지질시대와 생물다양성

OPENING STORY · 46억 년을 하루로 압축하면

"지구의 46억 년을 24시간으로 압축하면, 인류는 마지막 1분 30초 동안 등장한다."

지구가 자정에 태어났다면 ― 새벽 4시쯤 첫 단세포 생물이 등장했고, 저녁 9시까지 단순한 생물만 있었다. 밤 9시 8분에 캄브리아기 생물 대폭발이 일어났고, 밤 11시 39분에 공룡이 멸종했다. 그리고 인류는 23시 58분 30초에 처음 등장했다. 단 90초의 시간 동안 인류는 도시·문명·우주선·인터넷을 만들었다. 하지만 우리가 살아온 시간은, 지구의 전체 시간에서 보면 정말 짧은 한 순간이다.

SECTION 01

지질시대 — 지구의 시간을 어떻게 나눌까?

과학자들은 지구의 46억 년을 네 개의 큰 시대(代)로 구분한다. 그 기준은 지층에서 발견되는 화석이다. 큰 변화가 일어났을 때 화석에 흔적이 남고, 그 경계가 시대를 가른다. 국제층서위원회(ICS)는 전 세계 과학자들이 합의한 국제 표준 지질시대표(GTS)를 5년마다 갱신한다.

DEFINITION

지질시대란 무엇인가

지구의 탄생(약 46억 년 전)부터 현재까지의 시간 전체를 가리키는 시간 구분 체계. 물리적·생물학적 변화가 큰 지점을 경계로 삼아 위계적으로 나눈다.

지구 나이: 약 45.4억 년 (운석 동위원소 측정)
가장 오래된 지각: 캐나다 슬레이브, 40.3억 년
가장 오래된 화석: 그린란드 이수아, 38.5억 년

HOW · 구분 기준

경계는 어떻게 정하나?

① 화석 변화 — 표준 화석의 출현/소멸로 시대를 가른다. ② 대멸종 사건 — 종 90%↑ 사라진 지점이 자연스러운 경계가 된다. ③ 동위원소 절대 연대 — U-Pb 등 방사성 연대 측정으로 숫자를 확정한다.

화석 = 생물학적 경계 결정
방사성 = 정확한 연대 수치 결정
GSSP = 국제 표준 모식지점 (Global Boundary)

HIERARCHY · 위계

누대 > 대 > 기 > 세

지질시대는 큰 단위부터 작은 단위까지 위계적으로 나뉜다. 교과서에서 주로 다루는 '4대 시대'는 대(代 · Era) 수준의 구분이다.

누대(累代 · Eon): 명·은·원·시생 — 최상위
대(代 · Era): 신생·중생·고생·선캄브리아
기(紀 · Period): 백악기·쥐라기·캄브리아기 등
세(世 · Epoch): 홀로세·플라이스토세 등

FACT · 시간의 압도성

현생누대는 12%에 불과

화석이 풍부해 익숙한 고생대·중생대·신생대(현생누대)는 지구 역사의 마지막 12%일 뿐. 나머지 88%는 선캄브리아대 — 단세포 생물의 거대한 침묵의 시간이다.

선캄브리아 = 약 40억 년 (88%)
고생대 + 중생대 + 신생대 = 5.4억 년 (12%)
인류 역사 = 약 30만 년 (0.007%)

4대 지질시대 · 한눈에 비교

시대	시작 (년 전)	지속 시간	전체 비율 (46억 년 기준)	대표 화석	지구 환경
선캄브리아대 Pre-Cambrian	46억 년	40.6억 년	88.3%	스트로마톨라이트 에디아카라 동물군	대기에 산소 증가 전 지구 동결 (눈덩이 지구)
고생대 Paleozoic	5.39억 년	2.89억 년	6.3%	삼엽충, 갑주어 방추충, 양치식물	판게아 형성 육상 진출 시작
중생대 Mesozoic	2.52억 년	1.86억 년	4.0%	공룡, 암모나이트 시조새, 겉씨식물	판게아 분열 온난·습윤 기후
신생대 Cenozoic	6,600만 년	6,600만 년	1.4%	포유류, 화폐석 속씨식물, 인류	현 대륙 분포 완성 빙하기·간빙기 반복

자료: 국제층서위원회(ICS) 2023년 지질시대표

국제 표준

지질시대 (나선형)

46억 년을 한눈에 보여 주는 나선형 다이어그램. 안쪽이 오래된 시대, 바깥쪽이 최근. 신생대가 가장 짧지만 가장 풍부한 정보를 담고 있다.

