지구는 46억 년이라는 상상하기 어려운 긴 시간 동안 존재해 왔습니다. 이 긴 역사를 이해하기 위해 지질학자들은 지구의 나이를 여러 시대로 나누었습니다. 마치 인간의 역사를 고대, 중세, 근대, 현대로 구분하듯이 지구의 역사도 누대, 대, 기, 세로 세분화됩니다. 선캄브리아 시대에는 생명이 처음 탄생했고, 고생대에는 바다에서 육지로 생물이 진출했으며, 중생대에는 공룡이 지배했고, 신생대에는 포유류가 번성하며 인류가 등장했습니다. 각 시대는 독특한 생물상과 지질학적 사건으로 특징지어집니다. 지질 시대를 구분하는 것은 암석과 화석을 연구하여 지구 역사의 연대표를 만드는 작업입니다. 이 글에서는 지질 시대가 어떻게 구분되는지, 각 시대의 특징은 무엇인지, 그리고 지질 시대 연구가 왜 중요한지 상세히 알아보겠습니다.
지질 시대 구분의 원리
지질 시대를 구분하는 기준은 크게 두 가지입니다. 첫째는 암석의 층서학적 관계입니다. 지층 누중의 법칙에 따르면 아래에 있는 지층이 위에 있는 지층보다 먼저 형성되었습니다. 따라서 지층을 아래에서 위로 조사하면 시간 순서를 알 수 있습니다. 하지만 모든 지역에 모든 시대의 지층이 연속적으로 쌓여 있는 것은 아닙니다. 어떤 시대의 지층은 침식으로 사라졌거나 애초에 퇴적되지 않았을 수 있습니다. 이런 경우 부정합이 나타나는데, 부정합은 지질 시대를 구분하는 중요한 경계가 됩니다. 둘째는 화석의 변화입니다. 지층에서 발견되는 화석 종류가 급격히 바뀌는 지점이 시대의 경계가 됩니다. 특히 대멸종 사건이 일어난 시기가 주요 시대의 경계입니다. 고생대와 중생대의 경계인 페름기 말에는 지구 역사상 가장 큰 대멸종이 일어나 해양 생물의 90퍼센트 이상이 사라졌습니다. 중생대와 신생대의 경계인 백악기 말에는 공룡을 포함한 많은 생물이 멸종했습니다. 방사성 동위원소 연대 측정도 중요한 도구입니다. 암석 속 방사성 원소가 일정한 속도로 붕괴하는 성질을 이용하여 암석의 절대 연령을 측정합니다. 이를 통해 각 지질 시대가 몇 억 년 전부터 몇 억 년 전까지인지 정확한 숫자를 매길 수 있습니다. 지질 시대는 계층적으로 구분됩니다. 가장 큰 단위는 누대이며, 지구 탄생부터 현재까지를 크게 명왕누대, 시생누대, 원생누대, 현생누대로 나눕니다. 누대는 대로 세분되고, 대는 기로, 기는 세로 더욱 세분됩니다. 예를 들어 현생누대는 고생대, 중생대, 신생대로 나뉘고, 중생대는 트라이아스기, 쥐라기, 백악기로 나뉩니다.
