페름기 대멸종 때 지구에서는 무슨 일이 있었을까?

약 2억 5,200만 년 전 지구에서는 생명의 역사상 가장 심각한 대멸종이 일어났습니다.

이를 페름기 말 대멸종 또는 페름기-트라이아스기 대멸종이라고 부릅니다.

이 사건은 규모가 워낙 커서 흔히 ‘대멸종 중의 대멸종’이라는 뜻으로 Great Dying이라고 불립니다.

당시 바다와 육지 생태계가 동시에 큰 타격을 받았고, 삼엽충을 비롯해 오랫동안 번성했던 여러 생물군이 완전히 사라졌습니다.

스미스소니언은 페름기 말 대멸종을 지구 역사상 가장 심각한 멸종 사건으로 설명하며, 당시 해양생물의 대부분과 육상 척추동물의 상당수가 큰 피해를 입었다고 설명합니다.

그렇다면 그때 지구에서는 정확히 무슨 일이 일어났을까요?

페름기는 어떤 시대였을까?

페름기는 고생대의 마지막 시기입니다.

약 2억 9,900만 년 전부터 약 2억 5,200만 년 전까지 이어졌습니다.

이 시기에는 지구의 대륙 대부분이 하나로 합쳐져 판게아라는 초대륙을 이루고 있었습니다.

내륙은 매우 건조했고 기후의 계절 차도 컸습니다.

육지에는 단궁류와 초기 파충류, 다양한 양서류가 살았습니다.

바다에는 완족류, 암모노이드, 산호류, 삼엽충 등 여러 해양생물이 존재했습니다.

즉 공룡이 등장하기 직전의 지구는 이미 상당히 복잡한 생태계를 가지고 있었습니다.

대멸종은 얼마나 심각했을까?

페름기 말 대멸종은 5대 대멸종 가운데 가장 규모가 큽니다.

정확한 멸종 비율은 연구마다 다르지만, 해양생물 종의 약 80% 이상이 사라졌을 가능성이 제시됩니다.

육상 척추동물도 큰 타격을 받았습니다.

영국 자연사박물관은 페름기 말 대멸종으로 약 81%의 해양 종과 약 70%의 육상 척추동물 종이 사라졌을 가능성을 소개합니다.

이 수치만 봐도 당시 생태계가 어느 정도 붕괴했는지 알 수 있습니다.

가장 중요한 원인, 시베리아 트랩 화산활동

현재 가장 유력한 원인은 대규모 화산활동입니다.

당시 지금의 시베리아 지역에서는 엄청난 규모의 용암이 분출됐습니다.

이를 시베리아 트랩이라고 부릅니다.

이 화산활동은 한 번 폭발하고 끝난 사건이 아니라 장기간 반복됐습니다.

광대한 지역이 용암으로 뒤덮였고 대기로 막대한 양의 이산화탄소와 다른 가스가 방출됐습니다.

영국 자연사박물관은 시베리아 트랩 화산활동이 페름기 대멸종의 핵심 원인으로 여겨진다고 설명합니다.

화산이 왜 대멸종을 일으켰을까?

화산 그 자체보다 화산이 지구 환경에 일으킨 연쇄 변화가 더 중요합니다.

대규모 분화가 이어지면 이산화탄소 같은 온실가스가 대량으로 대기에 들어갑니다.

그러면 지구 전체의 평균기온이 올라갑니다.

기온이 오르면 바다도 함께 따뜻해집니다.

따뜻한 바다는 차가운 바다보다 산소를 적게 녹일 수 있습니다.

즉 지구 온난화가 해양 산소 부족으로 이어질 수 있습니다.

이 과정이 바로 페름기 말 대멸종에서 매우 중요한 역할을 했다고 봅니다.

바다가 뜨거워졌다

최근 연구들은 페름기 말 바다의 수온이 매우 크게 상승했다고 봅니다.

일부 지역에서는 적도 부근 해수 온도가 해양생물이 살기 어려운 수준까지 올라갔을 가능성이 있습니다.