고생대 표준 화석

삼엽충 (Trilobite)

5억 4천만 ~ 2억 5천만 년 전 바다를 지배한 절지동물. 2만 종 이상이 알려진 고생대의 상징. 페름기 말 대멸종으로 사라졌다.

중생대 표준 화석

티라노사우루스

중생대(공룡 시대) 후반 백악기에 살았던 거대 육식 공룡. 몸길이 12m·치아 30cm. 6,600만 년 전 K-Pg 멸종 사건으로 사라졌다.

한반도에서 만나는 지질시대

한반도는 작은 면적에도 불구하고 고생대·중생대·신생대 지층이 모두 분포한다. 우리 발 밑의 땅에서 지구의 시간을 직접 읽을 수 있다.

PALEOZOIC · 고생대

강원도 태백·영월 일대

한반도 고생대 지층의 대표 분포지. 조선누층군(약 5억 년 전 캄브리아·오르도비스기)과 평안누층군(약 3억 년 전 석탄·페름기)이 두껍게 쌓여 있다.

📍 대표 화석: 삼엽충, 완족류, 방추충 / 자원: 무연탄·석회암

MESOZOIC · 중생대

경상남도 고성·해남

한반도 중생대 백악기 지층(경상누층군) 분포지. 고성 덕명리·해남 우항리의 공룡 발자국 화석지는 세계적 규모로, 유네스코 세계지질공원·천연기념물로 지정되었다.

🦕 대표 화석: 공룡 발자국·알, 익룡 발자국, 새 발자국

CENOZOIC · 신생대

제주도·울릉도·포항

한반도 신생대 지층 분포지. 제주도는 약 180만 년 전부터 화산 활동으로 형성된 신생대 화산섬. 포항은 약 1,500만 년 전 신생대 제3기 해성층으로, 고래·물고기 화석이 다수 발견된다.

🐳 대표 화석: 고래뼈, 어류 / 지형: 주상절리, 분석구

🕰️ 4대 지질시대 탐험 — 탭으로 시대 이동

각 시대의 환경(대기·온도·해수면), 대표 생물, 주요 사건, 한반도 상황까지 입체적으로 탐험하세요.

선캄브리아 88%

고생 6%

중생 4%

신생 1%

SECTION 02

화석 — 지구의 과거를 읽는 책

화석(fossil)은 옛 생물이 지층에 남긴 흔적이다. 라틴어 fossilis(땅에서 파낸 것)에서 유래한 이 단어는, 지구가 자신의 시간을 기록한 "돌의 일기장"이다. 뼈·이빨·껍데기·발자국·배설물·세포 조각까지 — 살아 있던 모든 것이 운 좋게 화석이 될 수 있다. 하지만 화석화는 매우 드문 사건이라, 살았던 생물의 0.01%만 화석으로 남았다고 추정된다.

화석은 어떻게 만들어지나? · 5단계 화석화 과정

생물이 죽은 뒤 수천만 년에 걸쳐 화석이 되는 일련의 과정. 단 한 단계라도 어긋나면 화석이 될 수 없다.

1

죽음·매몰

생물이 죽고 빠르게 진흙·모래에 묻혀 산소·포식자와 차단됨

2

퇴적 누적

위로 새 지층이 계속 쌓이면서 점차 압력·온도 상승

3

광물 치환

지하수 미네랄(Si·Ca·Fe)이 뼈·껍데기 빈자리를 채워 돌로 변함

4

지각변동

판 운동·습곡·융기로 화석을 품은 지층이 다시 지표 가까이 올라옴

5

풍화·발견

비·바람이 지층을 깎아 화석이 드러나고 고생물학자가 발굴

화석의 3가지 종류

TYPE 01 · BODY FOSSIL

몸체 화석 (體化石)

생물의 몸 일부가 그대로 남거나 광물로 치환되어 보존된 화석. 가장 흔하고 알아보기 쉬운 종류.

