백악기-고진기 경계
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1. 개요
백악기-고진기 경계(K-Pg 경계)는 중생대 백악기와 신생대 고제3기의 경계로, 과거에는 K-T 경계로 불리기도 했다. 이 경계는 공룡을 비롯한 많은 생물종이 멸종한 시기로, 멸종 규모와 양상은 육상, 해양 생태계 모두에서 큰 변화를 가져왔다. K-Pg 경계 멸종의 원인으로는 칙술루브 소행성 충돌설, 데칸 트랩 화산 활동설, 기타 가설 등이 제시되었으며, 복합적인 원인으로 발생했을 가능성도 제기된다. 이 시기에는 운석 충돌로 인한 충돌의 겨울, 대기 중 이산화탄소 증가로 인한 온난화가 있었으며, 포유류는 작은 몸집과 빠른 번식력으로 생존에 유리했다. K-Pg 경계는 이리듐 등의 희귀 원소 농집을 통해 확인되며, 멸종 연구는 당시의 환경 변화와 생물 진화에 대한 이해를 높이는 데 기여한다.
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| 백악기-고진기 경계 | |
|---|---|
| 개요 | |
 | |
| 다른 이름 | K–Pg 경계 (널리 사용되는 명칭) K–T 경계 (시대에 뒤떨어진 명칭) |
| 위치 | 전 세계적인 지질학적 경계 |
| 시기 | 약 6,600만 년 전 |
| 정의 | 백악기와 고진기 사이의 경계 |
| 특징 | 대량 멸종 사건 새를 제외한 모든 공룡 멸종 암모나이트, 해양 파충류 멸종 충돌 테크타이트 탄소 그을음 이리듐 풍부층 |
| 원인 | |
| 주요 원인 | 칙술루브 소행성 충돌 데칸 고원 화산 활동 증가 |
| 기타 요인 | 해수면 변화 기후 변화 |
| 생물학적 영향 | |
| 멸종 | 새를 제외한 모든 공룡 암모나이트 해양 파충류 기타 해양 및 육상 생물 |
| 생존 | 새 포유류 곤충 기타 작은 생물 |
| 지질학적 증거 | |
| 이리듐층 | 전 세계적으로 발견되는 이리듐 농도 증가 |
| 충돌 테크타이트 | 칙술루브 충돌구 주변에서 발견되는 유리질 입자 |
| 탄소 그을음 | 전 세계적으로 발견되는 화재의 흔적 |
| 칙술루브 충돌구 | 멕시코 유카탄 반도에 위치한 대규모 충돌 구조 |
| 논쟁 | |
| 멸종 원인 | 칙술루브 충돌과 데칸 고원 화산 활동 중 어느 것이 더 큰 영향을 미쳤는지에 대한 논쟁 |
| 멸종 속도 | 멸종이 갑작스럽게 일어났는지, 점진적으로 진행되었는지에 대한 논쟁 |
| 참고 문헌 | |
| 관련 연구 | 백악기 백악기-고진기 경계 전후의 중요한 사건의 시간 척도 |
| 관련 문서 | |
| 관련 항목 | 백악기 고진기 대량 멸종 칙술루브 충돌구 데칸 고원 |
2. K-Pg 멸종의 정의
초기 지구는 액체 상태였기 때문에 금, 백금, 이리듐, 오스뮴 등과 같은 무거운 물질은 지구 내핵으로 가라앉았다. 따라서 지구 표면 암석에는 이리듐이 거의 포함되어 있지 않다. 지구상에서 발견되는 대부분의 무거운 원소들은 지구가 생성된 이후 운석을 통해 공급된 것으로 추정된다.
