지구의 역사

약 1억 년 전 한반도 남부의 여러 지역에는 공룡들이 많이 살았을 것으로 생각된다. 남해안 여러 곳에서 발견되는 4,000족 이상의 다양한 발자국 화석이나 공룡 알 및 알둥지 화석들이 이러한 추측을 뒷받침한다. 2008 년 경기도 화성시에서 지금까지 본 적이 없는 미지의 공룡, ‘공룡 X’의 뼈 화석이 발견되었다. 연구진은 이 새로운 공룡 뼈 화석의 정체를 밝히기 위해 우리나라에서 수천km나 떨어져 있는 고비 사막에서 탐사를 진행하였다. 탐사 결과 공룡 X는 ‘트리케라톱스’로 대표되는 뿔공룡의 조상이라는 사실이 밝혀지면서 새로운 종류의 공룡으로 인정받게 되었다. 이렇게 밝혀진 공룡의 이름을 한국의 뿔공룡이라는 뜻의 ‘코리아케라톱스’로 붙이게 되었다. 코리아케라톱스는 길이가 약 2.0m 정도이며, 약 1억 년 전 중생대에 우리나라에서 살았을 것으로 추정되고 있다. 물결처럼 보이는 무늬가 있는 암석을 보면 물이 흐르는 것 같은 느낌을 받는다. 이처럼 지표에서 관찰되는 퇴적암에는 과거 생성 환경에 따라 서로 다른 특징을 보이며, 이를 통해 과거 지구 환경에 대한 다양한 정보를 얻을 수 있다. 이들이 생성되는 과정에서 과거 환경이 어떻게 기록되는 것일까? 퇴적물은 부서진 암석 조각이나 물속에 녹아 있던 화학 성분, 생명체의 유해 등으로 이루어져 있다. 그림 1과 같이 유수나 바람 등으로 운반되거나 물속에서 떠다니던 퇴적물은 유속이 느려지면 침전되면서 쌓이게 된다. 퇴적물이 쌓이는 과정에서 아래쪽에 쌓인 퇴적물은 위쪽에 쌓인 퇴적물의 무게에 의해 눌리면서 입자 사이의 공간이 줄어든다. 이후 물속에 녹아 있던 물질들이 침전되어 입자 사이에 남아 있던 공간을 메우고, 시간이 지나면서 서서히 굳어지며 퇴적암이 생성된다. 이때 퇴적물이 쌓이는 과정에서 입자의 크기와 색깔에 따라 다양한 두께의 줄무늬를 만드는데, 이를 층리라고 한다.퇴적암은 생성 과정에 따라 다양한 퇴적 구조가 만들어진다. 특히 퇴적물이 쌓이는 환경이 어떤 곳인가에 따라 퇴적 구조가 달라지므로 퇴적 구조를 통하여 퇴적 환경을 추정할 수 있다. 퇴적암이 만들어지는 퇴적 환경은 위치에 따라 육상 환경, 연안 환경, 해양 환경으로 나누어진다. 육상 환경은 육지에서 만들어지는 환경이다. 육지에서는 주로 침식이 일어나지만, 일부 지대가 낮은 곳에서는 퇴적이 일어난다. 육상 환경에는 선상지, 강바닥, 호수, 사막, 빙하 등이 있다. 연안 환경은 육상 환경과 해양 환경이 만나는 곳에서 만들어지는 환경이다. 강의 하구와 바다가 만나는 삼각주나 해안가에서 만들어 지는 모래톱 등이 있다. 해양 환경은 바다 밑에서 만들어지는 환경으로 탄산염 환경, 대륙붕, 대륙사면, 대륙대, 심해 평원 등이 있다. 지구 내부에서 발생하는 힘에 의해 일어나는 지각 변동으로 지층은 다양한 형태로 변형된다. 이에 따라 지층은 휘어지기도 하고 끊어지기도 하면서 특징적인 지질 구조를 나타내게 된다. 지질 구조가 변형되는 정도는 지층에 작용하는 장력이나 횡압력 같은 힘의 종류와 변형이 일어나는 깊이나 온도 등에 따라서도 달라진다. 또한, 같은 종류의 힘을 받는 경우에도 암석의 종류가 다르면 지질 구조가 달라질 수 있다. 따라서 지질 구조를 통해 과거에 어떠한 지각 변동이 있었는지를 파악할 수 있다. 지질 구조로 과거에 일어났던 지각 변동을 어떻게 알아낼 수있을까? 수평으로 퇴적된 지층이 횡압력을 받아 휘어진 구조를 습곡이라고 한다. 습곡에서 지층이 볼록하게 휘어진 부분을 배사, 아래로 들어간부분을 향사라고 한다. 습곡은 암석이 끊어지거나 부서지는 것 없이 모양만 변하는 것이므로 고온·고압의 땅속 깊은 곳에서 주로 만들어진다. 암석 중에 생긴 틈을 경계로 양쪽의 암반이 상대적으로 이동하여 어긋난 구조를 단층이라고 한다. 