높은 수온 자체가 생물에게 스트레스를 줬고, 동시에 산소 부족 문제를 악화시켰습니다.

특히 산소 요구량이 높은 동물에게는 치명적이었을 가능성이 큽니다.

고온과 저산소가 동시에 나타나면 생물이 버틸 수 있는 환경 범위가 급격히 좁아집니다.

바닷속 산소가 줄어들었다

페름기 말 해양 환경에서 자주 언급되는 또 하나의 핵심 문제가 해양 무산소입니다.

무산소는 바닷물 속 산소가 극도로 부족해지는 현상입니다.

온도가 올라가면 바닷물은 산소를 덜 저장합니다.

또 해양 순환이 약해지면 깊은 바다까지 산소가 공급되지 못할 수 있습니다.

이렇게 되면 넓은 바다에서 생물이 살기 어려운 구역이 만들어집니다.

페름기 말에는 이런 저산소 또는 무산소 환경이 크게 확장됐던 것으로 추정됩니다.

황화수소가 많은 바다가 생겼을까?

산소가 거의 없는 바다에서는 특정 미생물이 번성할 수 있습니다.

이 과정에서 황화수소가 많이 만들어질 수 있습니다.

황화수소는 많은 동물에게 독성이 있습니다.

일부 연구에서는 페름기 말 바다의 넓은 지역이 산소가 부족하고 황화수소가 풍부한 상태였을 가능성을 제시합니다.

이런 환경은 해양생물에게 매우 치명적입니다.

따뜻하고 산소가 부족하며 독성 물질까지 많은 바다는 생물 다양성을 급격하게 떨어뜨릴 수 있습니다.

바다가 산성화됐다

대기 중 이산화탄소가 증가하면 일부는 바닷물에 녹습니다.

이 과정에서 해수의 화학적 성질이 변하고 pH가 낮아질 수 있습니다.

이를 해양 산성화라고 합니다.

껍데기나 골격을 만드는 생물은 이런 변화에 특히 취약할 수 있습니다.

완족류나 산호류처럼 탄산칼슘 구조를 만드는 생물은 해양 산성화가 심해지면 껍데기 형성과 유지가 어려워질 수 있습니다.

즉 온난화와 산소 부족뿐 아니라 바닷물 자체의 화학 환경도 크게 변했던 것입니다.

육지에서는 어떤 일이 일어났을까?

페름기 대멸종은 바다만의 사건이 아니었습니다.

육상 생태계도 크게 붕괴했습니다.

식생이 변화하고 건조한 지역이 넓어졌으며 토양 침식이 심해졌을 가능성이 있습니다.

육상 식물이 감소하면 초식동물이 피해를 입습니다.

초식동물이 줄어들면 이를 먹던 육식동물 역시 영향을 받습니다.

결국 먹이망 전체가 흔들릴 수 있습니다.

대형 단궁류와 여러 양서류, 파충류 계통이 이 시기에 크게 감소했습니다.

산성비도 내렸을까?

대규모 화산활동에서는 이산화황 같은 가스도 방출될 수 있습니다.

이산화황은 대기 중 수분과 반응해 산성 물질을 만들 수 있습니다.

따라서 대규모 분화가 이어졌다면 지역에 따라 산성비가 발생했을 가능성도 있습니다.

산성비는 토양과 식물, 담수 생태계에 영향을 줄 수 있습니다.

즉 육지에서도 화산가스가 직접적인 스트레스 요인이 되었을 가능성이 있습니다.

오존층도 손상됐을까?

일부 연구에서는 페름기 말에 대기 중 오존층이 약화됐을 가능성도 제시합니다.

오존층이 약해지면 지표에 도달하는 자외선이 증가합니다.

이는 식물의 번식과 성장에 영향을 줄 수 있습니다.

실제로 일부 화석 꽃가루와 포자에서는 비정상적인 형태가 발견되는데, 이를 자외선 증가와 연결해 해석하는 연구도 있습니다.