그러나 충격석영과 이리듐과 같은 백금족 금속들이 다량 발견되는 지층이 있는데, 바로 K-Pg 경계이다. 이는 대량의 운석 충돌로 인해 생겨났을 것이라고 추측된다. K-Pg 경계는 중생대 백악기와 신생대 고제3기(고진기)의 경계 지층을 의미한다.[36]
2. 1. 명칭
중생대 백악기(독일어: Kreide|크라이데de)와 신생대 고제3기(Paleogene|페일리오진영어)의 경계이기 때문에, '''K-Pg 경계''' 또는 '''K-P 경계'''라고 불린다. 슬래시로 연결하여 '''K/Pg 경계'''라고 부르기도 한다[36]。 백악기는 영어로는 Cretaceous이지만, 머리글자가 C로 시작하는 지질 시대 구분이 많기 때문에[37], 독일어의 '''K'''reide에서 따온 머리글자 '''K'''가 약호로 사용된다.과거에는 신생대 첫 번째 기를 제3기(Tertiary|테르티아리영어)라고 하였으므로, 이 경계도 제3기의 머리글자 '''T'''를 따서 '''K-T 경계'''라고 불렸다. 연구가 진전됨에 따라, 과거의 제3기는 고제3기와 신제3기의 두 기로 구분되게 되었고, 1989년에 국제지질과학연합은 "제3기"라는 용어를 공식 용어에서 제외했다[36]。 이 때문에, 이 경계도 "K-Pg 경계"라고 불리게 되었다[36]。
3. 멸종의 규모와 양상
K-Pg 경계는 지구 생태계에 광범위하고 급격한 변화를 가져왔다. 중생대 동안 번성했던 많은 생물군이 멸종하고, 살아남은 생물군이 새로운 환경에 적응하면서 생태계가 재편되었다.
백악기 말에는 해수면이 중생대의 다른 어떤 시기보다 심하게 하강했다. 여러 지역의 마스트리히트절 지층에서 이러한 해수면 하강의 증거가 발견된다. 해퇴의 가장 유력한 원인으로는 대양저 산맥 활동 감소로 인한 해수면 하강이 꼽힌다.[28][29]
심각한 해퇴는 대륙붕 면적을 크게 감소시켜 ''해양'' 대량 멸종을 일으켰을 것으로 추정된다. 그러나 이러한 변화만으로는 암모나이트 멸종을 설명하기에는 부족하다는 연구 결과도 있다. 해퇴는 기후 변화를 일으켜 지구 온도를 상승시켰을 가능성도 제기된다.[30]
해퇴는 북아메리카의 서부 내륙 해와 같은 내륙해 면적 감소에도 영향을 미쳤다. 이러한 변화는 해안 평야를 제거하고 담수 환경을 확장시켜, 담수 척추동물에게는 유리했지만 상어와 같은 해양 환경을 선호하는 동물에게는 불리하게 작용했다.[31]
K-Pg 경계에서 멸종했거나 살아남은 주요 생물군은 다음과 같다.
| 구분 | 멸종 | 생존 |
|---|---|---|
| 육상 | 공룡(조류 제외), 익룡 | 포유류, 조류, 거북, 뱀, 도마뱀, 악어 |
| 해양 | 암모나이트, 수장룡, 모사사우루스류 | 일부 해양 생물 |
| 식물 | 북아메리카 식물 종의 79% | 고사리류 (일시적 번성), 피자식물 |
K-Pg 경계 직후 육상에서는 고사리류가 일시적으로 크게 번성했다. 이를 Fern spike|고사리 스파이크영어라고 부르며, 이는 광범위한 지상 식생 황폐와 해양 멸종이 동시에 발생했음을 보여준다. 이후 피자식물이 번성하기 시작했지만, 식물 다양성이 백악기 수준으로 회복되기까지는 약 150만 년이 걸렸다.
3. 1. 해양 생태계
중생대 바다에는 대형 파충류가 번성했다. 어룡은 K-Pg 경계 사건 이전에 이미 멸종했지만, 수장룡과 대형 모사사우루스류는 백악기 말까지 생존했다. 암모나이트는 고생대부터 나타나 페름기 말 대량 멸종을 이겨내고 다시 번성했다. K-Pg 경계를 기점으로 해양에서는 암모나이트류를 포함한 해양 생물의 약 16%의 과와 47%의 속이 사라졌다. 이들이 사라진 틈새는 포유류가 채우면서 현재의 생태계가 형성되었다.
