고생대

고생대(Paleozoic Era)는 현생누대(Phanerozoic Eon)의 첫 번째 대(代, era)로, 약 5억 4,100만 년 전부터 2억 5,190만 년 전까지 약 2억 8,910만 년 동안 지속된 지질시대이다. 명칭은 그리스어로 '오래된(Palaios)'과 '생명(Zoe)'을 합친 말에서 유래했다. 1838년 영국의 지질학자 애덤 세지윅이 캄브리아기와 오르도비스기를 묶어 부르기 위해 처음 제안했으며, 이후 존 필립스가 페름기까지 포함하는 현재의 개념으로 재정의했다.

이 시대는 지구 역사상 가장 극적인 생물학적, 지질학적 사건들이 일어난 시기이다. 시작과 함께 캄브리아기 대폭발이 일어나 눈에 보이는 복잡한 다세포 생물들이 폭발적으로 등장했으며, 바다에서 시작된 생명은 육지로 진출하여 숲을 이루고 양서류와 파충류로 진화했다. 대륙들은 끊임없이 이동하고 충돌하여 마침내 거대 대륙 판게아를 형성했다. 그러나 고생대의 끝은 지구 역사상 최악의 재앙인 페름기-트라이아스기 대멸종으로 막을 내렸으며, 이로 인해 고생대 생태계의 대다수가 사라지고 중생대라는 새로운 시대가 열리게 되었다.

고생대의 지리적 역사는 "흩어진 조각들이 모여 하나의 거대한 퍼즐을 완성해가는 과정"으로 요약할 수 있다. 고생대가 시작될 무렵(캄브리아기), 이전 시대의 초대륙이었던 로디니아(Rodinia)가 분열하여 여러 대륙 조각들이 적도와 남반구에 흩어져 있었다. 이 시기에는 해수면이 높아 대륙의 많은 부분이 얕은 바다(대륙붕)에 잠겨 있었으며, 이는 해양 생명체가 폭발적으로 진화할 수 있는 광활한 무대가 되었다.

시간이 흐르며 이 조각들은 다시 모이기 시작했다. 오르도비스기와 실루리아기를 거치며 남반구에는 거대 대륙 곤드와나가 자리 잡았고, 북반구에서는 로렌시아(북미)와 발티카(유럽)가 충돌하여 유라메리카 대륙을 형성했다. 마침내 페름기에 이르러서는 지구상의 모든 대륙이 하나로 충돌하여 거대한 초대륙 판게아(Pangaea)를 완성했다. 이 과정에서 거대한 산맥들이 솟아올랐고, 바다는 하나로 합쳐져 판탈라사(Panthalassa)라는 거대 대양을 이루었다.

고생대의 기후는 온실(Greenhouse)과 냉동고(Icehouse)를 오가는 극심한 변동을 겪었다. 초기(캄브리아기~데본기)에는 대체로 이산화탄소 농도가 높고 온난했다. 특히 데본기에는 해수면이 매우 높아 전 세계적으로 산호초가 발달한 열대 바다 환경이 조성되었다.

그러나 후기(석탄기~페름기 초)에는 육상 식물이 숲을 이루면서 상황이 반전되었다. 거대한 숲이 대기 중의 이산화탄소를 흡수하고 산소를 뿜어내자 온실 효과가 감소하여 기온이 급격히 떨어졌다. 이로 인해 남반구 곤드와나 대륙을 중심으로 거대한 빙하가 발달하는 후기 고생대 빙하기가 도래했다.

특히 석탄기에는 대기 중 산소 농도가 현재(21%)보다 훨씬 높은 30~35%까지 치솟았다. 이러한 고농도의 산소는 호흡 효율이 낮은 곤충들이 거대해질 수 있는 환경을 제공하여, 날개폭 70cm의 잠자리(메가네우라)나 2m 길이의 노래기(아르트로플레우라)가 등장하는 배경이 되었다. 그러나 페름기 말기로 갈수록 화산 활동 등으로 인해 다시 이산화탄소가 급증하고 산소 농도가 떨어지며 극단적인 온난화와 건조화가 진행되었다.

고생대의 하루는 지금보다 짧았다. 달이 지구와 더 가까이 있었기 때문에 조석 마찰력이 강하게 작용했고, 이로 인해 지구의 자전 속도가 지금보다 빨랐기 때문이다. 산호 화석의 성장선 연구에 따르면, 고생대 초기의 하루는 약 21시간, 1년은 약 420일이었던 것으로 추정된다. 시간이 흐르며 자전 속도가 느려져 고생대 말기에는 하루가 약 23시간으로 늘어났다.

