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고생대

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목차

1. 개요

고생대는 약 5억 4100만 년 전부터 2억 5190만 년 전까지 지속된 지질 시대로, 캄브리아기, 오르도비스기, 실루리아기, 데본기, 석탄기, 페름기의 6개의 기로 나뉜다. 캄브리아기에는 캄브리아기 대폭발로 알려진 생물 다양성의 급증이 있었고, 오르도비스기 말에는 대멸종이 발생했다. 실루리아기에는 어류가 번성하고 식물이 육상으로 진출했으며, 데본기에는 어류와 식물의 다양성이 증가하고 최초의 양서류가 나타났다. 석탄기에는 곤충과 파충류가 등장했으며, 페름기 말에는 지구상 생물의 95%가 사라지는 대멸종이 일어났다. 고생대 기후는 캄브리아기 초기에는 한랭했지만 점차 온난해졌고, 석탄기에는 열대 기후가, 페름기에는 건조한 기후가 나타났다. 한국에는 고생대 전기에 퇴적된 조선 누층군과 후기에 퇴적된 평안 누층군이 분포한다.

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고생대
시대 구분
시대고생대
속하는 누대현생누대
시작 시점5억 3880만 년 전
시작 시점 불확실성±0.2 백만 년
종료 시점2억 5190만 년 전
종료 시점 불확실성±0.024 백만 년
지질 시대
시대 구분대
하위 구분캄브리아기, 오르도비스기, 실루리아기, 데본기, 석탄기, 페름기
사용처국제 층서 위원회 (ICS)
시간 척도ICS 시간 척도
명칭
형식공식
채택일미상
다른 표기팔레오조이크
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이전 명칭미상
제안된 명칭미상
정의
연대 단위대
층서 단위누층군
제안자미상
시대 형식미상
하한 경계 정의흔적 화석인 Treptichnus pedum의 출현
하한 GSSP 위치캐나다 뉴펀들랜드 포춘 헤드 지역
하한 GSSP 채택일1992년
상한 경계 정의코노돈트 Hindeodus parvus의 첫 번째 출현
상한 GSSP 위치중국 저장성 메이산 지역
상한 GSSP 채택일2001년
개요
어원'고대의 생물'이라는 뜻의 그리스어에서 유래
특징캄브리아기 대폭발을 포함한 생물 다양성의 급격한 증가 및 육상 생물의 출현 시기
주요 사건판게아 형성 및 가장 심각한 멸종 사건인 페름기-트라이아스기 멸종 발생
생물삼엽충, 완족류, 두족류, 물고기, 양서류, 파충류, 곤충 등 다양한 생물 출현
기후전반적으로 온화했으나, 빙하기와 온실기가 번갈아 나타남
지질학적 특징대륙 이동, 산맥 형성 등 지각 변동 활발

2. 지질 시대

고생대는 지금으로부터 5억 4100만 년 전부터 2억 5200만 년 전까지의 시대로, 캄브리아기, 오르도비스기, 실루리아기, 데본기, 석탄기, 페름기의 6기(紀)로 구분된다. 캄브리아기부터 실루리아기까지를 구고생대, 데본기부터 페름기까지를 신고생대라고 한다.

고생대층은 퇴적암류가 우세하며, 무척추동물이 크게 번성하였다. 캄브리아기 초기에는 다양한 무척추동물이 갑자기 출현하여 선캄브리아대와 뚜렷한 변화를 보였다.[52] 오르도비스기에는 원시어류가 최초로 출현하였다.[52] 실루리아기 후기에는 최초의 육상식물과 육상생물(다지아문과 협각아문, 갑각류)이 나타났다.[53] 데본기에는 어류와 절지동물이 크게 번성하고 최초의 곤충이 출현했으며, 후기에는 양서류가 처음으로 나타났다. 석탄기에는 양치식물, 석송류, 유절류 등이 크게 번성하고, 하루살이와 메가네우라 같은 고시하강 곤충들과 바퀴벌레 등 날개가 달린 신시하강 곤충이 나타났다. 파충류도 이 시기에 처음 출현하였다. 페름기에는 외시류 곤충들이 번성하고, 완전변태를 하는 곤충류가 나타나기 시작했다.[53] 페름기 말에는 삼엽충, 사방산호, 판상산호, 방추충 등이 절멸하고, 완족동물, 바다나리, 앵무조개류 등 해양 무척추동물군이 크게 쇠퇴했으며, 곤충류는 11개 목이 절멸했다.