예시: 공룡 뼈, 삼엽충 외골격, 암모나이트 껍데기, 매머드 상아, 식물 잎 압축 화석

TYPE 02 · TRACE FOSSIL

흔적 화석 (生痕化石)

생물의 활동 흔적이 굳어 보존된 화석. 몸은 남지 않지만 행동·생태를 알려 준다.

예시: 공룡·새 발자국, 굴(burrow), 알 화석, 위석(gastrolith), 식분(coprolite, 똥)

TYPE 03 · CHEMICAL FOSSIL

화학 화석 (分子化石)

생물체 유래 유기 분자가 지층 속에 그대로 보존된 화석. 눈에 보이지 않지만 가장 오래된 생명 흔적이다.

예시: 35억 년 전 탄소 동위원소, 콜레스테롤·엽록소 분해 산물, 미생물 mat의 화학 흔적

중생대 백악기

트리케라톱스

세 개의 뿔과 1.8m 골판이 특징인 초식 공룡. 9톤 몸무게·9m 길이. 백악기 말 공룡 멸종 직전까지 번성했다.

중생대 쥐라기

스테고사우루스

등에 17개의 큰 골판(60cm)이 있는 초식 공룡. 몸 크기에 비해 뇌가 호두만 했다. 골판은 체온 조절·과시·방어용 추정.

6,600만 년 전 흔적

K-Pg 경계층 — 공룡 멸종의 흔적

캐나다 앨버타. 어두운 줄(이리듐 풍부 층) 위로 공룡 화석이 사라진다. 이리듐은 지표에 희소하지만 운석에 풍부 — 거대 운석 충돌의 결정적 증거.

표준 화석 vs 시상 화석 — 화석으로 무엇을 알 수 있나?

같은 화석이라도 무엇을 알려 주느냐에 따라 두 가지로 나뉜다. 표준 화석은 "언제", 시상 화석은 "어디서"를 알려 준다.

표준 화석

INDEX FOSSIL · 시대를 결정

넓은 지역에 분포 (전 세계 발견)
짧은 시간 동안만 생존 (수백만 년)
많은 개체 수 (확률적으로 잘 발견)
특징이 뚜렷해 구별이 쉬움

대표 표준 화석

🦐 삼엽충 → 고생대 🐚 방추충 → 고생대 페름기 🦑 암모나이트 → 중생대 🦕 공룡 → 중생대 💰 화폐석 → 신생대 제3기 🦣 매머드 → 신생대 제4기

시상 화석

FACIES FOSSIL · 환경을 알려줌

특정 환경에서만 살았던 생물
긴 시간 동안 같은 환경에서 생존
환경 조건(온도·염도·수심)에 민감
현생 친척과 비교하면 환경 추론 가능

대표 시상 화석

🪸 산호 → 따뜻한 얕은 바다 🌿 고사리 → 따뜻·습한 육지 🐌 조개·고둥 → 얕은 바다 🥶 매머드 → 추운 한대 육지 🌴 야자수 → 따뜻한 열대 🪨 활석 → 화산 활동 지대

🇰🇷

한반도에서 발견된 세계적 화석

좁은 국토에도 세계가 주목하는 화석 산지가 다수. 천연기념물·세계지질공원으로 보호되고 있다.

🦕

CRETACEOUS · 경남 고성 덕명리

세계 4대 공룡 발자국 화석지

약 9,500개의 공룡 발자국과 2,000개의 새 발자국 발견. 세계 최초로 새와 공룡 발자국이 함께 발견된 곳. 천연기념물 제411호.

🥚

CRETACEOUS · 전남 보성·신안

공룡 알 화석 군집

전남 보성에서 약 200개 이상의 공룡 알 화석 발견. 알 둥지(원형 배열) 그대로 보존되어 공룡의 둥지 행동을 연구할 수 있다.

🪶

CRETACEOUS · 전남 해남 우항리

익룡·공룡·새 발자국 공존지

익룡(프테로사우루스), 공룡, 새의 발자국이 한 지층에서 함께 발견된 세계 유일의 화석지. 천연기념물 제394호.