고생대는 생명체가 폭발적으로 다양해지고, 바다에서 육지로 서식지를 확장한 혁명적인 시기였다.

고생대의 시작인 캄브리아기에는 캄브리아기 대폭발이라 불리는 급격한 생물 다양성 증가 사건이 일어났다. 단단한 껍데기와 눈을 가진 생명체들이 등장하면서, 삼엽충과 같은 절지동물이 바다 밑바닥을 지배했고, 아노말로카리스와 같은 최상위 포식자가 출현하여 복잡한 먹이사슬이 형성되었다. 이어서 오르도비스기에는 오르도비스기 생물 대폭발(GOBE)이 일어나며 완족동물, 산호, 두족류(직각석) 등이 번성하여 해양 생태계의 구조가 수직적으로 확장되었다.

생명체의 육상 진출은 실루리아기부터 본격화되었다. 오존층이 형성되어 자외선이 차단되자, 물가에는 쿡소니아와 같은 최초의 관다발 식물이 자라나 황량했던 대지를 초록색으로 물들였다. 식물이 육지에 자리를 잡자, 이를 먹이로 삼거나 서식처로 삼는 노래기, 거미, 전갈 등의 절지동물들이 뒤따라 상륙했다.

어류의 시대라 불리는 데본기에는 척추동물의 진화가 절정에 달했다. 턱이 없는 갑주어와 턱을 가진 유악어류(판피어)가 바다를 호령하는 동안, 얕은 물가에서는 지느러미가 다리로 진화한 틱타알릭, 이크티오스테가, 아칸토스테가와 같은 초기 사지동물(Tetrapod)들이 등장하여 뭍으로 올라올 준비를 마쳤다.



석탄기에는 거대 양치식물과 석송류가 우거진 울창한 석탄 숲(Coal Forest)이 형성되었다. 이 숲들이 뿜어낸 막대한 산소 덕분에 대기 중 산소 농도는 35%까지 치솟았고, 이는 메가네우라(거대 잠자리)나 아르트로플레우라(거대 노래기)와 같은 절지동물들이 거대하게 성장하는 배경이 되었다. 습지에서는 에리옵스와 같은 대형 양서류가 최상위 포식자로 군림했다.

페름기에 이르러 기후가 건조해지자, 물가에 알을 낳아야 하는 양서류는 쇠퇴하고, 단단한 알(양막란)을 낳아 건조한 내륙에서도 번식할 수 있는 단궁류와 파충류가 생태계의 주도권을 잡았다. 특히 등에 체온 조절용 볏을 가진 디메트로돈과 같은 반룡류와, 이후 등장한 수궁류(고르고놉스류 등)는 중생대 공룡이 등장하기 전까지 지구 육상을 지배했다.

국제층서위원회(ICS)의 분류에 따라 고생대는 총 6개의 기(Period)로 나뉜다.

고생대의 서막을 여는 캄브리아기는 현생누대가 시작되는 시점이다. 이 시기에는 '캄브리아기 대폭발'이 일어나 오늘날 존재하는 대부분의 동물 문(Phylum)이 등장했다. 특히 단단한 껍데기를 가진 삼엽충이 바다를 지배했으며, 아노말로카리스와 같은 거대 포식자가 출현하여 복잡하고 역동적인 해양 생태계가 형성되었다.

이어지는 오르도비스기는 '오르도비스기 생물 대폭발(GOBE)'이라 불릴 만큼 해양 생물 다양성이 급증했던 시기다. 직각석을 비롯한 두족류와 완족동물, 필석 등이 바다를 가득 채웠으며, 턱이 없는 최초의 척추동물인 무악어류가 등장했다. 그러나 시기 말기에는 빙하기의 도래로 인한 오르도비스기 후기 대멸종이 발생하여 생태계가 큰 타격을 입기도 했다.

실루리아기는 생명체가 물 속을 벗어나 육지로 진출한 생물학적 혁명의 시기다. 최초의 관다발 식물인 쿡소니아가 등장하여 황량했던 대지를 녹색으로 물들였고, 바다에서는 턱을 가진 유악어류가 진화하기 시작했다. 또한 거대한 산호초가 발달하고 바다전갈이 최상위 포식자로 군림했다.

데본기는 갑주어와 판피어, 초기 육기어류가 번성하여 흔히 물고기의 시대로 불린다. 육상에서는 아르카이옵테리스와 같은 나무가 자라나 최초의 숲을 형성했고, 물고기에서 진화한 이크티오스테가 등 사지동물이 뭍으로 올라오는 위대한 도약이 이루어졌다. 말기에는 환경 변화로 인한 두 차례의 대멸종이 있었다.