3. 2. 육상 생태계
과학자들은 여러 연구를 통해 백악기 말과 고진기 초 사이에 꽃식물들이 대규모 멸종을 겪었을 것이며 이에 따라 벌들도 같은 운명을 겪었을 것으로 보고 있다.중생대는 육지와 바다 모두 대형 파충류가 전성기를 누리던 시대였다. 육상에서는 공룡이 트라이아스기 말부터 백악기 말까지 지상에서 번성했다. 익룡은 트라이아스기 말에 하늘로 진출하여 백악기 전기 후반까지 번성했고, 이후 개체수가 줄어들었다. K-Pg 경계를 경계로 모든 공룡(조류 및 소형 수각류의 일부 제외), 익룡이 멸종했다. 살아남은 것은 파충류 계통에서는 비교적 소형인 거북, 뱀, 도마뱀 및 악어 등에 한정되었다. 공룡의 직계 자손인 조류(Archaeornithes|고조류영어)도 큰 타격을 받았지만, 현생 조류로 이어지는 진조류는 멸종을 면하고 현재도 존속하고 있다. 이들 생물이 사라진 후, 그들이 차지하고 있던 틈새는 포유류에 의해 대체되었고, 현재의 생태계가 형성되었다. 육상의 식물상은 백악기 말에는 피자식물이 다양성을 이루었지만, 나자식물의 침엽수류에 비하면 수는 적었다.[40] K-Pg 경계 전후의 꽃가루 분석 결과, K-Pg 경계 직후의 양치식물의 일시적 진출을 거쳐, 구성을 크게 변화시킨 것이 밝혀졌다.
육상에서는 공룡이 모두 전멸하고, 다른 생물에게도 막대한 영향을 미쳤다.
- 익룡류는 쥐라기에 최성기를 맞이했지만, 백악기 이후에는 조류의 부상과 교체되면서 쇠퇴하여 다양성을 줄여가다 K-Pg 경계에서 멸종했다.
- 공룡류 중, 조류(조류는 소형 수각류의 일종이다.)를 제외한 모든 용반류(용각류도 포함) 및 조반류가 멸종했다. 케라토사우루스과처럼 북아메리카에서 다양성을 얻거나, 티타노사우루스류처럼 거대화하면서도 쇠퇴하여 개체수도 다양성도 줄어들었던 종은 K-Pg 경계에서 모두 멸종했다.
- 포유류의 피해는 비교적 경미했지만, 그래도 최소 종의 35%가 멸종했다. 특히, 전체 길이가 1m 이상으로 공룡의 어린아이 등 소동물을 주식으로 했던 육식 종은 거의 모두 멸종했을 가능성이 높고 15~20cm 정도로 곤충, 지렁이, 종자를 주식으로 한 잡식 종은 피해가 적었다.
- 북아메리카 식물 종의 79%가 멸종했다.
- 에난티오르니스류 등 현생 조류의 자매군 대부분이 멸종했다. 조류(신조류)는 다양성을 유지했으므로 무사히 살아남았다.
- 그 외, 양서류, 곤충류, 공룡 외 파충류(도마뱀류, 거북류, 악어류, 뱀류) 등의 피해도 경미했지만, 아직 이유는 불명이다.
K-Pg 경계 직후 육상 식물의 특징으로 고사리류의 이상 번성이 꼽힌다. 지질 시대의 광범위한 식생 상황을 조사하는 수단으로서 퇴적물 중의 꽃가루와 포자의 화석을 조사하는 방법이 있다. 북아메리카에서의 화석 연구에서는, 백악기의 꽃가루와 포자의 화석 중 고사리 포자의 비율이 약 25%였으나, K-Pg 경계 직후에는 96-99%가 고사리 포자가 되었다. 고사리류는 화산 폭발에 의한 용암이나 화산재로 모든 식물이 소멸한 황무지에 처음으로 번성하는 것이 확인되었다. K-Pg 경계 사건 직후에 넓어진 황무지를 고사리류가 덮었다고 추정된다. 이 현저한 현상은 Fern spike|고사리 스파이크영어라고 불리며, K-Pg 경계 직후 플랑크톤이 사라진 해저에서 퇴적된 여러 지층에서도 발견되고 있다. 이것은 광범위한 지상의 식생 황폐와 해양의 멸종이 동시에 발생했음을 의미한다.
고사리류가 우점한 기간은 짧았고, 다음 하안림 등을 만드는 (황무지에 적성이 있는) 피자식물이 번성하기 시작했지만 식물 다양성의 회복은 늦어졌고, 최종적으로 백악기 수준의 다양성까지 회복된 것은 약 150만 년 후였다.
