대멸종의 역사

오르도비스기 말 대멸종은 약 4억 4천만 년 전에 발생했으며, 지구 역사상 두 번째로 규모가 큰 대멸종 사건으로 기록된다. 당시 지구는 대륙이 남반구에 집중된 초대륙 고온드와나가 존재했고, 대부분의 육지는 빙하로 덮여 있었다. 해수면은 높았으며, 생명의 대부분은 해양에 집중되어 있었다.

멸종의 주요 원인은 급격한 빙하기의 도래와 이에 따른 해수면 하강으로 여겨진다. 지구의 기후는 비교적 온난한 상태에서 갑작스럽게 냉각되기 시작했고, 극지방에 거대한 빙상이 형성되었다. 이로 인해 해수면이 급격히 떨어지면서 넓은 대륙붕 지역이 드러나고, 많은 해양 생물의 서식처였던 얕은 바다가 사라졌다.

빙하기를 촉발한 정확한 원인은 아직 논쟁의 대상이지만, 몇 가지 주요 가설이 제시된다. 하나는 당시 남반구에 위치한 고온드와나 대륙이 남극 부근으로 이동하면서 대규모 빙하 형성을 유발했다는 것이다. 또 다른 가설은 화산 활동의 감소로 대기 중 이산화탄소 농도가 낮아지면서 온실 효과가 약화되고 지구가 냉각되었다는 점을 지적한다. 일부 연구는 은하계 내의 감마선 폭발과 같은 외부 천체 사건이 오존층을 파괴하고 생물에 치명적인 자외선을 증가시켰을 가능성도 제기한다[1].

이러한 환경 변화는 특히 얕은 바다에 살던 생물들에게 치명적이었다. 해수면 하강은 서식지를 급격히 축소시켰고, 수온 저하와 해양 순환의 변화는 생태계에 큰 스트레스를 가했다. 결과적으로 삼엽충, 완족동물, 필석류 등 당시 해양 무척추동물의 많은 과(科)가 사라졌다.

오르도비스기 말 대멸종은 주로 해양 생물에 치명적인 타격을 입혔다. 당시 지구 생물의 대부분은 바다에 집중되어 있었기 때문이다. 특히 삼엽충, 완족동물, 필석류와 같은 무척추동물이 심각한 피해를 입었다. 필석류는 거의 100%에 가까운 종이 사라졌으며, 산호와 해백합을 포함한 많은 고착성 생물들도 쇠퇴했다.

멸종의 패턴은 수심과 서식 환경에 따라 차이를 보였다. 얕은 대륙붕 해역에 살던 생물들이 가장 큰 타격을 받은 반면, 심해나 열대 지역보다는 온대 및 극지방에 가까운 생물들이 더 많이 사라졌다. 이는 당시 발생한 급격한 빙하기와 해수면 하강이 얕은 바다의 서식지를 크게 줄였기 때문으로 해석된다.

이 멸종 사건은 오르도비스기의 해양 생태계를 지배하던 생물들의 구성을 근본적으로 바꾸었다. 일부 생물군은 완전히 사라졌지만, 다른 그룹들은 이후 실루리아기에 새로운 적소를 차지하며 번성하는 기회를 얻기도 했다. 이 멸종은 지구 역사상 두 번째로 규모가 큰 대멸종 사건으로 기록되며, 특히 고생대 해양 생물군의 첫 번째 주요 위기로 평가된다.

데본기 후기 대멸종의 원인을 설명하는 여러 가설이 제기되었다. 가장 널리 받아들여지는 가설은 빙하기의 도래와 이에 따른 해수면 하강, 해양 무산소 사건의 발생을 연결짓는 것이다. 당시 곤드와나 대륙 상에 빙하가 발달하면서 전 지구적 기후가 냉각되고 해수면이 크게 낮아졌다. 이는 얕은 대륙붕 해역에 서식하던 생물들에게 치명적인 서식지 상실을 초래했으며, 해양 순환의 변화를 유발해 산소 최소층이 확대되는 결과를 낳았다[2].