선캄브리아대 최후기의 세계적인 한랭 현상은 캄브리아기 초기까지 계속되었으나, 이후 온난기가 지속되어 실루리아기에는 고위도 지역까지 산호초가 발달하였다. 석탄기에는 유럽과 북아메리카 대륙에서 열대 및 아열대성 습윤 기후가, 페름기에는 건조 기후가 우세했다. 그러나 남반구 곤드와나 대륙에서는 빙하가 발달하는 한랭 기후가 나타났다.

고생대 동안 칼레도니아 조산운동, 바리스칸 조산운동 등 여러 조산운동이 일어났다.

2. 1. 캄브리아기 (약 5억 4100만 년 전 ~ 4억 8500만 년 전)

삼엽충


캄브리아기는 고생대의 첫 번째 시기로, 약 5억 4100만 년 전부터 4억 8500만 년 전까지 지속되었다. 이 시기에는 캄브리아기 대폭발이라고 불리는 생물 다양성의 급격한 증가가 나타났으며, 지구 역사상 가장 많은 생물들이 진화했다. 조류와 같은 생물도 진화했지만, 이 시기에 가장 흔했던 생물은 삼엽충과 같은 갑옷을 입은 절지동물이었다. 거의 모든 해양 동물 문(門)이 이 시기에 진화했다. 이 기간 동안 초대륙 파노티아가 분열되기 시작했는데, 그 대부분은 나중에 초대륙 곤드와나가 되었다.[15]

고생대 초기에는 이미 다양한 종류의 생물이 탄생했고, 그 수는 급격하게 증가했다. 이 현상은 캄브리아기 대폭발로 알려져 있다. 당시 생물의 대부분은 해양에서 서식했으며, 껍데기나 외골격과 같은 단단한 부분으로 몸을 덮고 있었다. 해저의 모래를 주요 서식지로 하는 생물(저서생물)도 있었고, 해중을 움직이는 생물(유영생물)도 있었다. 특히 완족류와 삼엽충은 이 시대에 일반적인 생물이었으며, 고생대 초기 생물의 내역에서는 대부분 이러한 종류에 속했다. 이 시대부터 새로운 생물 분류로 무악류가 탄생하였다.

캄브리아기에는 아직 대부분 동물의 각질부가 석회질보다는 유기질로 되어 있었으며, 주로 삼엽충과 완족동물이 지배적이었다.[52]

2. 2. 오르도비스기 (약 4억 8500만 년 전 ~ 4억 4400만 년 전)

오르도비스기는 4억 8500만 년 전부터 4억 4400만 년 전까지 지속된 시기이다. 이 시기에는 오늘날에도 널리 퍼져 있는 많은 생물 분류군이 진화했다. 원시 어류, 두족류, 산호 등이 그 예이다. 그러나 가장 흔한 생물은 삼엽충, 달팽이류, 조개류였다. 최초의 절지동물이 육지로 올라와 곤드와나 대륙을 식민지화하기 시작했다.

두갑류 (턱 없는 물고기)


오르도비스기 말엽에는 곤드와나 대륙이 남극에 위치했고, 초기 북아메리카는 유럽과 충돌하여 그 사이의 바다를 폐쇄했다. 아프리카의 빙하 작용으로 해수면이 크게 하강하여 곤드와나 대륙의 해안선을 따라 서식하던 모든 생물이 멸종했다. 빙하 작용으로 인해 해양 무척추동물의 60%, 과의 25%가 멸종한 오르도비스기-실루리아기 멸종 사건이 발생했을 가능성이 있으며, 이는 팬더로조익 누대의 최초의 대멸종 사건이자 두 번째로 치명적인 사건으로 여겨진다.[16]

오르도비스기에는 오존층이 형성되었고, 필석과 두족류가 번성하였다. 이전 시대에 이어 삼엽충이 번성하였다. 식물이 육상으로 진출하여 포자 화석이 발견되기도 한다.[37] 후기에는 대멸종이 발생하여 삼엽충은 이후 쇠퇴의 길을 걷게 된다.

2. 3. 실루리아기 (약 4억 4400만 년 전 ~ 4억 1900만 년 전)

실루리아기는 4억 4400만 년 전부터 4억 1900만 년 전까지 지속되었다. 이 시기에는 이전 빙하기에서 회복되면서 생명이 다시 활기를 띠었다. 무악어류가 더욱 다양해지고 유악어류가 진화하며 최초의 민물고기가 진화하는 등 어류의 대량 진화가 일어났지만, 주름상강(Eurypterida)과 같은 절지동물, 특히 바다전갈은 여전히 최상위 포식자였다. 거미류, 균류, 지네류 등 완전히 육상 생활을 하는 생물이 진화했다. 관속식물(쿡소니아)의 진화는 식물이 육지에 발붙일 수 있게 해주었다. 이 초기 식물은 육지 식물 전체의 선구자였다. 이 시대에는 곤드와나(아프리카, 남아메리카, 오스트레일리아, 남극, 시베리아), 로렌시아(북아메리카), 발티카(북유럽), 아발로니아(서유럽)의 네 개 대륙이 있었다. 해수면의 최근 상승은 많은 새로운 종들이 물속에서 번성할 수 있게 했다.[17]

