 니오스 호수가 이산화탄소를 분출하듯 바다에서 황화수소 용출이 일어났다는 것이다. 이산화탄소와 달리 황화수소는 훨씬 더 유독하며 식물까지 작살을 내는데 이로써 육상 식물군의 대절멸을 설명할 수 있다. 게다가 황화수소는 오존층을 파괴하는 기체이므로 오존층까지 작살난 지구는 살인적인 자외선을 직접 받게 되었고 남아있는 생물체들마저 말끔하게 처리해 버렸다는 설이다.

2.4.4 그 외의 학설

보다 전통적인 설명인 초대륙 판게아의 형성으로 내륙에 거대한 사막이 형성되었으며, 해안가가 줄어들고 내해가 말라붙으면서 당시 대부분의 해양 생명체가 서식하던 초(礁, 산호초 할 때 그 글자다.)를 이루고 있는 대륙붕이 급격히 감소했다는 설 등이 있으며, 하나 때문이 아닌 복합적인 연쇄 반응 때문일 것이란 의견이 주류이다. 여하간 그 복합적인 연쇄반응 때문에, 대멸종의 원인인지 결과인지는 분명하지 않지만 적어도 전 세계 해양의 무산소화가 일어난 것은 거의 확실하다.

2.4.5 관련 정보

캐나다 캘거리 대학 연구진이 대멸종 직전에 형성된 퇴적암층으로부터 3개의 비산재 층을 찾아냈다. 이 재는 하필이면 용암이 뚫고 지나간 석탄층이 연소하면서 나온 것이라고 한다.

2.5 생존자들

페름기 대멸종은 생태계를 완벽하게 말아먹었지만, 그래도 살아남은 생명체가 있었다.

3 대멸종 이후

한동안 지구상에는 리스트로사우루스라는 초식 수궁류가 대부분의 육상 지역에서 활보하였다. 이들은 돼지 정도의 몸 크기를 가지고 있었다.[15] 이들이 살아남은 이유는 분명하지 않지만, 단순한 우연이 아니었다면 아마도 땅굴을 파서 숨을 줄 안다는 보잘것 없는 능력만으로 위업을 이루어낸 듯하다. "강한 자가 살아남는 게 아니라 살아남는 자가 강한 것"이란 진화 원리의 대표적 예이다. 다만 페름기 대멸종의 주원인을 산소 농도 저하로 보는 학자들은 리스트로사우루스가 다른 시냅스드보다 넓고 큰 폐를 가지고 있었기 때문에 생존할 수 있었다고 보기도 한다.

대멸종 이후 텅텅 빈 대지에서 지상 척추동물 중 약 60%[16]가 리스트로사우루스 한 종이었으며, 대략 10억 마리가 존재했던 것으로 추정된다.

그러나 리스트로사우루스 등은 포유류 등장 이전의 시냅시드가 지배한 시대의 마지막을 장식한 셈이며, 트라이아스기 중기부터는 공룡/익룡/악어의 조상이자 이궁류인 지배파충류로 주도권이 넘어간다.

또한 육지보다 더 큰 피해를 입은만큼 대멸종 사건 이후 바다 생태계 또한 완전히 포멧되었는데, 일단 고생대의 트레이드마크인 삼엽충을 비롯한 먹이그물의 아래쪽에 있던 수많은 고생대의 무척추동물들이 사라진것은 물론이고, 보다 먹이그물 위쪽에 포진했던 해양 척추동물들, 특히 석탄기-페름기에 걸쳐 크게 번성했던 연골어류들이 사실상 당분간 재활이 불가능했을 정도로 심각한 타격을 입은 탓에 바다의 대형 척추동물자리가 텅 비게되었고 이 자리는 어룡들을 필두로한 해양파충류들이 차지하게 된다.

2010년 대멸종 이후의 생태계 회복상을 보여주는 화석 유적지가 발견되었다. 회복에는 대략 1천만 년이 걸렸다고 한다. 다만 완전한 회복에는 중생대 중기까지 1억 년이 걸렸다는 주장도 있다. 이는 지구 역사상 복잡한 생태계 구조가 최초로 형성된 게 페름기 후기였기 때문이다. 생태계가 그정도 수준으로 다시 돌아간 건 쥐라기 후기에서 백악기 초기였다고 한다. 6번째 대멸종을 지지하는 이들은 지금이 페름기 이후 최대의 위기라고 주장하기도 한다.

  1. ↑ mother of all mass extinctions 혹은 the great dying. 1991년 사담 후세인과 이라크가 걸프전을 두고 "모든 전쟁의 어머니"가 될 것이라고 한 게 어원이다. 결국 그 어머니 전쟁에서 털렸다 그리고 미군에서 만든 MOAB 폭탄의 별명 Mother Of All Bomb(모든 폭탄의 어머니)가 여기서 유래했다.
  2. ↑ 개체수가 아니다!
  3. ↑ 사람은 최저한 남성 15개체, 여성 50개체가 있으면 멸종되지 않고 개체군을 유지할 수 있다고 한다.
  4. ↑ 페름기의 대기중 산소 농도는 평균 30%로 추정, 최대 35%였다는 연구결과도 있다. 현재의 대기중 산소 농도는 21% 정도. 사실 가장 산소 농도가 높았던 시기는 석탄기고 페름기는 전 기간에 걸쳐 오히려 산소 농도가 점점 줄어들었다는 학설도 있다.
  5. ↑ 페름기 대멸종 당시에는 15%까지 떨어졌다는 자료도 있다.
  6. ↑ 어쩌다 지표에서 생긴 오존은 상승하여 성층권에 도달하여 오존층에 보태지게 된다.
  7. ↑ 두 껍질의 두개가 큰 차이가 있는, 조개와 비슷하게 생긴 동물.
  8. ↑ 특히 석탄기 즈음 등장한 원시 곤충들(즉 석탄기의 거대한 곤충들)이 중생대 이후에는 다양성이 급격히 줄을 정도로 피해를 많이 받았다.
  9. ↑ 크테나칸투스(Ctenacanthus), 히보두스류, 크세나칸투스. 크세칸투스는 담수에서 번성했고 크테나칸투스는 바다에서 번성했으며, 히보두스류는 상대적으로 적었다.
  10. ↑ 메탄가스는 물과 이산화탄소로 분해된다.
  11. ↑ 근데 그 시간이라는 게 50~60만년이다.
  12. ↑ K-T 멸종의 원인으로 꼽히는 운석충돌의 흔적인 칙술루브 크레이터(Chicxulub crater)가 반지름 180km임.
  13. ↑ 지금 살고있는 바퀴벌레랑은 다르다. 진짜 바퀴벌레는 백악기에 출현
  14. ↑ 종 자체가 워낙 많아서 살아남기는 했지만 상술했듯이 어마어마하게 죽어나갔다.
  15. ↑ 그래도 트라이아스기 초기에는 최대 크기의 육상 동물이기도 했다.
  16. ↑ 최대 95%로 보는 설도 있다.