선캄브리아 시대 - 생명의 여명기
선캄브리아 시대는 지구 역사의 대부분을 차지합니다. 지구 탄생 46억 년 전부터 약 5억 4천만 년 전까지로, 전체 지구 역사의 약 88퍼센트에 해당합니다. 명왕누대는 지구 형성 초기인 46억 년 전부터 40억 년 전까지입니다. 이 시기 지구는 마그마의 바다로 뒤덮여 있었고, 수많은 운석이 충돌했습니다. 달도 이 시기에 화성 크기의 천체가 지구와 충돌하여 만들어졌다고 여겨집니다. 명왕누대라는 이름은 그리스 신화의 지옥의 신 하데스에서 유래했으며, 지옥처럼 뜨거운 환경이었음을 나타냅니다. 시생누대는 40억 년 전부터 25억 년 전까지입니다. 지구가 식으면서 지각이 형성되고 바다가 생겼습니다. 가장 중요한 사건은 생명의 탄생입니다. 약 38억 년 전 최초의 생명체인 단세포 생물이 나타났습니다. 초기 생명체는 산소가 없는 환경에서 살았습니다. 약 35억 년 전에는 광합성을 하는 남조류가 등장했습니다. 이들은 스트로마톨라이트라는 층상 구조를 만들었는데, 이것이 가장 오래된 생물의 흔적입니다. 원생누대는 25억 년 전부터 5억 4천만 년 전까지입니다. 광합성 생물이 번성하면서 대기에 산소가 축적되기 시작했습니다. 약 24억 년 전 대산화 사건이 일어나 대기의 산소 농도가 급격히 증가했습니다. 산소는 많은 혐기성 생물에게 독이었지만, 새로운 유형의 생물에게는 에너지원이 되었습니다. 약 20억 년 전에는 진핵생물이 등장했습니다. 진핵생물은 핵과 세포 소기관을 가진 복잡한 세포로, 현재 동식물의 조상입니다. 약 10억 년 전에는 다세포 생물이 나타났고, 약 6억 년 전에는 에디아카라 생물군이라는 최초의 대형 연체동물이 나타났습니다. 선캄브리아 시대는 화석이 드물어 연구하기 어렵습니다. 대부분의 생물이 연한 몸을 가져 화석으로 보존되기 어려웠고, 오랜 세월 동안 지각 변동으로 암석이 변성되어 화석이 파괴되었습니다.
고생대 - 생명의 폭발과 육상 진출
캄브리아기 대폭발
고생대는 약 5억 4천만 년 전부터 2억 5천만 년 전까지입니다. 고생대의 시작인 캄브리아기에는 생명의 대폭발이 일어났습니다. 짧은 기간 동안 현재 존재하는 대부분의 동물 문이 갑자기 나타났습니다. 삼엽충, 완족동물, 극피동물, 연체동물 등이 바다에서 번성했습니다. 캄브리아기 대폭발의 원인은 아직 명확하지 않지만, 산소 농도 증가, 포식자의 등장, 유전자 혁신 등이 원인으로 제시됩니다. 오르도비스기와 실루리아기에는 최초의 척추동물인 무악어류가 나타났습니다. 턱이 없는 원시적인 물고기였지만, 척추동물의 시작이었습니다. 식물도 육지로 진출하기 시작했습니다. 이끼와 양치식물이 육지를 녹색으로 물들였습니다. 데본기는 물고기의 시대입니다. 턱을 가진 어류가 다양하게 진화했고, 갑주어, 판피어, 상어의 조상이 나타났습니다. 가장 중요한 사건은 양서류의 등장입니다. 육기어류 중 일부가 지느러미를 다리처럼 사용하여 육지로 올라왔고, 이들이 최초의 양서류가 되었습니다. 익티오스테가가 대표적입니다. 곤충도 육지로 진출하여 번성했습니다.
석탄기와 페름기
석탄기는 거대한 숲의 시대입니다. 양치식물과 속새가 30미터 높이로 자라며 울창한 숲을 이루었습니다. 이들이 쓰러져 쌓이고 묻히면서 현재 우리가 사용하는 석탄이 만들어졌습니다. 양서류가 번성했고, 파충류가 처음 나타났습니다. 파충류는 물이 아닌 육지에서 알을 낳을 수 있어 양서류보다 육지 생활에 적응했습니다. 거대한 곤충들도 살았는데, 날개 폭이 70센티미터에 달하는 메가네우라라는 잠자리가 하늘을 날았습니다. 산소 농도가 현재보다 높아 곤충이 거대하게 자랄 수 있었습니다. 페름기 말에는 지구 역사상 가장 큰 대멸종이 일어났습니다. 약 2억 5천만 년 전, 해양 생물의 96퍼센트, 육상 생물의 70퍼센트가 멸종했습니다. 원인으로는 시베리아 지역의 거대한 화산 폭발, 온실 효과, 산소 부족, 소행성 충돌 등이 제시됩니다. 이 대멸종으로 고생대가 끝나고 중생대가 시작되었습니다.
