중생대(공룡, 암모나이트)

트라이아스기는 약 2억 5190만 년 전부터 약 2억 130만 년 전까지 약 5000만 년 동안 지속된 중생대의 첫 번째 시기이다. 이 시기의 명칭은 독일에서 이 시대의 지층이 명확하게 세 층(트라이아스)으로 구분되는 것에서 유래했다[1].

이 시기는 페름기 말의 대량 멸종 사건 이후 황폐화된 생태계가 서서히 회복되고 새로운 생물군이 번성하기 시작한 과도기적 성격을 띤다. 초기에는 페름기의 생물상 잔재가 남아 있었으나, 점차 중생대를 대표할 생물들이 등장했다. 주요 생물군의 출현과 특징은 다음과 같다.

지질학적으로는 초대륙 판게아가 완전히 형성된 상태였으나, 시기가 끝날 무렵인 약 2억 3000만 년 전부터 균열이 시작되기 시작했다. 기후는 전반적으로 건조하고 따뜻했으며, 극지에도 빙하가 존재하지 않았다. 트라이아스기 말에는 다시 한번 대규모 멸종 사건이 발생했는데, 이는 공룡이 쥐라기에 본격적으로 번성할 수 있는 기회를 제공한 중요한 전환점이 되었다.

쥐라기는 약 2억 130만 년 전부터 1억 4500만 년 전까지 약 5600만 년 동안 지속된 지질 시대이다. 이 시기는 트라이아스기에 이어지고 백악기가 뒤를 잇는다. 쥐라기의 이름은 유럽의 알프스 산맥에 광범위하게 분포하는 쥐라 산맥의 석회암 지층에서 유래했다.

이 시기의 가장 두드러진 특징은 판게아 초대륙이 본격적으로 분열하기 시작했다는 점이다. 특히 북아메리카와 유럽을 포함한 라우라시아와 남아메리카와 아프리카를 포함한 곤드와나 사이에 테티스 해가 확장되기 시작했다. 이러한 대륙 분리는 해류와 기후 패턴에 변화를 가져왔고, 전 세계적으로 따뜻하고 습한 기후가 유지되어 울창한 숲이 발달하는 데 기여했다.

쥐라기는 공룡이 지구상에서 가장 번성하고 다양화한 시기로, 특히 거대한 용반목 공룡들이 전성기를 누렸다. 디플로도쿠스, 브라키오사우루스와 같은 긴 목을 가진 초식성 용각류와 알로사우루스와 같은 대형 육식 공룡이 지배적이었다. 또한 이 시기에 조반목 공룡과 최초의 조류가 등장했다. 바다에서는 어룡과 수장룡 같은 해양 파충류와 함께 암모나이트가 매우 다양해지고 풍부해졌다.

백악기는 약 1억 4500만 년 전부터 6600만 년 전까지 약 7900만 년간 지속된 중생대의 마지막 시기이다. 이 시기는 트라이아스기와 쥐라기에 이어 세 번째이자 가장 긴 기간을 차지한다. 백악기의 이름은 유럽에서 이 시기의 지층에서 흔히 발견되는 백악(白堊, chalk)이라는 순백색의 석회암에서 유래한다.

이 시기의 가장 큰 특징은 판게아의 분열이 본격화되어 대륙들이 현재의 모습에 가까워지기 시작했다는 점이다. 특히 대서양이 점차 넓어지면서 북아메리카와 유럽이 분리되었다. 기후는 전반적으로 온난하고 습윤했으며, 극지방에도 빙하가 존재하지 않아 해수면이 높았다. 이로 인해 넓은 내륙해가 형성되어 북아메리카 대륙을 동서로 가르는 등 독특한 지리적 환경을 만들었다.