다만 오존층 손상이 대멸종의 중심 원인이었는지, 아니면 여러 환경 스트레스 중 하나였는지는 아직 논쟁이 있습니다.

삼엽충은 이때 완전히 멸종했다

삼엽충은 캄브리아기부터 페름기까지 약 2억 7천만 년 동안 존재했습니다.

그동안 여러 차례의 대멸종을 견뎠습니다.

오르도비스기 대멸종도 넘겼고, 데본기의 여러 멸종 사건도 일부 계통이 살아남았습니다.

하지만 페름기 말 대멸종은 넘지 못했습니다.

이때 마지막 삼엽충 계통이 완전히 사라졌습니다.

스미스소니언도 페름기 말 대멸종을 삼엽충 전체가 사라진 사건으로 설명합니다.

다른 해양생물도 큰 피해를 입었다

삼엽충뿐 아니라 여러 해양생물이 크게 감소했습니다.

• 완족류
• 암모노이드 일부 계통
• 산호
• 극피동물
• 여러 연체동물

등이 큰 타격을 받았습니다.

특히 얕은 바다 생태계의 구조가 크게 바뀌었습니다.

산호초와 비슷한 역할을 하던 생태계도 붕괴했습니다.

대멸종 이후 한동안 해양 생태계는 단순한 형태로 재구성됐습니다.

육상에서는 어떤 동물이 살아남았을까?

육상에서는 리스트로사우루스 같은 일부 단궁류가 대멸종 이후 크게 번성했습니다.

리스트로사우루스는 몸집이 크지 않고 비교적 다양한 환경에 적응할 수 있었던 초식동물입니다.

대멸종 이후 초기 트라이아스기 지층에서는 리스트로사우루스 화석이 매우 많이 발견됩니다.

이는 경쟁자가 줄어든 환경에서 살아남은 종이 빠르게 확산된 사례로 볼 수 있습니다.

즉 대멸종은 단순히 많은 생물이 사라지는 사건이 아니라, 살아남은 생물에게 완전히 새로운 생태적 공간을 만들어주는 사건이기도 합니다.

왜 어떤 생물은 살아남았을까?

대멸종에서 생존 여부는 단순히 강한 동물인지 약한 동물인지로 결정되지 않습니다.

환경 변화에 얼마나 잘 적응할 수 있었는지가 중요합니다.

• 넓은 먹이 범위를 가진 생물
• 다양한 환경에서 살 수 있는 생물
• 몸집이 비교적 작은 생물
• 빠르게 번식하는 생물
• 산소 부족이나 고온에 상대적으로 강한 생물

등이 살아남을 가능성이 높았을 수 있습니다.

반대로 특정 먹이나 특정 수온, 특정 서식지에 의존하는 전문화된 생물은 환경이 급변했을 때 더 취약할 수 있습니다.

대멸종은 며칠 만에 일어났을까?

그렇지 않습니다.

페름기 대멸종은 인간의 시간 감각으로 보면 매우 긴 기간에 걸쳐 진행됐습니다.

하지만 지질학적으로는 매우 빠른 사건입니다.

최근 연구에서는 주요 멸종 구간이 수만 년에서 수십만 년 수준이었을 가능성을 제시합니다.

지구 역사 수억 년 규모에서 보면 눈 깜짝할 사이에 가까운 변화입니다.

따라서 생물들이 진화적으로 적응할 충분한 시간이 없었을 가능성이 있습니다.

화산활동과 대멸종 시기는 정확히 겹쳤을까?

이 부분이 매우 중요합니다.

연구자들은 시베리아 트랩 화산암과 대멸종 지층의 연대를 정밀하게 비교해 왔습니다.

고정밀 우라늄-납 연대측정 결과, 대규모 화산활동과 주요 멸종 시기가 매우 가깝게 겹친다는 증거가 축적되고 있습니다.

이 때문에 시베리아 트랩은 단순한 후보가 아니라 현재 가장 중요한 원인으로 받아들여집니다.