4. 멸종의 원인
1980년, 캘리포니아 대학교 지질학자 월터 알바레즈와 그의 아버지이자 노벨상 수상 물리학자인 루이스 알바레즈는 백악기-고진기(K-Pg) 경계 대량 멸종의 주원인을 운석 충돌로 보는 논문을 발표했다.[41] 이들은 이탈리아 구비오 등지의 K-Pg 경계 점토층에서 이리듐을 다량 검출했는데, 이는 운석에 많이 포함된 원소이므로 운석 충돌설을 주장했다.
이들의 주장은 지질학자들의 격렬한 저항을 받았지만, 전 세계적인 조사와 데이터 축적으로 많은 논쟁이 일어났다. 가장 유력한 반론은 이리듐의 기원을 화산 활동에 둔 "화산설"이었다. 당시 활발했던 화산 활동 (인도 데칸 고원을 만든 데칸 트랩)에 의해 지하 심부에 많이 존재하는 이리듐이 지표면으로 방출되었다는 것이다.
2010년에는 12개국 전문가 40여 명으로 구성된 팀이 충돌설 및 화산설에 대한 타당성을 검토하고, 칙술루브 충돌구를 형성한 운석 충돌이 K-Pg 경계 대량 멸종의 주요 원인이라고 결론짓는 논문을 사이언스지에 발표했다.[43][44]
2015년 연구 결과, 6604만 년 전(오차는 5만 년) 데칸 트랩의 용암 유출량이 증가한 것이 확인되었다. 이는 초거대 운석 충돌과 거의 동시기에 발생했으며, 두 사건이 함께 작용하여 대멸종이 일어났다고 추정된다. 해양 생태계가 회복되기까지 약 40만 년이 걸린 것으로 보인다.[46][47]
이 외에도 초신성 폭발로 인한 우주 방사선 가설이 있었지만, 경계층 퇴적물 분석 결과 초신성 폭발의 부산물인 플루토늄 동위원소(244Pu)가 발견되지 않아 신뢰성을 잃었다.[32]
백악기 말 해수면 하강은 중생대 다른 시기보다 심각했다. 전 세계 여러 지역의 마스트리히트절 지층에서 해퇴의 증거가 발견되는데, 이는 대륙붕 면적 감소로 인한 해양 대량 멸종을 일으켰을 가능성이 있다. 그러나 이것만으로는 암모나이트 멸종을 설명하기에 부족하며, 기후 변화도 일으켰을 것으로 보인다.[30]
슈메이커-레비 9 혜성이 목성에 충돌한 것처럼, 백악기-고진기 경계 시점에 조각난 소행성 물체의 동시 다발적인 충돌이 있었을 가능성도 제기된다. 볼티시 크레이터(우크라이나, 직경 24km, 65.17 ± 0.64 Ma)와 실버핏 크레이터(북해, 직경 20km, 60–65 Ma) 등이 그 예시이다.
인도 서해안 해저의 시바 크레이터(직경 450km 에서 600km, 약 66 Ma 추정)는 치크술루브 크레이터보다 크며, 데칸 트랩의 방아쇠 사건이었을 가능성이 제기되지만, 충돌 크레이터로 인정받지 못하고 소금 철수에 의한 싱크홀 함몰일 가능성도 있다.
