화석에 대하여...

1. 화석의 정의

한문으로는 化石으로 표기하는데, 이 표현은 중국에서 유래된 것으로 ‘돌로 변한 것’이라는 뜻을 가지고 있다. 영어로는 fossil이라고 부르고 있는데 이 단어는 라틴어의 fossilis에서 유래된 것으로 ‘땅 속에서 파낸 것’아라는 의미를 가지고 있다.

화석의 정확히 어떤 것을 말하는가? 화석은 오래 전 지구상에 살았던 생물의 흔적을 찾아 볼 수 있는 모든 것들을 포함하는 개념이다. 반드시 암석일 필요도 없으며, 고생물 그 자체일 필요도 없다. 화석은 암석으로 변한 고생물뿐 아니라 그들의 발자국, 지나간 자국, 진흙에 찍혀 있는 피부자국, 배설물 등 아주 다양한 내용이 포함되는 것이다.

 

2. 화석의 연령

퇴적암은 많은 화석을 포함하고 있을 뿐 아니라 층층히 쌓여 가는 지층을 형성하는데, 여기에 아래의 지층은 위에 있는 지층보다 먼저 형성되었다는 시간적인 개념을 도입함으로써 화석의 상대적인 연령을 알 수 있게 되었다. 이런 개념을 상대연령(relative age)이라 한다. 상대연령을 측정함에 있어서 이미 잘 알려진 어떤 고생물의 화석이 있다면, 이 화석은 다른 화석이나 지층의 연령을 결정하는데 중요한 비교 기준이 될 수 있을 것이다. 이런 종류의 화석을 표준화석(index fossil)이라고 한다. 표준화석이 되기 위해서는 전세계적으로 넓게 분포해야 하며, 출현에서부터 멸종까지의 기간이 짧고 많은 수의 개체가 발견되어야 하는 등의 조건을 충족시킬 수 있어야 하는데, 이런 조건에 맞는 화석은 그리 흔하지 않다. 고생대의 삼엽충, 중생대의 암모나이트 등이 표준화석의 대표적인 예이다.

20세기에 들어와서는 방사선 동위원소를 이용하여 화석이나 지층의 절대연령(absolute age)을 측정할 수 있는 가히 혁신적이라 할 수 있는 방법이 등장하게 되는데 이런 방법 역시 아직 2백만 년에서 1천만 년 정도의 오차를 가지고 있다.

얼마나 오래된 것들을 화석의 범주에 포함시키느냐 하는 것은 학자들 마다 견해를 달리하는데 최소한 11,000년 이상은 되어야 화석으로 볼 수 있다는 주장이 일반적으로 받아들여지고 있다.

 

3. 화석화의 조건

모든 생명체가 죽은 후 화석으로 남는 것이 아니라면 어떤 경우, 어떤 환경에서 화석이 잘 형성될 수 있을까?

첫째, 지표면이 식어 지각을 형성해야 하며 또한 퇴적층이 형성될 수 있어야 한다.

둘째, 식물 또는 동물이 죽은 후 청소동물(scavengers)이나 박테리아에 의해 먹히지 않아야 하며 빠른 시간 내에 모래, 토양, 화산재, 진흙 등에 의해 덮혀서 대기 중의 산소로부터, 혹은 수중의 산소로부터 격리되어야 하는 것이다.

또한 모래, 토양 등의 퇴적활동은 지속적으로 일어나야 하는데, 그래야만 그 압력으로 인해 화석이 안정적으로 형성될 수 있는 것이다. 이런 조건을 충족시킬 수 있는 장소로는 사막, 강, 늪지, 석호, 해안이나 얕은 바다 등을 들 수 있다.

 

4. 화석의 보존

고생물의 사체가 청소동물이나 박테리아에 의해 손상 받지 않고, 또 주변의 여건이 부합될 때 유기질의 사체가 서서히 광물로 대치되어서 암석의 형태로 변하는 것이 화석이 형성되는 일반적인 모습이다. 하지만 화석화의 양상은 주변의 환경적 요인, 생물의 종류, 신체 부위, 껍질의 유무 등에 따라 보다 다양한 형태로 나타날 수 있다.

 

1) 석화

석화란 돌로 변한다는 표현으로서 고생물의 사체가 오랜 시간에 걸쳐 점차 광물로 바뀌는 것을 의미한다. 석화는 화석의 가장 일반적인 형태이며, 다시 세분하여 침투(permineralization), 치환(replacement), 탄화(carbonization의 세 가지로 분류할 수 있다.

 

2) 동결

동결(ferrzing)은 동물이 죽어 땅에 묻히는 것이 아니라 얼음 구덩이 속에 빠진 후 냉동된 상태로 오랜 시간을 지나 오늘날까지 보존되는 경우이다.

 

3) 미라화

드물기는 하지만 미라의 형태로 보존되는 경우도 있다. 미라로 남기 위해서는 박테리아에 의한 부패를 막기 위해 매우 건조한 지후 조건을 필요로 한다. 이런 환경은 사막 지대의 모래 속이나 건조한 고산 지대의 동굴 등에서 찾아볼 수 있다.

 

4) 호박

나무에서 흘러나오는 송진이나 수액 속에 빠진 곤충, 도마뱀 등 작은 동물이 호박(amber)의 형태로 보존되는 경우가 있다.

 

4) 소금 결정

아주 드물기는 하지만 고생대의 소금 결정(salt crystal)체 속에서 박테리아의 화석이 발견되는 경우도 있다고 한다.

 

 

5. 화석의 형태

1) 직접적인 형태

고생물이 죽어 땅에 묻힌 후 사체가 직접 화석으로 보존되는 경우이다. 화석의 가장 흔한 형태로서, 대부분 앞에서 설명한 석화의 과정을 거치게 된다.

 

2) 간접적인 형태

인상(imprint, impression)이라 함은 고생물의 외형이 퇴적층에 찍혀서 화석으로 보존되는 경우로서, 무척추동물의 패각 형태나 아주 드물기는 하지만 공룡의 피부 구조가 퇴적층에 찍혀서 화석으로 남는 경우가 그 예가 되겠다. 패각을 가지고 있는 동물의 경우, 연부조직은 쉽게 분해되어 광물질로 대치되고, 패각은 시간이 경과함에 따라 지하수에 의해 용해되어 없어지며 패각이 있던 자리의 공간에 안팍으로 껍질의 모습이 그대로 찍혀있는 화석이 형성되는데, 바깥 쪽의 형태가 남아 있는 쪽을 외몰드(external mold), 안쪽의 형태가 남아 있는 쪽을 (internal mold)라고 부른다.

 

3) 생흔화석

생물의 신체 혹은 그 일부분만이 화석으로 남는 것은 아니다. 자연의 일부로서 생활하는 어떤 생물이 자연 속에 자신의 흔적을 남기는 것은 극히 일반적인 일이다. 고생물 그 자체는 아니지만 그들의 흔적이 화석화하여 남는 경우를 생흔화석(trace fossil)이라 부른다. 걸어다녔던 발자국(track), 기어다닌 흔적(trail), 작은 동물을 뚫어 놓은 거주지(burrow, boring), 배설물(coprolite), 소화를 돕기 위해 위 속으로 삼켰던 돌맹이(gastrolith)등이 생흔화석의 대표적인 예가 되겠다.

 

 

참고도서 : 화석(지구 46억년의 비밀) 송지영 시그마프레스 2003.

 

2008년 12월에 정리한 글을 옮김