운석 충돌설

운석 충돌설

1980년 미국의 캘리포니아 대학 앨바레즈(L.W Alvarez;1911∼1988, 1968년에 노벨 물리학상 수상) 부자가 이탈리아, 덴마크, 뉴질랜드 등의 중생대와 신생대 지층의 경계층에, 상하층의 100배나 되는 이리듐이 함유되어 있다는 논문을 발표하였다.

【 대형 운석 충돌 분포표 】

<☞ 그림> 현재 지구상에는 200개 이상의 운석 충돌 구덩이가 확인되고 있다.

(자료 출처: Barbara W. Murck, Brian J. Skinner, Stephen C. Porter, 1999, Environmental Geology, John Wiley & Sons)

가설의 메커니즘

☞ 운석 충돌 직후, 주위에는 충격파가 뻗어 충돌 지점 부근에 거대한 분출물 기둥이 생긴다. 충돌한 운석의 파괴력은 냉전 시대에 미국과 구소련에서 보유하고 있던 핵탄두 약 2만 5000개의 1만 배에 가까운 것이었다고 한다.

※ 거대 운석이 충돌한 것은 지질 연대로는 중생대 백악기(Kreide)와 신생대 제 3기(Tertiary)의 경계에 해당하며, 머리 글자를 따서 'K/T경계'라고 부른다.

(이미지 출처: Newton Highlight 공룡연대기(p44), 계몽사, 1994)

덴마크, 이탈리아, 뉴질랜드에서 백악기와 제 3기의 경계층(K/T층)에, 보통보다 1∼2자리 높은 농도로 이리듐(Ir) 등의 운석 물질이 포함되어 있다는 것이 발견되었고, 그 후에도 세계 각 지에서 이리듐을 많이 함유한 경계층이 발견되었다. 이 이리듐은 백금족에 속하는 무거운 원소이기 때문에, 이미 지구 생성 초기에 내부로 가라앉아 버려서 지각에는 거의 존재하지 않는다. 그래서 이것을 거대 운석에서 온 것이라고 생각하게 되었다.
운석의 크기는 이미 알려져 있는 운석의 단위 질량 중에 포함되어 있는 이리듐의 양을 이용, 계산하여 지름이 약 10㎞인 것으로 추정되었다. 보통 운석이 지구에 충돌하는 속도는 초속 약 20㎞인데, 이러한 속도를 지닌 지름 10㎞의 운석이 지구에 충돌한다면 깊이 30㎞, 지름 약 100㎞의 크레이터가 생기고, 운석의 약 2배나 되는 질량의 먼지가 공중으로 올라간다. 그 가운데 지름 1㎛ 이하의 미립자는 대기 중에 오래 머무르면서 태양 광을 차단하기 때문에, 기후가 한랭화되고 녹색 식물은 말라 죽게 된다. 운석이 해양 지역에 떨어지면 대량의 수증기가 대기 중에 뿜어져 올라가 그 온실 효과로 기온이 갑자기 상승한다. 그러나 마침내 날아 올라간 먼지에 의해 대기의 한랭화가 시작된다. 즉, 운석 충돌에서 말하는 멸종의 메커니즘은 운석의 충돌에 의해 대량의 먼지가 대기권으로 올라가서 햇빛을 차단하였다고 하는 것이다. 그래서 지상의 온도가 떨어져 마치 핵의 겨울과 같은 상태가 되고, 식물은 광합성을 할 수 없게 되었다고 생각하는 것이다.

운석 충돌 장소

(내용 출처: Barbara W. Murck, Brian J. Skinner, Stephen C. Porter 원저(정교철, 김지수, 박수인, 손호웅, 오창환, 우남칠, 윤성택, 이동진, 전승수, 정공수, 정찬호, 최상훈, 함세영 공역). 1999. 환경지구과학(Environmental Geology, p 306). 시그마프레스(John Wiley & Sons)

요 10년 동안에 세계 곳곳에서 자세히 연구한 결과, 운석이 6500만 년 전에 낙하했다는 것은 거의 사실인 것 같다. 그래서 운석 충돌의 현장을 찾아내려는 시도도 이루어지고 있다. 그 유력한 후보로서 현재의 멕시코, 유카탄 반도의 북서쪽 끝 티튜루브 크레이터를 꼽고 있다.

충돌이론을 찬성하는 사람들에게 있어서의 결정적인 문제는, 멸종 시기인 6500만 년 전에 생겼다고 볼 수 있는 커다란 충돌 구덩이가 없다는 것이었다. 이러한 문제는, 멕시코 유카탄 반도 북부에서 약 6500만 년 전에 형성된 것으로 보이는 직경 180㎞의 칙술룹 운석 구덩이의 발견으로 해결되었다.
분출물 퇴적층 안에서 충격받은 광물 입자가 발견됨으로써 그 구조를 충돌 구덩이로 해석할 수 있었으며, 대규모의 구덩이는 성층권으로의 이리듐 분출, 화재에 의한 그을음 등의 영향을 전 세계적으로 일으키기에 충분했을 것으로 보인다. 한편, 충돌에 의한 해일에 의해 퇴적된 것으로 생각되는 물질이 미국 텍사스 주의 해안에서까지 발견되었다.