2. 4. 데본기 (약 4억 1900만 년 전 ~ 3억 5900만 년 전)

데본기는 4억 1900만 년 전부터 3억 5900만 년 전까지 지속된 시기이다. "어류의 시대"라고도 불리며, 덩클레오스테우스와 같은 갑주어와 총기류 어류 등 어류가 크게 다양해졌다. 총기류는 최초의 사지동물로 진화했다. 육지에서는 데본기 대폭발이라 불리는 사건이 일어나 식물군이 급속도로 다양해졌다. 리그닌을 생성하는 식물이 등장하여 키가 큰 식물과 관다발 조직이 발달했고, 최초의 나무와 종자가 진화했다. 이러한 새로운 서식지는 절지동물의 다양화를 가져왔다. 최초의 양서류가 나타났고 어류는 먹이 사슬의 정점을 차지했다. 당시 생존 종의 70%가 사라진 후기 데본기 멸종은 지구의 두 번째 대멸종 사건(여러 개의 작은 멸종 사건으로 구성됨)이었다.[18]

데본기에는 클라도셀라케[50]와 같은 연골어류가 출현하였고, 동물은 해중에서 육지로 진출하기 시작하였다.

다음은 데본기의 주요 사건을 정리한 표이다.

사건내용
판피류 번성덩클레오스테우스, 보트리올레피스 등
극피류 번성해당사항 없음
경골어류 증가해당사항 없음
암모나이트류 출현해당사항 없음
폐어 출현해당사항 없음
곤충 출현[44]
종자식물 출현해당사항 없음
최초의 삼림 형성아르케옵테리스[45] 등
양치식물 번성 시작해당사항 없음
사지동물 출현아칸토스테가, 이크티오스테가 등[46]
후기 대량 멸종판피류 멸종


2. 5. 석탄기 (약 3억 5900만 년 전 ~ 2억 9900만 년 전)

석탄기는 이 시기에 형성된 대규모 석탄 매장지에서 유래한 이름이다. 석탄기는 3억 5,900만 년 전부터 2억 9,900만 년 전까지 지속되었다. 이 기간 동안 지구 평균 기온은 매우 높았다. 초기 석탄기의 평균 기온은 약 20°C였지만(중기 석탄기에는 10°C로 냉각됨)[19], 양막류 알의 출현으로 양서류는 내륙으로 더 멀리 이동할 수 있었고, 석탄기 동안 지배적인 척추동물로 남아 있었다. 또한, 최초의 파충류와 수궁류가 늪에서 진화했다. 석탄기 전체적으로 냉각 추세가 나타났고, 이는 페름기-석탄기 빙하기 또는 석탄기 열대우림 붕괴로 이어졌다. 곤드와나는 남극 주변에 위치해 있었기 때문에 빙하 작용을 받았다.[20]

석탄기에는 양치식물 ·석송류(石松類) ·유절류(有節類) 등이 크게 번성하였고, 하루살이와 메가네우라와 같은 고시하강 곤충들이 번성하였으며, 산란관이 달린 바퀴벌레 등 날개가 달린 신시하강의 곤충 역시 나타났다. 척추동물의 경우 파충류가 최초로 출현하였다.

2. 6. 페름기 (약 2억 9900만 년 전 ~ 2억 5190만 년 전)

단궁류: ''디메트로돈 그란디스''


페름기는 2억 9900만 년 전부터 2억 5190만 년 전까지 지속되었으며, 고생대의 마지막 기간이었다. 이 시대 초기에 모든 대륙이 합쳐져 판게아라는 초대륙을 형성했고, 이 초대륙은 판탈라사라고 불리는 하나의 대양으로 둘러싸여 있었다.[21][22] 판게아 내륙의 기후는 거대한 수역에 의해 조절되지 않았기 때문에 이 시기의 육지는 매우 건조했고, 혹독한 계절 변화를 겪었다. 단궁류와 이궁류가 새로운 건조한 기후에서 번성했다. ''디메트로돈''과 ''에다포사우루스''와 같은 생물들이 새로운 대륙을 지배했다. 최초의 침엽수가 진화하여 육상 환경을 지배했다. 그러나 페름기 말엽에 판게아는 더욱 건조해졌다. 내륙은 사막이었고, ''스쿠토사우루스''와 고르고놉시드와 같은 새로운 분류군이 그곳을 채웠다. 결국 이들은 지구상 생물의 95%와 함께 "대멸종"으로 알려진 대격변에서 사라졌으며, 이는 현생누대의 세 번째이자 가장 심각한 대멸종 사건이었다.[21][22]