최근 연구들은 칙술루브 충돌구 충돌과 데칸 트랩의 화산 활동이 모두 중요한 기여를 했을 가능성을 제시한다. 데칸 트랩에서 일어난 빠른 분출 속도는 운석 충돌로 방출된 큰 지진파에 의해 유발되었을 수 있다는 연구 결과도 있다.[33][34]
4. 1. 칙술루브 소행성 충돌설
1980년, 노벨상 수상 물리학자 루이스 알바레즈와 그의 아들 지질학자 월터 알바레즈, 그리고 화학자 프랭크 아사로와 헬렌 본 미셸이 이끄는 연구팀은 백악기-고생대 경계(K-Pg 경계)의 퇴적층에서 정상보다 수백 배나 많은 이리듐 농도를 발견했다.[8] 이들은 이 층이 전 세계적인 충돌 겨울을 일으켜 지구상 식물과 동물 종의 75%가 갑자기 멸종한 백악기-고생대 멸종 사건의 증거라고 제안했다. 여기에는 모든 비조류 공룡이 포함된다.[8]
1980년, 캘리포니아 대학교의 지질학자 월터 알바레스와 그의 아버지이자 노벨상 수상자인 물리학자 루이스 알바레스는 K-Pg 경계에서의 대량 멸종의 주원인을 "운석"으로 하는 논문을 발표했다.[41]
알바레스 부자는 이탈리아 구비오에서 산출되는 K-Pg 경계의 얇은 점토층을 "미량 원소 분석기"를 사용하여 분석하여, 다른 지층과 비교하여 20~160배에 달하는 고농도의 이리듐을 검출했다. 이리듐은 지표면에서는 극히 희귀한 원소인 반면, 운석에는 많이 포함되어 있으며, 덴마크에서 산출되는 비슷한 점토층에서도 같은 결과를 얻었다. 이들은 이리듐 농집이 국지적인 현상이 아닌 지구 규모의 현상이라고 예측하고, 그 기원을 운석에 두었다. 또한 이 논문에서는 "거대한 운석 낙하로 발생한 대량의 먼지가 지상에 도달하는 태양 광선을 격감시켜, 육상이나 해면 식물의 광합성이 불가능해지고, 먹이 사슬이 완전히 붕괴된 결과 대량 멸종을 가져왔다"라고 했다. 충돌 직후 낮 동안 지상의 밝기는 보름달 밤의 10%까지 저하되었고, 이 상황이 수개월에서 수년 지속될 것으로 추정했다.
1991년, 힐데브란트 등은 유카탄 반도 북부에 존재하는 직경 약 170km의 원형 자기 이상 및 중력 이상 구조를 거대 운석에 의한 충돌 크레이터로 ''발견''했다.[42] 이 구조는 석유 개발 관련 조사에서 도출된 것으로, 1975년에는 "오래된 화산 중앙부로 보이는 환상 구조", 1981년에는 "분출물을 동반하는 충격공"으로 보고되었지만, K-Pg 경계와 관련지은 보고가 아니었기 때문에 큰 주목을 받지 못했다. 힐데브란트 등이 페멕스(멕시코 석유 개발 공단)가 채취했던 보링 샘플을 재조사한 결과, 크레이터 형성 연대가 K-Pg 경계와 일치하고, 포함된 암석 성분이 주변에 흩어진 텍타이트와 일치하여, "K-Pg 경계에서 낙하한 거대 운석에 의한 크레이터"임이 확인되었다.
확인된 크레이터는 현재의 멕시코 유카탄 반도 북서단 칙술루브이며, 칙술루브 충돌구로 추정되었다.
칙술루브 충돌구는 멕시코 유카탄 반도 아래에 묻혀 있는 충돌구이다.[10] 그 중심은 칙술루브 마을 근처에 위치해 있다.[11] 이 충돌구는 지름이 약 10km인 거대한 소행성 또는 혜성, 즉 칙술루브 충돌체가 지구를 강타하여 형성되었다.[12][13]
충돌구는 지름이 150km 이상이고[10] 깊이가 20km로 추정되며, 이는 이 지형을 지구에서 두 번째로 큰 확인된 충돌 구조로 만든다.[14]
이 충돌구는 1970년대 후반 유카탄에서 석유를 찾고 있던 지구물리학자 안토니오 카마르고와 글렌 펜필드에 의해 발견되었다. 펜필드는 처음에 이 지질학적 특징이 충돌구라는 증거를 얻을 수 없었고 수색을 포기했다. 1990년 앨런 힐데브랜드와의 접촉을 통해 펜필드는 충돌 특징을 시사하는 표본을 얻었다. 충돌구의 충돌 기원에 대한 증거에는 충격석영,[15] 중력 이상 및 주변 지역의 텍타이트가 포함된다.