백악기의 생물계는 매우 번성했으며, 특히 속씨식물이 등장하고 급속히 다양화되어 지구의 풍경을 크게 바꾸었다. 이는 초식 공룡을 비롯한 초식동물의 진화에 큰 영향을 미쳤다. 공룡은 이 시기에 최고의 전성기를 누렸으며, 티라노사우루스, 트리케라톱스, 벨로키랍토르 같은 매우 잘 알려진 종들이 백악기에 살았다. 한편, 암모나이트도 다양성의 정점에 도달했으나, 시기 말에 K-Pg 멸종 사건으로 인해 공룡과 함께 절멸하게 된다.

백악기는 중생대를 끝내는 대규모 멸종 사건으로 막을 내린다. 이 멸종은 칠루브 충돌구를 만든 거대 운석 충돌이 주요 원인으로 지목되며, 당시 지구 생물종의 약 75%가 사라졌다. 이 사건은 공룡의 시대를 종식시키고, 포유류와 조류의 번성 시대인 신생대로의 문을 열었다.

공룡은 골반 구조에 따라 크게 용반목과 조반목으로 나뉜다. 이 분류는 1887년 영국의 고생물학자 해리 시리가 제안한 체계로, 골반 뼈 중 좌골, 장골, 치골의 배열 방식에 근거한다. 용반목은 도마뱀과 유사한 골반 구조를, 조반목은 새와 유사한 골반 구조를 보인다.

용반목의 골반에서는 세 개의 뼈가 서로 다른 방향으로 퍼져 나간다. 특히 치골이 앞쪽과 아래쪽을 향해 돌출되는 형태가 특징이다. 이 목에는 육식성인 수각류와 초식성인 용각류가 포함된다. 수각류는 티라노사우루스, 벨로키랍토르와 같이 두 발로 걸으며 날카로운 이빨과 발톱을 가진 포식자들이 대표적이다. 반면 용각류는 브라키오사우루스, 디플로도쿠스와 같은 거대한 목과 긴 꼬리를 지닌 초식 공룡들로 이루어져 있다.

조반목의 골반은 치골이 장골과 평행하게 뒤쪽으로 향하거나, 아래쪽이 아닌 앞쪽을 향해 길게 뻗는 형태를 보인다. 이 목은 주로 초식성 공룡들로 구성되며, 다시 조각류와 각룡류, 검룡류 등으로 세분화된다. 조각류는 이구아노돈, 하드로사우루스와 같이 새주둥이를 가진 공룡들이 포함되며, 각룡류는 트리케라톱스와 같은 뿔을 가진 공룡들이다. 검룡류는 스테고사우루스처럼 등에 골판이나 가시를 지닌 공룡들을 말한다.

이 골반 구조의 차이는 이동 방식과 체중 지지, 그리고 생태적 지위와 깊은 연관이 있다. 용반목과 조반목의 분화는 트라이아스기 후반에 시작되어, 쥐라기와 백악기를 거쳐 각기 다양한 형태로 진화하며 중생대 육상 생태계를 지배했다.

용반목은 주로 육식성이며, 두 발로 걸었고, 날카로운 이빨과 발톱을 가졌다. 대표적으로 티라노사우루스, 벨로키랍토르, 스피노사우루스 등이 포함된다. 이들은 강력한 턱과 날카로운 이빨로 사냥을 했으며, 일부는 집단 사냥을 했을 것으로 추정된다. 조반목은 주로 초식성이며, 네 발 또는 두 발로 걸었고, 주로 식물을 먹기 위해 적응된 이빨과 주둥이를 가졌다. 트리케라톱스, 스테고사우루스, 이구아노돈 등이 대표적이다. 많은 조반류는 방어를 위해 뿔, 골판, 골편 등의 구조를 진화시켰다.

공룡의 크기는 매우 다양했다. 가장 큰 공룡은 용반목에 속하는 초식성 용각류였다. 예를 들어, 아르헨티노사우루스나 디플로도쿠스는 몸길이가 30미터 이상에 체중이 70톤에 달해 지구 역사상 가장 거대한 육상 동물이었다. 반면, 작은 수각류인 콤프소그나투스는 몸길이가 약 1미터에 불과했다. 이들의 생태적 지위는 현생 포유류와 조류에 해당하는 다양한 역할을 차지했다.