외시류 곤충들이 번성하였고, 완전변태를 하는 곤충류가 나타나기 시작했다.[53] 페름기 말에는 삼엽충, 사방산호, 판상산호, 방추충 등이 절멸하고, 완족동물, 바다나리, 앵무조개류 등 해양 무척추동물군의 큰 쇠퇴 현상이 있었다. 곤충류는 11개 목이 절멸했다.

3. 고생대의 시작과 끝

지금으로부터 5억 4100만 년 전부터 2억 5200만 년 전까지의 시대로, 캄브리아기, 오르도비스기, 실루리아기, 데본기, 석탄기, 페름기의 6기(紀)로 구분된다.[52] 캄브리아기 초기에는 여러 종류의 무척추동물이 돌연히 출현하여 선캄브리아대와 뚜렷한 변화를 나타냈다.[52] 고생대의 기저는 지질 시대의 주요 구분 중 하나로, 에디아카라기와 캄브리아기 사이의 경계를 나타낸다.[8]

국제층서위원회(ICS)는 뉴펀들랜드주 버린 반도의 포춘 헤드를 캄브리아기 기저의 GSSP(표준 단면 및 지점)로 선택했는데, 이는 ''Treptichnus pedum'' 생흔화석군의 기저이며 에디아카라기 화석 ''Harlaniella podolica''와 ''Palaeopsacichnus''의 마지막 출현 바로 위에 있다.[9] 현생누대, 고생대, 캄브리아기의 기저는 5억 3880만 년 ± 20만 년 전으로 추정되며, 삼엽충과 SSF(소형 껍질 화석)의 최초 출현보다 아래에 있다.[8][9]

고생대와 중생대, 페름기와 트라이아스기의 경계는 코노돈트 ''Hindeodus parvus''의 최초 출현으로 표시된다. GSSP는 중국 남부 저장성 매산 근처에 있다. 경계 위아래의 화산성 점토층에 대한 방사성 동위원소 연대 측정 결과, 연대는 2억 5190만 2000년 ± 2400년의 범위로 좁혀진다.[10] 페름기 말에는 삼엽충, 사방산호(四放珊瑚), 판상산호, 방추충 등이 절멸하고, 완족동물, 바다나리, 앵무조개류 등 해양 무척추동물군이 크게 쇠퇴했다. 곤충류는 11개 목이 절멸했다.[53]

4. 고생대의 기후

선캄브리아대 최후기의 세계적인 한랭 현상은 캄브리아기 초기까지 계속되었으나, 그 후 온난기가 지속되어 실루리아기에는 고위도 지역까지 산호초가 발달하였다. 석탄기에 유럽과 북아메리카 대륙에서는 열대 및 아열대성의 습윤한 기후가 우세하였고, 페름기에는 건조한 기후가 지배적이었다.

그러나 이 시대의 남반구 곤드와나 대륙에서는 빙하가 크게 발달하는 한랭한 기후가 형성되었다. 초기 캄브리아기 기후는 처음에는 온화했지만, 팬로조익 누대에서 두 번째로 큰 지속적인 해수면 상승이 시작되면서 캄브리아기 동안 점점 더 따뜻해졌다. 그러나 마치 이러한 경향을 상쇄하려는 듯, 곤드와나 대륙이 남쪽으로 이동하여 오르도비스기에는 서곤드와나(아프리카와 남아메리카)의 대부분이 남극 바로 위에 위치하게 되었다.

초기 고생대 기후는 강한 위도대를 보였다. 따라서 추상적인 의미에서 "기후"는 더 따뜻해졌지만, 당시 대부분의 유기체가 서식하던 대륙붕 해양 환경은 꾸준히 더 차가워졌다. 그러나 발티카(북유럽과 러시아)와 로렌시아(북미 동부와 그린란드)는 열대 지방에 남아 있었고, 중국과 오스트레일리아는 적어도 온대였던 해역에 위치했다. 초기 고생대는 짧지만 극심했던 후기 오르도비스기 빙하기로 다소 갑자기 끝났는데, 이 추위는 팬로조익 누대에서 두 번째로 큰 대멸종을 초래했다.[23] 시간이 지남에 따라 고생대에 더 따뜻한 날씨가 찾아왔다.