【유카탄 반도에서 발견된 운석 구덩이】

☞ 유카탄 반도 근처에서 최근 발견된 칙술룹 운석 구덩이. 이 운석 구덩이는 운석에 의한 충돌로 백악기-제3기 멸종의 원인이 되었다는 충돌론자들이 찾는 증거일지 모른다. 충돌의 영향은 파선원형으로 표시된 곳까지 암석에 남아 있다.

(이미지 출처: 월간과학 Newton, 1997년 4월호 p56)

공룡 멸종 운석 파편 발견

최근 북아메리카 동쪽 해안의 뉴저지 주 난바다와 태평양 북부에서 행해진 심해저의 굴착으로 새로운 증거가 추가되었다. 뉴저지 난바다의 K/T 경계 지층에서 많은 미소 텍타이트가 발견된 것이다. 마침내 태평양 북부에서 운석 자체의 파편이 발견된 것이다.
충돌 지점의 암석은 순간적으로 가열되어 녹고, 그 물방울은 주변으로 날아가 흩어졌다. 물방울의 일부는 공중에서 식어 고형화되어 '텍타이트(tektite)'라고 불리는 유리 모양의 물질이 되었다. 지름 1㎜ 이하의 미소 텍타이트가 카리브해 주변 K/T 경계 지층에 많이 나온다. 그 방사성 연대 측정은 6500만 년 전이라는 공룡 멸종 연대와 거의 일치한다.
충돌 현장 주변에서 녹지 않은 암석도 충돌 때의 강한 충격파로 그 결정 구조가 파괴되었다. 크레이터가 생긴 지층에서는 충격으로 변형되어 균열 투성이가 된 석영이나 지르콘 등의 광물이 발견되고 있다. 또 카리브해 주변 지역의 K/T 경계층은 미소 텍타이트를 대량으로 포함하는 특이한 사암층으로 이루어진다. 이것은 충돌 때 생긴 해일이 운반해온 퇴적층이었다.

가설의 문제점

출처: Newton Highlight 공룡연대기(p44), 계몽사, 1994

학계에서는 이제 운석 충돌설이 거의 정설로 자리잡고 있지만, 여전히 몇 가지 의문점이 남는다. 그 이유는 공룡들이 모두 멸종한 이 시기에도 공룡과 아주 비슷한 대형 파충류인 악어, 거북, 뱀이나, 더욱이 일사(日射)나 기후 변동에 아주 민감한 육방 산호류는 멸종되지 않았기 때문이다. 뿐만 아니라 동물들이 멸종된 시점 역시 불투명하다. 분명히 운석의 충돌은 있었지만, 공룡들의 멸종이 운석의 낙하 직후에 시작되었는지, 그 이전부터 이미 진행되어 왔다가 운석의 충돌과 함께 종말을 고한 것인지 확실하지가 않다. 북아메리카의 공룡 산출 기록을 살펴보면 백악기 말에는 이미 공룡들이 쇠퇴 경향에 있었다. 캐나다 앨버타 주 남부에 있는 레드디어강 일대의 세 백악기 지층군을 조사한 필립 커리 박사의 말에 따르면 그 종의 수가 상부로 갈수록 현저하게 줄어들고, 이리듐이 발견되기 직전의 층군에서는 일부의 특정 공룡을 제외하고는 거의 발견이 되지 않는다고 한다.
뿐만 아니라 암모나이트류도 백악기 후기를 통해서 서서히 쇠퇴하였고, 이매패류인 이노세라무스류는 백악기 말 조금 전에 멸종되었다.

【 유공충 화석의 멸종 과정 】

☞ 프린스턴 대학의 거타켈러의 연구에 기초한 이 도표는 작은 각질 해양 유기물인 유공충 화석의 멸종이 계단 모양임을 보여주고 있다. 이 도표의 중요한 특징은 백악기-제3기(K-T) 경계 전에 멸종이 시작되었으며, 경계를 중심으로 계단식으로 진행되고 있다는 것이다.
이 도표의 전체적인 층서는 약 100만 년이며, K-T 멸종이 갑작스럽게 나타나는 것이 아니라는 것을 보여준다.

(출처: Barbara W. Murck, Brian J. Skinner, Stephen C. Porter, 1999, Environmental Geology, John Wiley & Sons)

운석 충돌의 과정

【 운석 충돌시 만들어지는 검은 색의 점토층 】