소행성은 해안에 바로 착륙하여 거대한 쓰나미를 일으켰을 것이며, 그 증거는 카리브해와 미국 동부 해안 전체에서 발견되었다.[16][17]
소행성은 무수석고() 또는 석고 (CaSO4·2(H2O)) 지층에 착륙했으며, 이로 인해 다량의 삼산화 황이 방출되어 물과 결합하여 황산 에어로졸을 생성했을 것이다. 이것은 지구 표면에 도달하는 햇빛을 더욱 감소시키고, 며칠에 걸쳐 행성 전체에 산성비로 강수되어 식물, 플랑크톤 및 탄산 칼슘에서 껍질을 만드는 유기체(코코리토포리드 및 연체 동물)를 죽였을 것이다.[18][19]
2010년, 피터 슐츠 박사를 리더로 하는 12개국 지질학, 고생물학, 지구물리학, 행성 과학 등 전문가 40여 명으로 구성된 팀은 K-Pg 경계 퇴적물에서 얻어진 다양한 데이터를 바탕으로 충돌설 및 화산설에 대한 타당성을 검토하고, 칙술루브 크레이터를 형성한 운석 충돌이 K-Pg 경계에서의 대량 멸종의 주요 원인이라고 결론짓는 논문을 사이언스지에 발표했다.[43][44]
2014년 3월, 지바 공대가 이 시기의 생물 대량 멸종은 운석 충돌에 의한 산성비와 해양 산성화가 원인이라는 논문을 발표했다. 오사카 대학 레이저 에너지학 연구 센터의 고출력 레이저 지광 XII호를 사용하여 우주 속도에서의 충돌 증발·가스 분석 실험에 성공했다. 실험 결과, 선행 연구에서 상정되었던 이산화황(아황산 가스)이 아니라 황산으로 되기 쉬운 삼산화황(발연 황산)이 운석 충돌로 방출된다는 것을 알았다. 게다가 이론 계산 결과, 충돌로 방출된 삼산화황은 며칠 이내에 산성비가 되어 전 지구적으로 내리고, 그 결과 심각한 해양 산성화가 일어난다는 것이 밝혀졌다.[45]
지구 행성 과학을 전문으로 하는 교수가 2015년 10월에 발표한 연구 결과에 따르면, 정밀한 연대 측정 방법에 의해 충돌 시기가 약 6604만 년 전(오차는 전후 3만 년)이었다고 특정되었다[46]고 한다.
4. 2. 데칸 트랩 화산 활동설
데칸 트랩은 홍수 현무암으로, 2000년 이전에는 이것이 대멸종을 일으켰다는 주장은 멸종이 점진적으로 일어났다는 견해와 연결되어 있었다. 그러나 데칸 트랩의 3분의 2가 약 6550만 년 전 100만 년 이내에 생성되었다는 증거가 있어, 비교적 빠른 멸종을 초래했을 것이라는 주장이 제기되었다. 이는 수천 년의 기간이었을 수 있지만, 단일 충격 사건보다는 더 긴 기간이다.[20][21]데칸 트랩은 먼지와 황산염 에어로졸을 공기 중으로 방출하여 햇빛을 차단하고 식물의 광합성을 감소시키는 방식으로 멸종을 일으켰을 수 있다. 또한, 데칸 트랩 화산 활동은 온실 효과를 증가시키는 이산화탄소 배출을 초래했을 수 있다.[21]
고생물학자들은 한때 멸종이 점진적으로 일어났다고 생각했지만, 화석층에 대한 집중적인 현장 연구 결과 대량 멸종이 대체로 또는 부분적으로 거대한 지구 충격으로 인한 것이라는 생각을 받아들이기 시작했다. 그러나 월터 알바레즈는 충격 이전에도 해수면 하강 및 데칸 트랩을 생성한 대규모 화산 폭발과 같은 다른 주요 변화들이 멸종에 기여했을 수 있음을 인정했다.[22]
데칸 트랩과 칙술루브 충돌구 모두 멸종에 중요한 기여를 했을 수 있다. 최근 연구에 따르면 데칸 트랩의 빠른 분출 속도는 칙술루브 충돌로 방출된 큰 지진파에 의해 유발되었을 수 있다는 주장도 제기되었다.[33][34]
1980년 월터 알바레스와 루이스 알바레스는 K-Pg 경계에서의 대량 멸종의 주원인을 운석으로 하는 논문을 발표했다. 이들은 이탈리아 구비오와 덴마크에서 산출된 K-Pg 경계 점토층에서 고농도의 이리듐을 검출했는데, 이리듐은 지표면에서는 희귀하지만 운석에는 많이 포함되어 있어 운석 충돌설을 주장했다.
