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찰스 다윈도 이상하게 생각한 전 세계 여러 곳의 암석 퇴적물에 10억 년의 시간 공백.
없어진 층을 설명하는 것은 ‘눈덩이 지구* Snowball Earth’ 단계의 빙하가 아니라 원시 대륙 로디니아(Rodinia)의 형성과 붕괴다.

지구 역사 잃어버린 10억 년 찾았다.

신비스러운 공백 :
전 세계 여러 곳의 암석 퇴적물에는 거의 10억 년의 시간 공백이 있다.
찰스 다윈(Charles Darwin)도 이미 이런 사실에 의아했다.
지질 학자들은 이 ‘커다란 부적합성’이 어떻게 가능한지 미스터리의 베일을 벗기고 있다.
이에 따르면 없어진 층을 설명하는 것은 ‘눈덩이 지구* Snowball Earth’ 단계의 빙하가 아니라 원시 대륙 로디니아(Rodinia)의 형성과 붕괴다.
* 눈덩이 지구 이론은 과거 6~8억년전 선캄브리아 시기가 끝나갈 즈음에 지구 전체가 눈과 얼음으로 완전히 얼어 붙었던 극심한 빙하 시기가 수차례 발생했었다는 가설이다.

▲ 콜로라도의 암석에서 나타나는 급격한 색상 변화는 전체적인 퇴적 시대의 부재와 같은 큰 부적합을 나타낸다. © Rebecca Flowers

이 10억 년 차이는 수 세기 동안 지질 학자들에게 미스터리였다.
스코틀랜드에서 제임스 허튼(James Hutton)은 1787년에 암석층에서 갑작스런 붕괴로 약 8천만 년의 퇴적물이 없어졌다고 주장했다. 1869년 미국 지질 학자 제임스 웨슬리 파웰(James Wesley Powell)은 그랜드 캐년에서 훨씬 더 큰 차이를 발견했다.

찰스 다윈조차도 왜 캄브리아기의 화석이 풍부한 층이, 큰 공백 이후 이전의 형태가 나타나지 않았는지 설명할 수 없었다.

네 가지 이론과 많은 열린 질문

그동안 소위 "커다란 부적합 Great Unconformity"은 전 세계 여러 곳에서 입증됐다.
약 5억 4천만 년 이전에 캄브리아기 오래된 퇴적이 시작된다.
이 공백의 원인은 오늘날 다윈 시대보다 더 당혹스럽지는 않다.
지질 학자들은 비정상적으로 심한 침식 단계에서 누락된 층을 제거해야 한다고 추측한다.
동시에 바다로 씻겨 들어간 미네랄과 영양소는 캄브리아기 초기에 생명의 추진력을 설명 할 수 있다.

그러나 이런 일이 일어났을 때 논쟁의 여지가 있다.
한 이론에 따르면, 원시 대륙 로디니아의 형성은 약 8억 8천만 년 전에 침식을 촉발시켰으며, 두 번째는 로디니아의 분열이 8억 ~ 7억1700만 년 전의 원인으로 보고 있다.
세 번째 이론은 부적합성을 약 7억1700 백만 년 전에 시작된 세계 빙하인 "눈덩이 지구"단계와 연결한다. 네 번째 이론은 이와 달리, 한참 후 에디아카리움(Ediacarium) 시대에, 공백을 없애고 이 시기의 강한 침식의 원인으로 산 형성과 같은 지각 과정이 있었다고 본다.

콜로라도에서 단서 찾기

볼더(Boulder)에 있는 콜로라도 대학(University of Colorado)의 레베카 플라워 (Rebecca Flowers)와 그녀의 동료들은 여러 이론 중에서 어느 것이 맞는지 알아내려고 노력했다.
연구를 위해 로키산맥 동쪽에으로 남북으로 펼쳐있는 산맥 콜로라도 전면 지역에서 암석을 분석했다.
17억 년 전으로 거슬러 올라가는 바위층이 보존되어 있어 커다란 부적합의 시기와 역사에 관한 정보를 얻을 수 있다.

연구진은 “17억 년 된 파이크스 피크(Pikes Peak) 형성의 화강암 위에 직접 놓여있는 캄브리아 사암이 커다란 부적합을 제시한다”고 보고했다.
암석의 연속성과 작은 지르콘 결정의 분석 및 날짜를 사용해 화강암층이 침식에 의해 마지막으로 노출된 시기를 결정했다. 이 시점은 침식이 큰 차이를 만든 시기를 나타내기 때문이다.

▲ 주요 부적합과 연대순의 4가지 이론. © Flowers et al. PNAS

7억1700만 년 전 침식

지질 학자들은 여러 곳에서 오래된 화강암층의 집중적인 풍화와 침식 흔적을 발견했다.
"이것은 사암이 퇴적되기 전에 이 화강암이 표면에 더 오래 노출되는 것을 의미한다"고 Flowers와 팀은 말했다. 지르콘 날짜는 이 심각한 침식 단계가 10억년 전에서 6억 1천 6백만 년 전에 시작되었다고 지적했다.

그러나 이것은 대 부적합은 눈덩이 지구Snowball-Earth 이론이 가정한 것보다 일찍 시작되었음을 의미한다. 과학자들은 “우리의 결과는 주요 적합성 이하의 침식 대부분이 최초의 신생대생 눈 덩어리 단계 이전에 시작된 것으로 나타났다”고 말했다. 지구의 빙하가 극심한 침식과 그로 인한 암석 지층의 격차를 유발할 수 없었습니다.

눈덩이 지구 대신 판 구조론

그렇다면 그 이유는 무엇일까?
플라워와 동료들에 따르면, 판 구조론은 가장 가능성 있는 설명을 제공한다.
이러한 지각 과정은 지구의 역사 과정에서 반복적으로 퇴적물을 가져왔을 뿐 아니라 암석을 제거하는 것으로 알려져 있다.

이것은 또 다른 연구 그룹이 로디니아의 붕괴가 몇 년 전에 인상적인 전환점으로 확인되었다는 사실과도 일치한다.

그들의 자료에 따르면, 대륙의 붕괴는 암석의 풍화와 침식을 증가시켰고 엄청난 양이 떠다니다 바다에 퇴적물로 쌓였다. 이것은 다시 대기에서 많은 이산화탄소를 추출해 지질 빙하화가 된다.

글로벌 대신 지역적이다

Flowers와 그녀의 팀은 ‘큰 적합성’에 대한 또 다른 일반적인 가정에 동의하지 않는다.
그들은 퇴적층에서의 이런 공백이 실제로 전 세계에서 동시에 실행되는 단일 프로세스로 인한 것 같지는 않다고 생각한다. "우리는 동시에 발전하고 세계적인 현상이 아니라 지역 구조적 특징을 반영하는 몇 가지 주요 부적합이 있을 것을 제안한다" 고 연구원들은 말했다.

캄브리아기로의 전이에서 세계적으로 두드러진 공백의 위치는 특히 신생대기 시대에 주요한 지각 변화가 있었다는 사실로 설명될 수 있다.
(Proceedings oft he National Academy of Sciences (PNAS), 2020; doi: 10.1073/pnas.1913131117)
출처: University of California – Santa Barbara 

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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