다른 주요 가설로는 식물의 진화적 발전이 지구 환경에 미친 영향을 강조한다. 데본기에는 유관속식물이 크게 번성하며 최초의 광범위한 산림을 형성했다. 이 식물들의 뿌리 체계는 육상의 암석 풍화 작용을 촉진하여 대기 중의 이산화탄소를 대량으로 흡수했고, 이는 온실 가스 감소와 지구 냉각을 유발한 것으로 추정된다. 또한, 풍부한 유기물이 강을 통해 바다로 유입되면서 부영양화와 해양 무산소 사건을 일으켜 해양 생태계를 교란시켰을 가능성이 있다.

일부 연구자들은 소행성 또는 혜성 충돌과 같은 외부 요인을 주장하기도 한다. 예를 들어, 데본기 후기 지층에서 이리듐 농도 이상이나 충격 석영과 같은 지질학적 증거가 일부 발견되었지만, 이 가설을 지지하는 증거는 다른 대멸종 사건에 비해 명확하지 않으며 학계의 합의를 얻지는 못했다. 현재는 기후 냉각, 해양 환경의 악화, 그리고 식물의 진화가 복합적으로 작용한 결과로 보는 견해가 지배적이다.

데본기 후기 대멸종은 특히 해양 생태계에 심각한 타격을 입혔다. 이 멸종 사건은 약 3억 7천만 년 전에 발생했으며, 삼엽충과 플라코덴트 같은 유공충을 비롯한 많은 해양 무척추동물의 쇠퇴와 소멸을 초래했다. 산호초를 형성하던 스트로마토포로이드와 주요 층산호 군집은 거의 완전히 사라졌다. 이로 인해 데본기 동안 번성했던 해양 생물의 다양성은 크게 감소했다.

멸종의 원인은 복합적이었으나, 해수면 변동과 해빙 및 빙하기 사이클로 인한 해양 무산소 사건이 해양 생태계 붕괴의 핵심 요인으로 지목된다. 광범위한 무산소성 조건은 해저 환경을 황폐화시켜, 저서성 생물들에게 치명적이었다. 이와 함께 발생한 기후 냉각은 해양 생물의 서식지를 축소시켰다.

해양 생물군의 회복은 매우 느렸다. 멸종 이후의 해양 생태계는 구조적으로 단순해졌으며, 새로운 생물군이 지배하기까지 오랜 시간이 걸렸다. 이 사건은 고생대 해양 생물의 구성에 있어 중요한 전환점이 되었다. 데본기 후기 대멸종의 영향은 이후 석탄기 초기의 해양 생물상에서도 뚜렷이 관찰된다.

페름기 말 대멸종은 지구 역사상 가장 규모가 크고 심각한 멸종 사건으로 평가된다. 약 2억 5천만 년 전에 발생한 이 사건으로 해양 생물의 약 96%, 육상 척추동물의 약 70%가 사라졌다. 특히 산호초를 형성하던 고산호류와 삼엽충 등 여러 주요 생물 문이 완전히 멸종하여, 해양 생태계의 기본 구조가 근본적으로 재편되었다.

이 멸종의 심각성은 생물 다양성 회복에 걸린 시간에서도 드러난다. 페름기 말 대멸종 이후 생태계가 정상적인 수준으로 회복되기까지는 약 1천만 년 이상이 소요된 것으로 추정된다[4]. 이는 다른 대멸종 사건들에 비해 훨씬 긴 회복 기간이다.

멸종의 규모를 보여주는 주요 지표 중 하나는 탄소 동위원소 비율의 급격한 변동이다. 지층에서 측정된 탄소-13의 급감은 당시 해양의 광합성 생물과 유기물 생산이 극도로 위축되었음을 시사한다. 이는 광범위한 해양 무산소 사건과 깊은 연관이 있다.

이러한 규모와 심각성 때문에 페름기 말 대멸종은 종종 '대멸종(The Great Dying)'이라는 별칭으로 불리며, 고생대의 종말과 중생대의 시작을 가르는 결정적인 경계가 되었다.