공룡은 단일한 생물군이 아니라 매우 다양한 형태와 생태를 가진 집단이었다. 일부는 깃털을 가지고 있었으며, 이는 조류가 공룡에서 진화했다는 강력한 증거가 된다. 시조새와 같은 화석은 공룡과 새 사이의 연결고리를 보여준다. 공룡의 특징을 요약하면 다음과 같다.

백악기 말 약 6600만 년 전, 공룡을 포함한 지구 생물의 약 75%가 사라지는 백악기-제3기 멸종 사건이 발생했다. 이 사건의 원인으로 가장 널리 받아들여지는 가설은 치쿨룹 충돌구의 발견과 연관된 소행성 충돌설이다. 약 10km 크기의 소행성 또는 혜성이 현재의 멕시코 유카탄 반도에 충돌하여 직경 약 180km의 거대한 충돌구를 만들었다는 것이다. 이 충돌은 대규모 화재, 지진, 쓰나미를 일으켰고, 대기 중으로 휘날린 먼지와 황산염 에어로졸이 태양 빛을 장기간 차단하여 광합성을 중단시키고 지구 냉각을 유발했다는 것이 핵심 메커니즘이다.

소행성 충돌설은 충돌층에서 발견된 이리듐 등 우주 기원 물질의 농도 급증, 충격에 의해 생성된 석영 입자, 그리고 충돌구 자체의 지질학적 증거에 의해 강력히 지지받는다. 특히, 백악기-제3기 경계 퇴적층(K-Pg 경계층)은 전 세계적으로 확인되며, 이 층 아래에서는 공룡 화석이 발견되지만 위에서는 발견되지 않는다는 점이 결정적이다.

그러나 일부 과학자들은 충돌만으로 전 지구적 멸종을 설명하기 어렵다고 보며, 다른 요인들이 복합적으로 작용했을 가능성을 제기한다. 주요 대안 가설 중 하나는 데칸 트랩으로 대표되는 대규모 화산 활동이다. 인도 지역에서 약 수십만 년에 걸쳐 진행된 거대한 현무암 분출은 대량의 이산화탄소와 이산화황을 대기 중에 방출하여 해양 산성화와 기후 변동을 초래했을 것이다. 이는 생태계를 오래전부터 악화시켜 공룡을 포함한 생물들을 취약하게 만들었고, 소행성 충돌이 최후의 일격을 가했다는 복합 멸종설이 제안된다.

기타 제안된 가설로는 기후 변화, 해수면 변동, 질병, 또는 은하계의 진동 주기에 따른 우주선 증가 등이 있으나, 소행성 충돌설과 데칸 트랩 화산 활동설에 비해 지배적인 증거는 부족한 편이다. 현재의 과학적 합의는 소행성 충돌이 주요 원인이었으나, 당시 이미 진행 중이던 환경적 스트레스 요인들이 멸종의 규모와 속도에 기여했을 수 있다는 데 있다.

암모나이트는 두족류에 속하는 해양 무척추동물로, 주로 플랑크톤이나 작은 동물을 포식하는 활동적인 포식자였다. 그들의 화석은 전 세계의 중생대 해성 퇴적층에서 흔히 발견되며, 특히 백악기 지층에서 다양성이 정점에 이르렀다. 이들의 생태적 지위는 현생의 앵무조개와 유사하지만, 암모나이트는 더 다양한 형태와 크기로 진화하여 다양한 수심과 환경에 적응했다.

암모나이트의 진화는 매우 빠르고 특징적이어서, 지질학에서 표준화석으로 널리 사용된다. 각 시대마다 특정한 봉합선 패턴과 껍데기 형태를 가진 종이 나타나고 사라졌기 때문에, 암모나이트 화석을 분석하면 해당 암석층의 상대적 연대를 정확하게 판별할 수 있다. 이들의 진화 경향은 초기의 단순한 봉합선에서 복잡한 지그재그 모양의 봉합선을 갖는 방향으로 진행되었다.