다만 화산이 정확히 어떤 경로로 생태계를 붕괴시켰는지에 대해서는 세부적인 연구가 계속 진행 중입니다.

석탄과 유기물을 가열했을 가능성도 있다

시베리아 지역의 마그마는 단순히 지표로 분출된 것만이 아닙니다.

지하의 퇴적층 사이로도 들어갔습니다.

이 지역에는 석탄과 유기물이 풍부한 지층이 있었습니다.

뜨거운 마그마가 이런 지층을 가열하면 추가적인 이산화탄소와 메탄 같은 온실가스가 방출될 수 있습니다.

따라서 단순한 용암 분출량보다 훨씬 큰 기후 영향을 만들었을 가능성이 있습니다.

이 점은 시베리아 트랩 화산활동과 극단적인 온난화를 연결하는 중요한 가설 중 하나입니다.

메탄도 영향을 줬을까?

메탄은 이산화탄소보다 단기적인 온실효과가 매우 강한 기체입니다.

페름기 말에는 해저 메탄이나 지하 유기물에서 많은 메탄이 방출됐을 가능성도 논의됩니다.

다만 메탄 방출량과 경로는 직접 확인하기 어렵기 때문에 정확한 비중은 여전히 연구 대상입니다.

현재로서는 이산화탄소 증가가 핵심적인 장기 온난화 요인이고, 메탄이 이를 추가로 강화했을 가능성이 있다고 보는 편이 안전합니다.

바다가 너무 뜨거워 물고기가 숨을 못 쉬었을까?

단순화하면 어느 정도 맞는 설명입니다.

바다 수온이 상승하면 생물의 대사율이 올라갈 수 있습니다.

즉 생물은 더 많은 산소를 필요로 합니다.

하지만 동시에 따뜻한 바닷물에는 녹아 있는 산소가 줄어듭니다.

필요한 산소는 많아지고 공급되는 산소는 줄어드는 상황입니다.

이런 조합은 특히 대형 활동성 해양동물에게 불리할 수 있습니다.

따라서 페름기 말에는 단순한 무산소뿐 아니라 고온과 산소 부족이 함께 작용하는 생리적 스트레스가 매우 컸을 가능성이 있습니다.

열대 바다는 특히 위험했을까?

고온 환경에서는 생물이 견딜 수 있는 한계를 넘기 쉽습니다.

일부 연구에서는 적도 부근 바다가 너무 뜨거워져 많은 해양생물이 고위도 지역으로 이동하거나 멸종했을 가능성을 제시합니다.

하지만 고위도 지역도 안전하지는 않았습니다.

전 지구적인 환경 변화였기 때문입니다.

결국 해양생물이 살 수 있는 적절한 온도와 산소 조건을 가진 지역 자체가 크게 줄었을 가능성이 있습니다.

대멸종 이후 바로 공룡이 등장했을까?

바로는 아닙니다.

페름기 대멸종 이후 트라이아스기가 시작됐습니다.

초기 트라이아스기의 생태계는 매우 단순했습니다.

대멸종에서 살아남은 소수의 생물이 넓은 지역에서 번성했습니다.

생태계가 어느 정도 복구되는 데 수백만 년이 걸렸습니다.

공룡은 그보다 뒤인 약 2억 3천만 년 전 무렵에 등장합니다.

즉 페름기 대멸종과 최초 공룡 사이에는 약 2천만 년 정도의 시간 차가 있습니다.

그래도 공룡 시대와 관련이 있을까?

매우 관련이 있습니다.

페름기 말 대멸종이 이전 생태계를 크게 비워버렸기 때문입니다.

대멸종 이후 트라이아스기에는 새로운 파충류와 지배파충류 계통이 다양해졌습니다.

그 가운데 일부 계통에서 공룡이 등장했습니다.

따라서 페름기 대멸종이 없었다면 이후 중생대 생태계가 지금 우리가 아는 모습과 전혀 달랐을 가능성이 있습니다.

대멸종은 생명의 역사를 완전히 새로운 방향으로 바꾸는 사건이었습니다.