시베리아 트랩은 약 2억 5천만 년 전 페름기 말에서 트라이아스기 초에 걸쳐 현재의 시베리아 지역에서 발생한 거대한 화산 활동이다. 이는 지구 역사상 가장 규모가 큰 화산 현상 중 하나로, 수백만 년에 걸쳐 약 400만에서 700만 제곱킬로미터에 달하는 광대한 지역에 걸쳐 거대한 현무암 용암이 분출되었다. 이 용암의 총량은 최소 100만에서 400만 세제곱킬로미터에 달하는 것으로 추정된다[5].

이 거대한 분화는 지구 환경에 심각한 연쇄적 변화를 초래했다. 대기 중으로 방출된 막대한 양의 이산화탄소와 이산화황은 강력한 온실 효과를 유발하여 급격한 지구 온난화를 일으켰다. 동시에 이산화황은 대기 중에서 황산 에어로졸을 형성하여 단기적으로는 햇빛을 차단하고 급격한 냉각을 일으키기도 했다. 이러한 기후의 극심한 변동은 생태계에 큰 스트레스를 가했다.

분화의 또 다른 치명적 결과는 해양 무산소 사건이었다. 기온 상승은 해수 온도를 높이고 해양 순환을 약화시켜, 바닷물의 산소 농도를 급격히 떨어뜨렸다. 이로 인해 광대한 해역이 생명체가 살 수 없는 죽음의 구역으로 변했다. 또한, 용암이 광범위한 석탄층이나 석회암 지대를 통과하면서 휘발성 물질을 추가로 방출했을 가능성도 제기된다. 이러한 복합적인 환경 재앙이 페름기 말 대멸종의 주요 동인으로 작용하여, 해양 생물의 약 96%, 육상 척추동물의 약 70%가 사라지는 결과를 낳았다.

트라이아스기 말, 약 2억 1백만 년 전에 발생한 트라이아스기-쥐라기 대멸종은 지구 역사에서 중요한 전환점이었다. 이 멸종 사건은 해양 생물의 약 20%, 육상 생물의 상당 부분을 사라지게 했으며, 특히 초기 악궁류와 대형 양서류 같은 지배적 생물군에 치명적이었다. 그 결과, 생태계의 주도권이 공극적으로 공룡에게로 넘어가는 결정적 계기가 마련되었다.

멸종 이전인 트라이아스기 후기에는 다양한 파충류 군집이 공존했다. 초식성의 디키노돈트와 악궁류가 육상을 지배했으며, 이 시기의 공룡은 상대적으로 작은 체구와 한정된 생태적 지위를 가진 상태였다. 그러나 대멸종은 이러한 기존의 경쟁자들을 효과적으로 제거했고, 이로 인해 생태적 공백이 발생했다.

이 공백은 공룡에게 빠른 방산과 다양화의 기회를 제공했다. 쥐라기가 시작되면서 공룡은 다양한 크기와 형태로 진화하며 육상 생태계의 주요 지위를 빠르게 점유하기 시작했다. 소형 수각류부터 거대한 용각류에 이르기까지, 그들의 지배는 이후 약 1억 3천만 년 동안 지속될 중생대의 상징이 되었다.

이 대멸종의 원인으로는 대규모 화산 활동(중앙대서양 화산암 지역 형성)과 이로 인한 급격한 기후 변화, 해양 무산소 사건 등이 복합적으로 작용한 것으로 추정된다[7].

트라이아스기-쥐라기 대멸종의 지질학적 증거는 주로 지층 경계면과 그 안에 포함된 물질에서 발견된다. 이 멸종 사건을 기록하는 지층 경계는 전 세계 여러 지역에서 확인되며, 특히 이탈리아의 움브리아-마르케 지역과 오스트리아의 노리알프스 지역의 노두가 잘 알려져 있다. 이 경계는 트라이아스기 말의 라에티아절과 쥐라기 초기의 헤탕절 사이에 위치한다.

이 경계를 특징짓는 주요 지화학적 지표는 탄소 동위원소 비율의 급격한 변동이다. 해양 퇴적물에서 측정된 δ¹³C 값은 경계에서 뚜렷한 음의 편차를 보이는데, 이는 해양 생산성의 붕괴나 대량의 메테인 수화물 분출과 같은 대규모 탄소 순환 교란을 암시한다[8]. 또한, 이리듐 농도의 정상치 대비 수십 배 이상의 비정상적 농축이 일부 지역에서 보고되기도 한다.