이러한 빠른 진화와 전 지구적 분포 덕분에, 암모나이트 화석은 판게아의 분열 과정과 고해양 환경을 재구성하는 데 핵심적인 증거가 된다. 백악기 말 K-Pg 멸종 사건에서 공룡과 함께 완전히 멸종했으며, 그들의 생태적 지위는 부분적으로 현생 두족류가 계승했다.

암모나이트 화석은 지질 시대를 구분하고 대비하는 데 있어 표준 화석으로서 핵심적인 역할을 한다. 이들의 껍데기는 빠르게 진화하여 다양한 형태를 보였고, 전 세계의 해양 퇴적층에서 풍부하게 발견되기 때문이다. 특히, 암모나이트의 봉합선 패턴은 종을 식별하는 결정적인 특징이 되어, 지층의 상대 연대를 정밀하게 결정하는 데 활용된다[6].

암모나이트 화석은 고환경 복원에도 중요한 단서를 제공한다. 화석이 발견된 암석의 종류와 함께 발견되는 다른 화석군을 분석하면 당시의 수심, 수온, 염분 등 해양 환경을 추론할 수 있다. 또한, 암모나이트 껍데기의 안정 동위 원소 비율을 측정하면 과거 해수의 온도를 직접적으로 계산해낼 수 있다.

이처럼 암모나이트 화석은 단순한 과거 생물의 유해가 아니라, 중생대 해양의 역사를 기록한 지질학적 기록자로 기능한다. 그들의 화석 기록 없이는 중생대 해양 지층의 연대를 현재와 같이 정확하게 확립하는 것이 불가능했을 것이다.

중생대는 초대륙 판게아가 존재하던 시기로 시작한다. 트라이아스기 초기에는 거의 모든 육지가 하나의 초대륙으로 뭉쳐 있었다. 이 거대한 대륙은 북부의 라우라시아와 남부의 곤드와나로 크게 구분되며, 중앙에는 테티스 해가 존재했다.

트라이아스기 후기부터 쥐라기를 거쳐 백악기에 이르는 동안 판게아는 점차 분열하기 시작했다. 이 분열은 해령에서의 해저 확장에 의해 주도되었다. 주요 분열 과정은 다음과 같았다.

이러한 대륙 이동은 해류와 대기 순환 패턴을 바꾸었고, 이는 전 지구적 기후에 중대한 영향을 미쳤다. 또한, 분리된 대륙들은 각각 고립된 환경을 형성하여 생물들의 독자적인 진화를 촉진하는 요인이 되었다. 예를 들어, 남반구 대륙들의 생물상은 북반구와 차이를 보이기 시작했다. 백악기 말에는 오늘날과 유사한 대륙 배치의 초기 형태가 나타났다.

중생대의 기후는 전반적으로 온난하고 균일한 특징을 보였으나, 시기와 지역에 따라 상당한 변동이 있었다. 초기 트라이아스기는 대부분 건조했으나, 쥐라기와 백악기로 갈수록 전 지구적으로 온난화가 진행되었다. 특히 백악기 후기는 중생대에서 가장 따뜻한 시기로, 극지방에도 빙하가 존재하지 않았고 열대 및 아열대 기후대가 현재보다 훨씬 넓게 분포했다. 이는 대기 중 이산화탄소 농도가 현재보다 수 배에서 열 배까지 높았던 것과 연관이 있다[8].