중생대 - 공룡의 시대
중생대는 약 2억 5천만 년 전부터 6천 6백만 년 전까지로, 트라이아스기, 쥐라기, 백악기로 나뉩니다. 중생대는 공룡의 시대로 유명합니다. 트라이아스기 초기는 페름기 대멸종 이후 생태계가 회복되는 시기였습니다. 파충류가 다양하게 진화했고, 공룡의 조상이 나타났습니다. 최초의 공룡은 작고 이족보행을 하는 육식 동물이었습니다. 포유류도 이 시기에 처음 등장했지만 작고 야행성이었습니다. 쥐라기는 공룡이 거대해지고 다양화된 시기입니다. 브라키오사우루스, 디플로도쿠스 같은 거대한 초식 공룡과 알로사우루스 같은 육식 공룡이 살았습니다. 하늘에는 익룡이 날았고, 바다에는 어룡과 수장룡이 헤엄쳤습니다. 최초의 새인 시조새도 이 시기에 나타났습니다. 백악기에는 가장 유명한 공룡들이 살았습니다. 티라노사우루스, 트리케라톱스, 벨로시랩터 등이 백악기 후기의 생물입니다. 속씨식물, 즉 꽃을 피우는 식물이 등장하여 육지를 지배했습니다. 백악기 말 약 6천 6백만 년 전, 지름 10킬로미터의 소행성이 현재 멕시코 유카탄 반도에 충돌했습니다. 이 충돌로 거대한 폭발과 지진, 해일이 일어났고, 대기 중에 먼지가 가득 차 햇빛을 차단했습니다. 기온이 급격히 떨어지고 식물이 죽으면서 먹이 사슬이 붕괴되었습니다. 공룡을 포함한 많은 생물이 멸종하며 중생대가 끝났습니다.
신생대 - 포유류와 인류의 시대
신생대는 6천 6백만 년 전부터 현재까지입니다. 공룡이 사라진 후 포유류가 급속히 다양화되고 거대해졌습니다. 신생대는 고제3기, 신제3기, 제4기로 나뉩니다. 고제3기에는 초기 포유류가 다양한 생태적 지위를 차지했습니다. 고래의 조상이 바다로 돌아갔고, 말의 조상이 나타났으며, 영장류가 분화하기 시작했습니다. 신제3기에는 대형 포유류가 번성했습니다. 현대 포유류의 대부분이 이 시기에 나타났습니다. 유인원이 아프리카에서 진화했고, 약 6백만 년 전 인류의 조상이 침팬지와 갈라졌습니다. 제4기는 최근 260만 년으로, 빙하기와 간빙기가 반복되었습니다. 인류가 진화하고 문명을 이룬 시기입니다. 약 200만 년 전 호모 에렉투스가 아프리카를 벗어나 세계로 퍼졌고, 약 30만 년 전 호모 사피엔스가 등장했습니다. 약 1만 2천 년 전 마지막 빙하기가 끝나고 현재의 온난한 기후가 시작되었습니다. 인류는 농경을 시작하고 문명을 건설했습니다. 지질 시대 연구는 지구와 생명의 역사를 이해하는 기초입니다. 과거를 아는 것은 현재를 이해하고 미래를 예측하는 데 필수적입니다. 지구는 끊임없이 변화해 왔고, 생명은 환경에 적응하며 진화해 왔습니다. 우리 인류도 지구 역사의 한 순간을 살아가는 존재이며, 미래 세대를 위해 지구를 보존할 책임이 있습니다.