가장 강력한 물리적 증거 중 하나는 충격 석영의 존재이다. 이는 순간적인 극고압 충격파에 의해 생성된 석영 결정으로, 운석 충돌 사건의 결정적 지표로 간주된다. 트라이아스기-쥐라기 경계층에서 충격 석영이 발견된다는 것은 당시 대규모 외계 충격이 발생했음을 시사한다. 동시에, 광범위한 화산 활동의 증거도 발견되는데, 이는 당시 활발했던 중앙대서양 마그마 분지의 형성과 연관 지어진다. 이러한 지질학적 증거들은 멸종 원인이 복합적이었을 가능성을 보여주며, 외계 충격과 대규모 화산 분화가 결합되어 전 지구적 환경 재앙을 초래했을 것으로 추정한다.

백악기-팔레오기 대멸종의 가장 유력한 원인으로 제시되는 가설이다. 이 가설은 약 6600만 년 전 멕시코 유카탄 반도 근해에 위치한 치크술루브 크레이터를 형성한 거대 소행성 충돌이 전 지구적 환경 재앙을 일으켜 공룡을 포함한 당시 생물종의 75% 이상이 사라지게 했다는 내용을 담고 있다.

주요 증거는 크레이터에서 발견되는 이리듐 등 우주 기원 물질이 풍부한 K-T 경계 층이다. 이 지층은 전 세계적으로 확인되며, 그 안에는 충격에 의한 석영과 유리질 텍타이트가 포함되어 있다. 소행성 충돌은 직경 약 10km에 달하는 천체가 초속 20km의 속도로 지구와 충돌하여 발생했을 것으로 추정된다. 이 충돌로 인해 발생한 에너지는 현대 핵무기 전체 보유량의 10억 배를 넘는 규모였다[10].

충돌의 직접적 영향과 이어진 2차적 환경 변화가 연쇄적인 멸종을 유발했다. 충격 순간의 대규모 지진과 쓰나미가 해안가 생태계를 초토화시켰다. 충돌 지점의 석회암과 석고층이 기화되어 대량의 이산화황과 황산 에어로졸을 대기 중에 방출했고, 이는 햇빛을 차단하여 지구 표면의 광합성을 멈추게 했다. 이로 인해 식물이 고사하고 식물성 생물이 굶주림에 빠지며 먹이사슬이 붕괴되었다. 또한, 대량 방출된 이산화탄소는 장기적으로는 심각한 온실 효과를 일으켜 기후를 혼란스럽게 만들었다.

이 가설은 화산 활동 등 다른 가설과 대립해왔으나, 크레이터의 규모와 연대, K-T 경계층의 전 지구적 분포, 그리고 충돌로 예측되는 환경 변화가 화석 기록과 잘 일치한다는 점에서 현재 가장 포괄적으로 증거를 지지받는 설명이다.

백악기-팔레오기 대멸종은 약 6600만 년 전에 발생하여 공룡을 포함한 지구 생물종의 약 75%를 사라지게 했다. 이 사건은 특히 비조류 공룡의 완전한 멸종으로 유명하다. 공룡은 약 1억 6천만 년 동안 지구의 지배적 육상 척추동물이었으나, 이 멸종 사건을 기점으로 그 시대는 막을 내렸다. 함께 멸종한 생물군으로는 익룡, 수장룡과 같은 해양 파충류, 그리고 암모나이트 등이 있다[11].

공룡의 쇠퇴는 포유류의 진화적 부상을 위한 공간을 열어주었다. 백악기 동안 포유류는 대부분 작은 야행성 동물이었으나, 주요 경쟁자와 포식자인 공룡이 사라진 후 빠르게 다양화하기 시작했다. 이 시기는 팔레오세라고 불리며, 포유류가 다양한 생태적 지위를 차지하기 시작한 시기이다. 몇 백만 년 안에 포유류는 육상, 해양, 공중에 이르는 다양한 서식지로 확장했고, 크기와 형태 면에서도 급격한 변화를 겪었다.