석탄기는 양서류의 전성기이자 거대 곤충의 시대였다. 대기 중 산소 농도가 급격히 높아지면서 메가네우라와 같은 거대 절지동물이 활보할 수 있었고, 습지대에는 울창한 양치식물 숲이 형성되었다. 이 숲들이 땅에 묻혀 오늘날 인류가 사용하는 막대한 석탄층이 되었다. 또한 물가에 알을 낳지 않아도 되는 최초의 파충류(양막류)가 등장했다.

고생대의 마지막인 페름기에는 모든 대륙이 하나로 뭉쳐 초대륙 판게아가 완성되었다. 내륙이 건조해짐에 따라 이에 적응한 단궁류(포유류의 조상, 디메트로돈 등)와 파충류가 육상 생태계를 장악했다. 그러나 시기 말에 시베리안 트랩의 폭발로 촉발된 지구 역사상 최악의 재앙인 페름기-트라이아스기 대멸종이 발생하며 고생대는 막을 내리게 된다.

고생대는 생명의 폭발적인 탄생으로 시작되었으나, 그 끝은 지구 역사상 가장 처참한 죽음으로 마무리되었다. 고생대 동안에는 크게 세 번의 대규모 멸종 사건이 발생하여 생태계의 판도를 뒤바꾸었다.

  자세한 내용은 오르도비스기 후기 대멸종 문서를 참고하십시오.

고생대의 첫 번째 대멸종은 오르도비스기 말(히르난트절)에 일어났다. 남반구의 곤드와나 대륙이 남극점으로 이동하면서 대규모 빙하기가 도래했고, 이로 인해 해수면이 급격히 하강하고 수온이 떨어졌다. 이 사건으로 인해 당시 번성했던 해양 생물 종의 약 85%가 멸종했다.

  자세한 내용은 데본기 후기 대멸종 문서를 참고하십시오.

데본기 후기에는 약 2,000만 년에 걸쳐 프랜절-파멘절 멸종(켈바서 사건)과 항겐베르크 사건이라는 두 차례의 위기가 닥쳤다. 육상 식물의 번성으로 인한 해양 부영양화와 무산소화, 그리고 기후 한랭화가 주원인으로 지목된다. 이로 인해 고생대형 산호초 생태계가 붕괴하고, 바다를 지배했던 갑주어와 판피어가 대부분 사라졌다.

  자세한 내용은 페름기-트라이아스기 대멸종 문서를 참고하십시오.

페름기 말기에는 '위대한 죽음'이라 불리는 지구 역사상 최악의 대멸종이 발생했다. 시베리안 트랩의 거대 화산 폭발로 인한 급격한 온난화와 해양 산성화, 산소 고갈이 원인이었다. 이 사건으로 해양 생물 종의 96%, 육상 척추동물 종의 70% 이상이 절멸했다. 삼엽충, 바다전갈, 방추충, 고생대형 산호 등 고생대를 상징하던 생물군이 영원히 사라졌으며, 살아남은 소수의 생명체만이 중생대로 넘어가 새로운 시대를 열게 되었다.

한반도에는 고생대의 역사가 뚜렷하게, 하지만 중간이 끊긴 채로 기록되어 있다.

고생대 초기(캄브리아기~오르도비스기)에 한반도는 적도 부근의 따뜻하고 얕은 바다였다. 강원도 태백, 영월, 정선, 삼척 등지에는 이때 퇴적된 해성층인 조선누층군이 넓게 분포한다. 이곳에서는 삼엽충, 두족류, 완족동물, 코노돈트 등 다양한 해양 화석이 발견되며, 특히 오르도비스기 중기의 직운산층은 화석의 보고로 불린다.

오르도비스기 말부터 석탄기 초기까지(약 실루리아기~데본기)의 약 1억 년간은 남한 지역에서 퇴적층이 거의 발견되지 않는 침묵의 시기이다. 이를 대결층(Great Hiatus)이라고 한다. 지각 변동으로 땅이 솟아올라 육지가 되면서 퇴적이 중단되었거나, 쌓였던 지층이 깎여나갔을 것으로 추정된다. 다만 최근 강원도 정선의 회동리층에서 실루리아기 화석이 발견되면서, 일부 지역에는 바닷물이 들어와 퇴적이 일어났음이 밝혀졌다.

석탄기 후기(펜실베이니아세)부터는 다시 퇴적이 시작되어 페름기까지 이어지는 평안누층군이 형성되었다. 초기에는 얕은 바다였으나 점차 육상 늪지대로 환경이 변하면서 고사리류와 같은 식물이 무성하게 자라나 울창한 숲을 이루었다. 이 식물들이 묻혀서 만들어진 것이 바로 대한민국 주요 무연탄 자원이다.