이들의 주장은 지질학자들의 격렬한 저항을 받았지만, 전 세계적인 조사와 데이터 축적으로 많은 논쟁이 일어났다. 이리듐의 기원을 화산 활동에 둔 "화산설"은 운석설에 대한 가장 유력한 반론이었다. 지표면에서는 희귀한 이리듐도 지하 심부에는 많이 존재하며, 당시 활발했던 화산 활동(인도 데칸 고원을 만든 데칸 트랩)에 의해 지표면으로 방출되었다는 것이다. 거대한 홍수 현무암의 분화는 K-Pg 경계보다 규모가 큰 대멸종이었던 P-T 경계 사건의 원인으로도 추정된다.
2015년 연구 결과에 따르면, 6604만 년 전(오차는 5만 년)에 데칸 트랩으로부터의 용암 유출량이 증가한 것이 확인되었다. 이는 초거대 운석 충돌과 거의 동시기에 발생했으며, 두 사건이 동시에 작용하여 대멸종이 일어났다고 추정된다. 해양 생태계가 회복되기까지 약 40만 년이 걸린 것으로 보인다.[46][47]
4. 3. 기타 가설
1980년 미국의 지질학자 월터 알바레스와 그의 아버지이자 노벨상 수상 물리학자인 루이스 알바레스는 운석 충돌이 멸종의 주원인이라는 논문을 발표했지만, 지질학자들은 이에 격렬하게 반대했다.[41] 이리듐 이상 현상은 초신성 폭발 가설과도 일치했지만, 경계층 퇴적물 분석 결과 초신성 폭발의 부산물인 플루토늄 동위원소(244Pu)가 발견되지 않아 신뢰성을 잃었다.[32]백악기 말 해수면 하강은 중생대 다른 시기보다 심각했다. 전 세계 여러 지역의 마스트리히트절 지층에서 해퇴의 증거가 발견되는데, 이는 대륙붕 면적 감소로 인한 해양 대량 멸종을 일으켰을 가능성이 있다. 그러나 연구에 따르면 이것만으로는 암모나이트 멸종을 설명하기에 부족하며, 기후 변화도 일으켰을 것으로 보인다.[30] 해퇴는 또한 서부 내륙 해와 같은 내륙해 면적 감소를 초래하여 담수 환경을 확장시키고, 해양 환경을 선호하는 상어 등에게는 불리하게 작용했다.[31]
슈메이커-레비 9 혜성이 목성에 충돌한 것처럼, 백악기-고진기 경계 시점에 조각난 소행성 물체의 동시 다발적인 충돌이 있었을 가능성도 제기된다. 볼티시 크레이터(우크라이나, 직경 24km, 65.17 ± 0.64 Ma)와 실버핏 크레이터(북해, 직경 20km, 60–65 Ma) 등이 그 예시이다.
인도 서해안 해저의 시바 크레이터(직경 450km 에서 600km, 약 66 Ma 추정)는 치크술루브 크레이터보다 크며, 데칸 트랩의 방아쇠 사건이었을 가능성이 제기되지만, 충돌 크레이터로 인정받지 못하고 소금 철수에 의한 싱크홀 함몰일 가능성도 있다.
4. 4. 복합 원인 가설
1980년, 미국의 지질학자 월터 알바레즈와 그의 아버지이자 노벨상 수상 물리학자인 루이스 알바레즈는 백악기-고진기(K-Pg) 경계 대량 멸종의 주원인이 운석 충돌이라는 논문을 발표했다.[41] 이들은 K-Pg 경계의 얇은 점토층에서 정상보다 훨씬 높은 농도의 이리듐을 발견했는데, 이는 운석에 많이 포함된 원소였다. 이들은 거대한 운석 충돌로 발생한 먼지가 햇빛을 가려 광합성을 불가능하게 하고, 먹이 사슬이 붕괴되어 대량 멸종을 일으켰다고 주장했다.이 가설은 처음에는 지질학자들의 반발을 샀지만, 전 세계적인 조사와 데이터 축적을 통해 점차 지지를 얻었다. 반론 중 하나는 이리듐이 화산 활동으로 인해 지표면에 방출되었을 수 있다는 "화산설"이었다.