멸종 사건 이후 생태계의 공백을 채우는 과정은 점진적이었다. 초기 팔레오세의 포유류는 여전히 상대적으로 작았지만, 식육목과 유제류의 초기 조상을 포함한 여러 현생 포유류 목의 기원이 이 시기에 나타난다. 이 진화적 방산은 결코 신생대 동안 포유류가 지구 생태계의 지배적 동물군으로 자리 잡는 기반을 마련했다.

산업 혁명 이후 급격히 가속화된 인류의 활동은 지구 생태계에 전례 없는 압력을 가하고 있다. 이는 지질 시대를 구분할 만큼 충분히 큰 영향을 미쳐, 많은 과학자들이 현재를 새로운 지질 시대인 인류세로 규정하기도 한다. 인간에 의한 대멸종의 주요 원인은 서식지 파괴, 남획, 외래종 유입, 그리고 기후 변화로 요약된다.

서식지 파괴는 농경지 확대, 도시화, 산림 벌채를 통해 가장 직접적으로 생물 다양성을 위협한다. 특히 열대 우림과 같은 생물 종이 풍부한 지역의 개발은 수많은 고유종의 멸종을 초래한다. 남획은 상업적 어업이나 밀렵으로 인해 특정 종의 개체군을 회복 불가능한 수준까지 감소시킨다. 예를 들어, 바다코끼리나 대형 참치류의 경우 역사적 기록을 통해 그 개체 수의 급격한 감소를 확인할 수 있다.

외래종의 유입은 전 세계화된 무역과 여행을 통해 확대되었다. 새로운 환경에 적응된 외래종은 토착종을 먹이 경쟁에서 밀어내거나, 직접 포식하며, 질병을 전파하여 생태계의 균형을 무너뜨린다. 기후 변화는 인간 활동으로 인한 온실가스 배출 증가가 주된 원인으로, 해수면 상승, 해양 산성화, 극한 기상 현상의 빈도 증가 등을 통해 생물의 서식지를 변화시키고 생리적 한계를 시험한다.

이러한 요인들은 상호 연관되어 작용하며, 멸종 속도를 가속화한다. 화석 기록에 기반한 추정에 따르면, 현재의 종 멸종 속도는 배경 멸종률을 수백 배에서 수천 배까지 초과하는 것으로 계산된다[12]. 이는 과거의 대규모 대멸종 사건들에서 관찰된 속도에 버금가는 수준이다.

현생대 홀로세에 진행 중인 대멸종 사건은 지구 역사상 다른 대멸종과 달리, 주된 원인이 단일 생물 종인 인류의 활동이라는 점에서 독특하다. 인구 증가, 자원 소비 확대, 토지 이용 변화는 생물 서식지를 파편화하고 축소시켰다. 특히 열대 우림 벌채, 습지 매립, 해양 산성화와 같은 과정은 수많은 종의 생존을 위협하는 직접적인 요인으로 작용한다.

멸종 위기에 처한 생물군의 분포는 균일하지 않다. 양서류와 산호 군락은 특히 취약한 것으로 나타났으며, 대형 포유류와 조류 역시 밀렵과 서식지 상실로 인해 큰 타격을 입었다. 생물 다양성의 급격한 감소는 단순히 종 수의 감소를 넘어, 생태계의 복원력과 기능을 약화시키는 결과를 초래한다. 예를 들어, 주요 수분 매개자의 감소는 식물의 번식과 농업 생산성에 영향을 미칠 수 있다.

이 위기를 완화하기 위한 국제적인 노력이 진행되고 있다. 생물 다양성 협약과 같은 다자간 협정, 그리고 IUCN 적색 목록과 같은 모니터링 체계가 구축되었다. 보호구역 지정, 지속 가능한 자원 관리, 복원 생태학 프로젝트 등 다양한 보전 전략이 시행되고 있으나, 그 효과는 여전히 제한적이다. 현재의 멸종 속도는 배경 멸종률을 수백 배에서 수천 배까지 초과하는 것으로 추정된다[13].