단층면을 경계로 위쪽의 암반을 상반, 아래쪽의 암반을 하반이라고 한다. 지각에 장력이 작용하면 상반이 아래쪽으로 이동한 정단층이, 횡압력이 작용하면 상반이 위쪽으로 이동한 역단층이 만들어진다. 단층이 일어나면 수직적인 이동이 발생하기 때문에 절벽이 만들어지기도 하고, 단층면을 따라 지진이 발생하기도 한다. 암석 내에 존재하는 틈이나 균열을 절리라고 하는데, 갈라진 면을 경계로 이동이 없다. 주상절리는 지표 아래에서 용암이 급격히 냉각 수축할 때 주로 육각기둥 모양으로 형성되며, 현무암과 같은 화산암에서 잘 나타난다. 판상절리는 주로 지하 깊은 곳에서 만들어진 심성암에서 잘 나타난다. 심성암 위에 놓였던 암석들이 풍화와 침식으로 제거되면 암석에 가해지던 외부 압력의 감소로 인해 압력 면의 수평 방향으로 틈이 생기는 것이다. 검은색 무늬는 마그마가 주위 암석을 뚫고 들어가 생성된 암맥이다. 이와 같이 마그마가 기존의 암석을 관입하여 식으면 관입암이 생성된다. 마그마가 관입할 때 기존에 존재하던 암석의 조각이 마그마 속으로 떨어져 포획된 암석이다. 지층에서 관입을 당하거나 포획된 암석이 발견되는 경우 기존의 지층이 더 오래된 것이다. 두 개 이상의 지층이 퇴적의 중단 없이 연속적으로 쌓여 시간의 공백이 없는 지층의 관계를 정합이라고 한다. 그러나 지표에 노출된 지층이나 암석은 퇴적 작용이 중단되고 풍화와 침식을 받으면 일부가 깎여 나간다. 이후 지층이 침강하여 침식을 받은 지표면 위에 새로운 지층이 쌓이게 되면 상하 지층의 경계면에는 큰 시간적 공백이 생기는데, 이 관계를 부정합이라고 한다. 지구의 역사를 연구하기 위해서는 지층의 생성 순서를 밝히는 것이 매우 중요하다. 지층은 대부분 여러 종류의 암석으로 이루어져 있으며 다양한 지질 구조가 나타난다. 이를 통하여 지층이 형성되는 동안에 여러 가지 지각 변동이 있었다는 것을 알 수 있다. 또한, 지각 변동이 일어난 시간이 서로 다르므로 지층의 단면을 자세히 관찰하면 지층의 생성 순서도 결정할 수 있다. 지층의 생성 순서를 결정하는 법칙들 모든 퇴적암은 퇴적물이 아래에서부터순서대로 쌓여 형성된 것이다. 따라서 외부 원인에 의한 지층의 역전이 없었다면 하부에 있는 지층은 상부에 놓인 지층보다 오래된 것이라는 것을 알 수 있다. 이를 지층 누중의 법칙이라고 한다. 한편, 호수나 바다 밑에 퇴적물이 쌓이는 경우에는 중력의 영향을 받아 거의 수평으로 쌓인다. 이처럼 퇴적물이 수평으로 쌓이는 것을 수평 퇴적의 법칙이라고 한다. 따라서 퇴적암으로 이루어진 지층이 심하게경사져 있거나 습곡 등이 관찰되면 퇴적암이 생성된 이후 어떤 힘이 작용했다고 볼 수 있다. 퇴적암에서 화석이 관찰되는 경우에는 하부 지층에서 상부 지층으로 갈수록 진화된 생물의 화석이 존재한다. 퇴적된 시기가 다른 상하 지층에서 화석 생물군이 달라지는 것을 동물군 천이의 법칙이라고 한다. 이 법칙을 이용하면 연속한 지층의 상하 관계를 판단할 수 있으며, 서로 멀리 떨어져 있는 지층의 선후 관계를 알아낼 수 있다. 마그마가 주위 암석을 관입하여 관입암이 생성될 때 관입한 암석이 관입을 당한 암석보다 나중에 생성된 것이다. 이러한 암석 사이의 긴 시간적 관계를 관입의 법칙이라고 한다. 마그마가 관입할 때 주위의 암석이 포획된 경우에 포획된 암석 조각은 암석 자체보다 더 오래되었다는 것을 알 수 있다. 한편, 부정합면을 경계로 형성된 상하 두 지층 사이에 큰 시간의 간격이 존재하는데, 이를 부정합의 법칙이라고 한다. 부정합에서 부정합면을기준으로 상하 두 지층은 구성 암석의 종류와 지질 구조에 큰 차이가 있으며, 발견되는 화석의 종류가 달라지기도 한다. 이러한 특징 때문에 부정합은 지질 시대를 구분하는 데 중요한 기준이 된다.