하지만 2015년 발표된 연구 결과에 따르면, 6604만 년 전 거대 운석 충돌과 거의 동시에 데칸 트랩의 용암 유출량이 증가한 것이 확인되었다.[46][47] 이는 운석 충돌과 화산 활동이 복합적으로 작용하여 대멸종을 일으켰을 가능성을 시사한다. 즉, 칙술루브 충돌구 충돌과 데칸 트랩의 화산 활동이 모두 중요한 기여를 했을 수 있다는 것이다. 예를 들어, 데칸 트랩에서 일어난 빠른 분출 속도는 운석 충돌로 방출된 큰 지진파에 의해 유발되었을 수 있다는 연구 결과도 있다.[33][34]
칙술루브 충돌구는 직경 10km의 소행성 또는 혜성인 칙술루브 충돌체가 지구를 강타하여 형성되었다.[12][13] 충돌 에너지는 TNT 환산 3×108메가톤 - 109메가톤으로 계산되는데, 이는 냉전 시대 미국과 소련이 보유했던 핵탄두 전체 폭발 에너지의 1만 배 이상에 해당한다.
5. 멸종 이후의 상황
운석 충돌로 발생한 에너지는 주변 지각을 증발시키고 거대한 크레이터를 만들었다. 폭발 충격은 북아메리카 대륙에 폭풍과 지진을 일으켰고, 얕은 바다에 생긴 크레이터로 해수가 밀려들어 거대한 쓰나미를 발생시켰다. 북아메리카 연안에는 300m 높이의 쓰나미가 밀려왔다고 한다.
충돌로 발생한 먼지와 대규모 화재로 생긴 그을음은 햇빛을 차단해 지구를 어둡게 만들었다. 증발한 암석 속 석회암과 석고는 대기 중에서 분해되어 다량의 이산화 탄소와 이산화 황을 발생시켰다. 용해된 암석은 냉각되어 유리질의 마이크로 테크타이트가 되었고, 고온 분출물은 주변에 낙하해 산림 화재를 일으켰다.
포유류는 작은 몸집, 먹이 습성, 빠른 번식 주기, 태반 진화 등 여러 요인 덕분에 멸종에서 살아남을 수 있었다는 가설이 제시되고 있다.
5. 1. 포유류 생존 가설
포유류가 K-Pg 경계의 대멸종에서 살아남은 이유는 명확하게 밝혀지지 않았지만, 작은 몸집이 유리하게 작용했을 것이라는 점이 많은 연구자들의 공통된 인식이다.[51]포유류 생존에 유리하게 작용했을 것으로 추정되는 요인들은 다음과 같다.
- 작은 몸집: 당시 포유류는 몸집이 작아 지하 구멍에 숨거나 재빠르게 움직일 수 있었다.
- 먹이: 당시 포유류는 대부분 곤충을 먹이로 삼았기 때문에 적은 에너지로 활동할 수 있었고, 먹이인 곤충은 재해의 영향을 크게 받지 않았다.
- 빠른 번식 주기: 포유류는 번식 주기가 빨라 환경 변화에 빠르게 적응할 수 있었다.
- 태반의 진화: 포유류는 태반을 통해 충분히 성장한 새끼를 낳아 생존율을 높였다. 중국 백악기 전기 지층에서 발견된 에오마이아는 가장 오래된 완전한 태생 포유류로, 이후 포유류의 태생이 생존에 유리하게 작용했을 것으로 보인다.[51]
6. K-Pg 경계
초기의 지구는 액체 상태였을 것으로 추정된다. 따라서 금(Au), 백금(Pt), 이리듐(Ir), 오스뮴(Os)과 같은 백금 원소나 우라늄(U) 같은 질량이 큰 물질은 지구의 내핵으로 모두 가라앉아서 지구상의 대부분의 암석에는 이리듐을 거의 포함하고 있지 않다.
따라서 지구상에서 대량으로 발견되는 대부분의 무거운 원소들은 지구가 생성된 뒤에 우주에서 운석으로 공급된 것이 대부분이라고 추정할 수 있다.
그러나 충격 석영과 이리듐과 같은 백금족 금속들이 다량 발견되는 지층이 바로 K-Pg 경계이다. 이는 다량의 운석충돌로 인해 생겨났을 것이라 추측된다. 1980년대에 홋카이도 도카치군 우라호로정의 시게카와 류후강에서 발견되었다.[53][54][55][56] K-Pg 경계는 네무로층군 가와라후층의 상부 이암층에 존재한다.[57]
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