대멸종 사건에서 기후 변화는 가장 핵심적이고 보편적인 원인 중 하나로 작용한다. 지구 역사상 주요 대멸종은 급격한 지구 온난화 또는 냉각과 밀접하게 연관되어 있으며, 이는 생물이 적응할 수 있는 속도를 훨씬 넘어서는 환경 변화를 초래했다.

기후 변화는 종종 다른 요인들과 복합적으로 작용한다. 예를 들어, 시베리아 트랩과 같은 대규모 화산 활동은 막대한 양의 이산화탄소와 메테인을 대기 중으로 방출하여 급격한 온난화를 유발했다. 이로 인해 해수면 온도 상승, 산소 결핍증 확대, 해양 순환 장애가 일어나 해양 생태계를 붕괴시켰다. 반대로, 오르도비스기 말 대멸종에서는 곤드와나 대륙 상의 빙하 형성으로 인한 급격한 해수면 하강과 냉각이 주요 원인으로 지목된다.

이러한 역사적 사례는 생물 다양성이 기후 시스템의 안정성에 얼마나 의존하는지를 보여준다. 현재 진행 중인 현생대 홀로세 대멸종 역시 인류 활동으로 인한 급속한 기후 변화가 주요 동인으로 작용하고 있다는 점에서 과거의 패턴과 유사성을 보인다.

대멸종 사건의 원인을 설명하는 주요 두 가지 범주는 대규모 화산 활동과 외부 천체 충돌과 같은 외부 충격이다. 이 두 요인은 종종 급격한 기후 변화를 유발하여 생태계에 치명적인 타격을 가했다.

대규모 화산 활동, 특히 대규모 화성암 지방의 형성은 여러 대멸종과 강한 연관성을 보인다. 예를 들어, 페름기 말 대멸종은 시베리아 트랩의 광범위한 분화와 동시에 발생했다. 이러한 분화는 막대한 양의 이산화탄소와 이산화황을 대기 중으로 방출하여 온실 효과를 강화하고 해양 산성화를 일으켰다. 또한, 분출된 에어로졸이 태양 빛을 차단하여 급격한 지구 냉각을 초래하기도 했다[16]. 데본기 후기 대멸종과 트라이아스기-쥐라기 대멸종 역시 각각 빌뉴이 트랩과 중앙대서양 화성암 지방의 형성과 시기가 일치한다.

외부 충격 요인 중 가장 잘 알려진 것은 백악기-팔레오기 대멸종을 일으킨 치크술루브 충돌구 형성 사건이다. 약 6600만 년 전 소행성 또는 혜성의 충돌은 즉각적인 충격파와 지진, 쓰나미를 발생시켰고, 대량의 먼지를 대기 중에 살포하여 광합성을 중단시켰다. 이로 인한 충격 겨울은 식물과 이를 먹이로 하는 동물들의 먹이사슬을 붕괴시켰다. 일부 연구는 오르도비스기 말 대멸종도 감마선 폭발이나 소행성 충돌과 같은 외부 사건에 기인할 가능성을 제기하기도 한다.

이러한 요인들은 단독으로도 충분히 파괴적이었지만, 종종 서로 결합되거나 기존의 환경 스트레스와 상호작용하여 멸종의 규모를 확대했다. 예를 들어, 화산 활동으로 이미 취약해진 생태계에 소행성 충돌이 추가된 것이 백악기 말 멸종의 치명성을 높인 것으로 보인다.

화석 기록 분석은 지질 시대를 통틀어 발생한 대멸종 사건의 규모, 속도, 영향을 평가하는 가장 근본적인 방법이다. 분석의 핵심은 특정 시기의 암석층에서 발견되는 화석의 다양성과 풍부도의 급격한 감소를 확인하는 데 있다. 연구자들은 전 세계의 지층剖面을 조사하여 생물 종의 최종 출현 시점을 기록하고, 멸종률을 정량화한다. 이를 통해 멸종 사건이 순간적이었는지 점진적이었는지, 그리고 어떤 생물군이 더 취약했는지를 파악할 수 있다.