🐳

CENOZOIC · 경북 포항·울산

신생대 해성층 어류·고래 화석

약 1,500만 년 전 신생대 제3기 마이오세 지층에서 고래뼈·물고기·조개 화석 다수. 동해가 신생대에 형성된 증거.

🦐

PALEOZOIC · 강원도 태백·영월

고생대 조선누층군 삼엽충

약 5억 년 전 캄브리아·오르도비스기 석회암에서 삼엽충·완족류·코노돈트 화석 발견. 한반도가 한때 적도 부근 얕은 바다였음을 보여준다.

🌿

PALEOZOIC · 강원도 정선·삼척

석탄기 양치식물·무연탄

약 3억 년 전 한반도 평안누층군에 거대 양치식물 숲이 매몰되어 무연탄 형성. 화석 식물 잎과 줄기 그대로 발견.

KEY 화석으로 알 수 있는 것 — 5가지 정보

① 생물의 종류·진화 — 화석은 멸종한 생물의 형태·구조를 직접 보여 준다.
② 지층의 시기 — 표준 화석으로 지층이 형성된 지질시대를 결정한다.
③ 고환경·기후 — 시상 화석으로 당시의 온도·해양·기후를 추정한다.
④ 대륙 이동 — 같은 화석이 멀리 떨어진 대륙에서 발견되면, 두 대륙이 한때 붙어 있었다는 증거.
⑤ 대량 멸종 — 특정 지층 위에서 화석이 갑자기 사라지는 패턴이 대멸종의 직접 증거다.

SECTION 03

5대 대멸종 — 지구가 다섯 번 다시 시작한 이야기

현생누대(5.4억 년) 동안 지구에는 다섯 번의 거대한 대멸종(Big Five)이 있었다. 매번 전체 생물 종의 절반 이상이 사라졌고, 때로는 96%가 사라져 생명이 지구에서 거의 끊길 뻔했다. 그러나 살아남은 생물에서 새로운 다양성이 폭발적으로 등장했다 — 대멸종은 끝이 아니라 리셋 버튼이기도 했다. 포유류가 지구를 지배한 것도, 결국 우리가 등장한 것도, 모두 K-Pg 대멸종이 공룡을 치워 준 덕분이다.

5억 4천만 년 통계

대멸종 강도 그래프

시간에 따른 해양 동물속(屬) 멸종률. 5개의 큰 봉우리가 5대 대멸종. 세로축은 % 멸종률. 시카고대 Raup·Sepkoski의 1982년 고전 분석.

생물다양성 변화

현생대 생물다양성

5억 4천만 년 해양 동물속 수의 변화. 대멸종 후마다 다양성이 회복·증가. 살아남은 생물이 새 생태 자리를 채운다. 빨간 V표가 5대 대멸종.

대멸종의 4가지 원인 메커니즘

모든 대멸종은 "급격한 환경 변화"가 핵심이다. 그 변화를 일으킨 주요 원인은 다음 네 가지로 정리된다.

CAUSE 01 · VOLCANIC

대규모 화산 활동

대륙 규모의 현무암 분출(Large Igneous Province). 막대한 CO₂·SO₂ 방출로 온실효과·해양산성화·산성비 유발.

CAUSE 02 · IMPACT

거대 운석 충돌

직경 5km↑ 소행성 충돌. 충돌 즉시 지진·쓰나미·산불, 이후 먼지·황산 에어로졸로 햇빛 차단·광합성 중단.

CAUSE 03 · CLIMATE

급격한 기후 변동

전 지구 한랭화 또는 온난화. 빙하·해수면·기후대 변화로 서식지 파괴. 한랭화 시 해수면 하강 → 얕은 바다 소멸.

멕시코 유카탄 반도에 직경 10~15km 소행성 충돌(칙슐루브 크레이터, 직경 180km). 히로시마 원폭의 100억 배 에너지. 충돌 즉시 진도 11 지진·1km 쓰나미·전 지구 화재. 이후 황산 에어로졸로 햇빛 80% 차단 → 광합성 중단 → 먹이사슬 붕괴.