해수면 변화는 판게아 초대륙의 분열과 해저 확장 속도와 밀접한 관계가 있었다. 트라이아스기에는 해수면이 비교적 낮았으나, 쥐라기부터 백악기에 걸쳐 해저 확장이 활발해지면서 해령의 부피가 증가하고 대륙 지각이 얇아졌다. 이로 인해 대륙의 많은 부분이 침수되어 넓은 내륙해와 얕은 대륙붕이 형성되었다. 백악기 후기에는 해수면이 현대보다 약 100~200미터 더 높아, 북아메리카 서부를 가로지르는 서내해와 유라시아에 광대한 테티스 해가 존재했다.

이러한 고온과 높은 해수면은 생태계에 지대한 영향을 미쳤다. 따뜻하고 얕은 바다는 암모나이트와 같은 해양 무척추동물에게 이상적인 서식지를 제공했으며, 육상에서는 공룡을 포함한 파충류가 번성할 수 있는 환경을 조성했다. 기후와 해수면 변화의 패턴은 다음과 같이 요약할 수 있다.

판게아는 약 3억 3천만 년 전부터 형성되기 시작한 초대륙으로, 중생대 초기인 약 2억 5천만 년 전에는 하나의 거대한 육지 덩어리를 이루고 있었다. 이 초대륙의 분열은 중생대를 정의하는 가장 중요한 지질학적 사건 중 하나이며, 이후의 대륙 분포, 기후, 해양 순환 및 생물 진화에 지대한 영향을 미쳤다.

분열은 약 2억 년 전, 즉 트라이아스기 말에서 쥐라기 초에 걸쳐 시작되었다. 먼저 테티스 해의 확장과 함께 판게아 동부와 서부 사이에 균열이 생기기 시작했고, 이는 점차 라우라시아(북쪽 대륙군)와 곤드와나(남쪽 대륙군)로의 분리를 촉발했다. 이후 이 두 대륙군 내부에서도 분열이 계속되어 현대의 대륙 모습을 갖추기 시작했다. 주요 분열 과정은 아래 표와 같다.

이 분열은 해령에서의 새로운 해양 지각 생성에 의해 주도되었으며, 이로 인해 대륙들은 점점 더 멀어지게 되었다. 그 결과, 대서양과 인도양과 같은 새로운 대양이 탄생했고, 대륙의 해안선 길이는 급격히 증가했다. 이는 해양 생물의 서식지를 확대하고, 대륙 내부의 기후를 변화시키는 요인으로 작용했다. 또한, 분리된 대륙들은 각기 독립적인 진화 경로를 걸으며, 공룡을 비롯한 육상 생물들의 지리적 분포와 다양성에 결정적인 변화를 가져왔다.

중생대는 시작과 끝이 모두 대규모 멸종 사건으로 특징지어진다. 중생대의 시작은 약 2억 5천만 년 전 페름기 말에 발생한 페름기-트라이아스기 대량 절멸 사건으로, 이는 지구 역사상 가장 규모가 큰 멸종 사건으로 알려져 있다[9]. 이 사건을 계기로 고생대의 생물군이 쇠퇴하고, 파충류와 같은 새로운 생물군이 번성하는 중생대의 서막이 열렸다.

중생대의 끝은 약 6600만 년 전 백악기-팔레오기 대량 절멸 사건(K-Pg 멸종)으로 표시된다. 이 사건은 공룡을 비롯한 중생대를 지배했던 대형 파충류들의 갑작스러운 종말을 가져왔다. 가장 유력한 원인은 멕시코 유카탄 반도에 충돌한 거대 운석의 영향으로, 충돌로 인한 급격한 기후 변화와 환경 재앙이 생태계를 붕괴시킨 것으로 여겨진다[10].

이 멸종 사건의 영향은 선택적이었다. 다음 표는 주요 생물군의 생존 여부를 보여준다.

K-Pg 멸종은 생물 진화의 흐름을 근본적으로 바꾸는 전환점이 되었다. 공룡의 소멸은 당시 작고 주변적 존재였던 포유류에게 생태적 지위를 비켜주는 결과를 낳았고, 이들은 신생대에 걸쳐 빠르게 다양화하여 새로운 지배 동물군으로 부상하게 되었다.