오르도비스기와 실루리아기는 고생대에서 가장 높은 해수면(현재보다 200m 높음)을 기록한 따뜻한 온실 기후 시대였다. 이 따뜻한 기후는 초기 고생대 빙하기로 불리는 약 3천만 년 동안의 냉각기에 의해서만 중단되었는데, 이는 오르도비스기 말엽의 히르난티안 빙하기(약 4억 4500만 년 전)로 절정에 달했다.[24]

중생대는 상당한 안정기였다. 빙하기와 함께 해수면이 하강했지만, 실루리아기와 데본기를 거치면서 서서히 회복되었다. 발티카와 로렌시아의 느린 합병과 곤드와나의 조각들의 북쪽 이동으로 상대적으로 따뜻하고 얕은 해저 지역이 많이 생겨났다. 식물이 대륙 가장자리에 자리 잡으면서 산소 수준이 증가하고 이산화탄소가 감소했지만, 그 정도는 훨씬 덜 극적이였다. 남북 온도 경도 또한 완화되었거나, 후생동물의 생명체가 단순히 더 강인해졌거나, 또는 두 가지 모두였을 것이다. 어떤 경우이든, 남극과 서곤드와나의 훨씬 남쪽에 있는 대륙 가장자리는 점점 더 불모지가 되어갔다. 데본기는 중생대 척추동물 생명체의 많은 부분을 죽인 일련의 전환 맥박으로 끝났지만, 전반적인 종 다양성은 눈에 띄게 감소하지 않았다.

후기 고생대에 대해서는 많은 의문점이 남아 있다. 미시시피절(초기 석탄기)은 대기 중 산소 급증으로 시작되었고, 이산화탄소는 새로운 최저치로 급락했다. 이로 인해 기후가 불안정해져 석탄기 동안 한 번, 어쩌면 두 번의 빙하기가 발생했다. 이들은 짧은 후기 오르도비스기 빙하기보다 훨씬 더 심각했지만, 이번에는 세계 생물군에 미치는 영향이 미미했다. 시수랄세에 이르러 산소와 이산화탄소 모두 더 정상적인 수준으로 회복되었다. 반면에 팡게아의 형성은 극심한 온도 변화에 노출된 거대한 건조한 내륙 지역을 만들어냈다. 로핑세는 해수면 하강, 이산화탄소 증가 및 전반적인 기후 악화와 관련이 있으며, 페름기 대멸종의 피해로 절정에 달했다.

5. 한반도의 고생대

한국에는 고생대 전기에 퇴적된 조선 누층군과 후기에 퇴적된 평안 누층군이 분포한다.

5. 1. 조선 누층군

한국에는 고생대 전기에 퇴적된 조선 누층군이 분포한다.

5. 2. 평안 누층군

한국에는 고생대 후기에 퇴적된 평안 누층군이 분포한다.[1]

참조

[1] 웹사이트 International Commission on Stratigraphy https://stratigraphy[...] 2023-08-01
[2] 웹사이트 Geological timechart https://www.bgs.ac.u[...] 2023-08-01
[3] 논문 A synopsis of the English series of stratified rocks inferior to the Old Red Sandstone – with an attempt to determine the successive natural groups and formations https://babel.hathit[...] 2018-07-15
[4] 웹사이트 Penny cyclopaedia of the Society for the Diffusion of Useful Knowledge. v.17 Org-Per. https://hdl.handle.n[...] 2023-08-01
[5] OEtymD Paleozoic
[6] 논문 Recovery from the most profound mass extinction of all time
[7] 잡지 Dead-ammonite bounce http://www.economist[...] 2010-07-05
[8] 논문 The Precambrian–Phanerozoic and Ediacaran–Cambrian boundaries: a historical approach to a dilemma http://dx.doi.org/10[...] 2016-11-02
[9] 서적 Chapter 19 – The Cambrian Period https://www.scienced[...] Elsevier 2023-08-24
[10] 서적 Chapter 25 – The Triassic Period https://www.scienced[...] Elsevier 2023-08-24
[11] 논문 Late Proterozoic plate tectonics and palaeogeography: A tale of two supercontinents, Rodinia and Pannotia https://www.research[...] 2015-11-29
[12] 논문 Contrasting modes of supercontinent formation and the conundrum of Pangea https://www.research[...] 2019-12-20
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[20] 웹사이트 Carboniferous http://www.ucmp.berk[...] University of California Museum of Paleontology 2015-04-26
[21] 웹사이트 The Great Dying http://www.nhm.ac.uk[...] Natural History Museum
[22] 웹사이트 Permian Era http://www.ucmp.berk[...] University of California Museum of Paleontology 2015-05-24
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