생태계는 얼마나 빨리 회복됐을까?

회복에는 매우 오랜 시간이 걸렸습니다.

일부 해양 생태계는 수백만 년 동안 단순한 상태를 유지했습니다.

복잡한 산호초 생태계가 다시 나타나는 데도 시간이 필요했습니다.

이는 페름기 대멸종이 단순히 종 몇 개를 줄인 사건이 아니라 생태계 구조 자체를 붕괴시켰다는 뜻입니다.

일반적인 멸종 사건보다 훨씬 깊은 상처를 남겼습니다.

왜 페름기 대멸종 연구가 중요할까?

이 사건은 지구 온난화와 해양 산소 감소가 생태계에 어떤 영향을 줄 수 있는지 보여주는 매우 중요한 과거 사례입니다.

물론 현재의 기후변화와 페름기 말 환경을 그대로 동일하게 비교할 수는 없습니다.

당시에는 수십만 년 규모의 대규모 화산활동이 있었습니다.

하지만

• 온실가스 증가
• 기온 상승
• 해양 산소 감소
• 해양 산성화
• 생태계 스트레스 증가

라는 연결 과정 자체는 오늘날 기후 연구에서도 중요합니다.

그래서 페름기 대멸종은 고생물학뿐 아니라 기후과학에서도 많이 연구됩니다.

소행성이 원인이었다는 증거는 없을까?

백악기 말 대멸종과 비교하면 차이가 분명합니다.

백악기 말에는 칙술루브 충돌구와 전 세계적으로 발견되는 이리듐층 같은 강력한 충돌 증거가 있습니다.

페름기 말에는 대멸종과 직접 연결되는 거대한 충돌구가 확실하게 확인되지 않았습니다.

반면 시베리아 트랩 화산활동과 온실가스 증가를 뒷받침하는 지질학적 증거가 매우 많습니다.

따라서 현재는 거대 소행성 충돌보다 화산활동과 기후 변화가 훨씬 유력한 설명입니다.

지구 전체가 생명 없는 행성이 됐을까?

그 정도는 아니었습니다.

엄청난 대멸종이었지만 생명 전체가 사라진 것은 아닙니다.

많은 미생물과 식물, 해양생물, 육상 척추동물이 살아남았습니다.

그리고 살아남은 생물들이 이후 수백만 년에 걸쳐 다시 다양해졌습니다.

만약 모든 생명이 사라졌다면 이후 공룡과 포유류, 인간도 등장할 수 없었을 것입니다.

페름기 대멸종은 생명을 거의 끝낸 사건이 아니라 생명의 방향을 크게 바꾼 사건이라고 보는 것이 더 정확합니다.

정리

페름기 말 대멸종은 약 2억 5,200만 년 전 발생한 지구 역사상 가장 심각한 대멸종입니다.

가장 유력한 원인은 시베리아 지역에서 발생한 초대형 화산활동입니다.

장기간 이어진 분화로 막대한 양의 온실가스가 대기 중에 방출됐고 지구가 급격하게 따뜻해졌습니다.

해수 온도가 상승하면서 바닷속 산소가 줄어들었고, 일부 지역에서는 무산소와 황화수소가 풍부한 환경이 확대됐을 가능성이 있습니다.

이산화탄소 증가로 해양 산성화까지 진행되면서 해양생물은 동시에 여러 환경 스트레스를 받았습니다.

육지에서도 기후와 식생이 급변하면서 먹이망이 크게 무너졌습니다.

그 결과 삼엽충을 비롯한 수많은 생물이 사라졌고, 기존 고생대 생태계는 사실상 끝을 맞았습니다.

하지만 살아남은 소수의 생물은 이후 트라이아스기에 새로운 생태계를 만들었고, 오랜 시간이 흐른 뒤 그 세계에서 최초의 공룡도 등장하게 됩니다.

지구 역사상 가장 끔찍한 대멸종이 오히려 이후 완전히 새로운 생태계가 시작되는 출발점이 됐다는 점이 가장 인상적입니다.