분석 과정에는 몇 가지 주요 접근법이 사용된다. 첫째는 화석산층의 분포와 변화를 추적하는 것이다. 예를 들어, 페름기 말 대멸종 직전의 지층에서는 삼엽충이나 방추충과 같은 해양 무척추동물의 화석이 풍부하게 발견되지만, 멸종 경계층을 지나면 그 수가 급격히 줄어들거나 완전히 사라진다. 둘째, 생물 다양성 곡선을 작성하는 작업이다. 이는 과·속·종 수준의 분류군 출현과 소멸 데이터를 모아 시간에 따른 변화를 그래프로 나타내는 것으로, 멸종률이 정상 배경 수준을 훨씬 초과하는 시기를 명확히 보여준다.

그러나 화석 기록에는 불완전성이라는 본질적 한계가 존재한다. 화석화 과정은 특정 환경과 조건에서만 일어나며, 연체동물의 껍데기나 척추동물의 뼈와 같이 단단한 부분을 가진 생물이 화석으로 남기 쉽다. 부드러운 몸체를 가진 생물은 기록에서 크게 누락된다. 또한 지층의 침식이나 변형으로 인해 기록 자체가 소실될 수도 있다. 이러한 편향을 보정하기 위해 연구자들은 표본추출 이론과 통계적 모델을 적용하여 실제 생물 다양성을 추정한다.

최근에는 데이터베이스와 계산 기술의 발전이 분석 방식을 혁신했다. 고생물학 데이터베이스를 활용해 수백만 개의 화석 출처 기록을 통합하고, 지리적 정보 시스템과 함께 분석함으로써 대멸종의 전 지구적 패턴을 더 정밀하게 재구성할 수 있게 되었다. 예를 들어, 백악기-팔레오기 대멸종 당시 북아메리카와 아시아의 화석 기록을 비교 분석하면, 멸종이 대륙별로 어떻게 다른 양상을 보였는지에 대한 통찰을 얻을 수 있다.

대멸종 사건의 원인과 과정을 규명하는 데 있어, 지질학적 기록에 남은 화학적 신호인 지화학적 지표는 핵심적인 증거를 제공한다. 이 지표들은 고기후, 해양 화학, 생산성, 그리고 환경 교란의 규모와 속도를 복원하는 데 사용된다.

가장 널리 활용되는 지표 중 하나는 탄소 동위원소 비율(δ¹³C)의 변화이다. 해양 퇴적물이나 탄산염 껍질에서 측정된 δ¹³C 값의 급격한 변동은 전 지구적 탄소 순환의 대규모 붕괴를 의미한다. 예를 들어, 페름기 말 대멸종 시기에는 δ¹³C 값이 크게 음(-)으로 쏠리는데, 이는 대량의 메테인 수화물이 방출되거나 육상 생물권의 붕괴와 같은 요인이 대기 중에 경량의 탄소를 급격히 추가했음을 시사한다[17]. 백악기-팔레오기 대멸종 경계층에서는 충격 석영과 함께 이리듐 농도가 정상 지각 값보다 수백 배 높게 나타난다. 이리듐은 지각에는 희귀하지만 운석에는 풍부한 원소로, 이 이상 농축층은 소행성 충돌 가설의 결정적 물리화학적 증거가 된다.

해양 환경의 변화를 추적하는 데는 황 동위원소(δ³⁴S)와 산소 동위원소(δ¹⁸O)가 중요하다. 황 동위원소 기록은 해양의 황산염 환원 박테리아 활동과 무산소 해역의 확장을 반영한다. 산소 동위원소 비율은 주로 과거 해수 온도를 추정하는 데 사용되며, 급격한 온난화 또는 냉각 사건을 지시한다. 또한, 스트론튬(⁸⁷Sr/⁸⁶Sr)과 오스뮴(¹⁸⁷Os/¹⁸⁸Os)과 같은 방사성 동위원소 비율은 대규모 화산 활동으로 인한 대륙 암석의 풍화 속도 변화를 기록하여, 시베리아 트랩이나 데칸 트랩과 같은 대륙 홍수 현무암 분화의 환경적 영향을 평가하는 데 도움을 준다.