KISTI의 과학향기

인도와 중국 티베트 사이에 위치한 히말라야 산맥에서는 화석이 많이 발견된다. 놀라운 점은 조개나 산호, 물고기 등 수생생물의 화석이 발견된다는 것이다. 히말라야 산맥은 세계에서 가장 높은 에베레스트 산(최고 8,848m)을 비롯해 높고 험한 산이 많은 것으로 유명하다. 그런데 어떻게 그 높은 산꼭대기에서 수생생물이 화석으로 발견된 걸까?

화석은 지질 시대에 살았던 동식물의 유해나 활동 흔적이 퇴적물에 남아 그대로 보존돼 있는 것을 말한다. 한자를 풀이하면 ‘될 화(化)’와 ‘돌 석(石)’자로 ‘돌이 된다’는 뜻이다. 이처럼 오래 전에 살았던 식물이나 동물이 돌처럼 단단해진 것을 통틀어 ‘화석(化石)’이라고 한다.

화석은 어떻게 만들어지는 것일까? 화석을 직접 만들어 보며 화석이 왜 우리에게 중요한지, 고생물학자들은 왜 끊임없이 화석을 발굴하고 연구하는지에 대해 알아보자.

[교과과정]
초등 4-2 지층과 화석
중 1 지각의 물질과 변화
중 1 지각 변동과 판 구조론

[학습주제]
화석이 만들어지는 원리 이해하기
지구의 역사와 지각 변동
화석의 중요성 이해하기

<실험 방법 및 원리>


<실험 동영상>



* 실험 참고사항 :
? 액화수지, 경화제는 온라인 과학교구사에서 구입할 수 있습니다.
? 액화수지는 냄새가 나는 물질이니 환기가 잘 되는 곳에서 실험하세요.
? 액화수지에 경화제를 넣고 저을 때 가능한 기포가 생기지 않도록 주의하세요.
? 액화수지가 굳는 동안 열이 발생해 뜨거우니 손이 데지 않도록 주의하세요.
? 조개껍데기 대신 작고 단단한 물건을 넣어서 나만의 화석을 만들어 보세요.

화석은 과거에 살았던 동식물이 지질학적 과정을 통해 지층 속에 묻히거나 호박에 갇혀 형성된다.
호박은 소나무의 끈적끈적한 수액이 굳어진 것을 말하는데, 이 안에 곤충이나 식물이 갇혀 화석이 된 것을 호박 화석이라고 한다. 위 실험은 호박 화석이 만들어지는 원리를 이용한 것이다.

액화 수지에 경화제(액체를 빠르게 굳히기 위해 첨가하는 물질)를 넣으면 액화 수지가 열을 내며 굳기 시작한다. 액화 수지가 완전히 굳기 전에 조개껍데기를 넣으면 용액이 점차 굳어지며 투명하고 단단한 수지 안에 조개가 갇히게 된다. 액화 수지 안의 조개는 호박 속에 갇힌 곤충처럼 생화학적 성분이 보존돼 있다. 이런 화석을 ‘화학 화석’이라 부른다.

고생물들이 모두 화석으로 남는 것은 아니다. 화석으로 남기 위해서는 몇 가지 조건이 충족돼야 한다. 우선 당시에 그 생물이 번성해야 하고, 생물이 죽은 후 바로 퇴적물 속에 묻혀 분해되지 않아야 하며, 껍질이나 골격 등 딱딱한 부분이 있어야 한다. 일반적으로 연약한 조직은 분해돼 사라지고 딱딱한 부분만 화석으로 남기 때문이다. 단, 공룡의 발자국과 같은 생물의 흔적도 화석에 포함된다. 이런 화석은 ‘흔적화석’이라고 한다.

? 화석 발굴이 중요한 이유
이제 서두에 대한 답변이 나올 차례다. 히말라야 산맥에서 조개나 물고기 화석이 많이 발견됐다는 것은 오래전 언젠가, 히말라야 산맥이 바다였다는 뜻이다. 이처럼 화석을 관찰하면 과거 그 지역이 어떤 환경이었는지 유추할 수 있다. 예를 들어 산호의 화석이 발견된 지층은 한때 예민한 산호가 살 수 있을 정도의 수질과 수온, 수심을 갖추고 있었다는 것을 의미한다. 생물은 여러 지질 작용과 화학적인 변화를 거치면서 화석이 된다. 나중에 암석이 땅 위로 솟아오르고 지표면이 깎이게 되면서 드러나게 된다.

산호처럼 과거 그 지역의 환경을 구체적으로 유추할 수 있도록 돕는 화석을 ‘시상화석’이라고 한다. 시상화석이 되기 위해서는 특정 환경에서만 살 수 있다는 조건이 충족돼야 한다. 예를 들어 산호는 따뜻하고 얕은 바다에서만, 고사리는 따뜻하고 습기가 많은 땅에서만 서식한다.

화석이 발견되는 지층이 언제 생긴 것인지 알려 주는 ‘표준화석’도 있다. 표준화석이 되기 위해서는 살았던 기간이 짧고, 서식지가 지구상에 넓게 분포해 있었으며, 독특한 특징을 가지고 있어야 한다. 지구는 약 45억 년 동안 몇 번의 큰 변화를 겪으며 서식하는 생물의 종류도 크게 변했다. 이런 변화를 기준으로 지구의 역사를 크게 선캄브리아대, 고생대, 중생대, 신생대의 네 부분으로 나눌 수 있다. 각각의 시대에만 살았던 대표 생물로는 고생대의 삼엽충, 중생대에는 공룡과 암모나이트, 신생대에는 매머드와 검치호랑이 등이 있다. 고로 이들이 화석으로 발견되면 그 지층이 생긴 시대를 유추할 수 있다.

이렇듯 화석은 지구의 역사와 생명의 진화를 설명하고 증명해 주는 중요한 자료다. 화석으로 나타나는 다양한 생물들을 연구하면 생물이 환경에 어떻게 적응하고 진화해 왔는지, 왜 멸종을 맞이했는지 등을 유추할 수 있다. 더 나아가 지구의 미래를 예측할 수도 있는 것이다.

글 : 유기현 과학칼럼니스트