가장 큰 피해비조류 공룡 전멸, 익룡·해양 파충류·암모나이트 절멸

지속 시간충돌 즉시 시작, 멸종은 수천~수만 년

이후 진화

야행성·소형이라 살아남은 포유류가 다양화 폭발. 영장류 → 호미닌 → 인류로 이어지는 진화의 길이 열린다.

대멸종 후 생물다양성 회복에 걸린 시간

오르도비스기 말

500만 년

~5 Myr

데본기 말

1,000만 년

~10 Myr

페름기 말 (최악)

1,000만 년 (역대 최장)

~10 Myr

트라이아스기 말

800만 년

~8 Myr

백악기 말 (K-Pg)

300만 년

~3 Myr

※ 회복 = 멸종 직전 수준의 종 다양성 복귀 시점. 회복 속도는 살아남은 분류군의 적응 능력과 환경 안정성에 따라 다르다.

EXT 06? · ANTHROPOCENE EXTINCTION

지금, 6번째 대멸종이 진행 중이다

과거 5대 대멸종은 화산·운석 같은 자연 사건이 일으켰다. 그러나 여섯 번째 대멸종은 인류가 일으키고 있다. 서식지 파괴, 기후변화, 해양 산성화, 외래종 침입, 오염, 남획 ― 인류세(Anthropocene)의 환경 변화는 과거 대멸종급 강도를 보인다. IUCN 적색목록에 따르면 척추동물 종이 1900년 이래 100배 빠른 속도로 사라지고 있다.

100~1,000×

자연 멸종률 대비 현재

68%

1970년 이래 야생동물 감소 (WWF)

75%

육상 환경 인간 영향

100만

멸종 위협 종 (IPBES 2019)

우리가 할 수 있는 일

서식지 보호 — 국립공원·생태통로 확대, 1제곱미터의 자연도 가치 있다
기후 행동 — 탄소 배출 감축, 재생에너지 전환, 에너지 효율 개선
지속가능한 소비 — 멸종위기종 제품 거부, 로컬·계절 식품 선택
과학적 이해 — 우리는 과거 어느 시대보다 멸종을 측정·이해할 수 있다 — 그것이 희망의 근거

INSIGHT 환경 변화 = 생물다양성의 운명 = 우리의 미래

과거 5대 대멸종의 공통점은 "급격한 환경 변화". 화산·운석·기후 변동·해양 무산소화 등 자연이 만든 것이었다. 지금 인류가 만들고 있는 변화 ― 기후변화·서식지 파괴·해양 산성화 ― 도 같은 강도, 같은 종류다. 다른 점은 단 하나 — 이번에는 그 원인을 우리가 알고 있고, 멈출 수 있다는 것. 과거의 대멸종을 공부하는 것은 곧 우리 자신의 미래를 공부하는 것이다.

EXPLORATION · 탐구 활동

🦕 가설 평가하기 — 공룡 멸종의 원인은?

백악기 말 공룡이 멸종한 원인에는 여러 가설이 있다. 각 가설의 증거와 약점을 평가해 보자.

1

가설 조사 · ① 운석 충돌설(K-T 경계 이리듐 층) ② 대규모 화산 활동(데칸 트랩) ③ 해수면 변화 ④ 기후 변화 ⑤ 복합 원인.

2

증거 정리 · 각 가설을 뒷받침하는 지질학적·고생물학적 증거를 표로 정리한다.

3

약점 분석 · 각 가설의 한계와 설명할 수 없는 현상을 찾는다.

4

모둠 토론 · "어떤 가설이 가장 설득력 있는가?" 토론하고 다수설(현재는 운석+화산 복합)에 도달.

5

심화 · 만약 운석이 충돌하지 않았다면 공룡은 지금도 살아 있을까? 인류는 등장했을까?

WRAP UP

이 단원에서 배운 것

46억 년의 지구 시간을 화석으로 읽고, 다섯 번의 대멸종이 만든 다섯 번의 리셋을 추적하며, 변화가 어떻게 다양성을 만드는지 살펴보았다. 6개의 핵심 개념으로 정리한다.

KEY 01 지질시대 4구분 — 화석 기준의 위계

지구의 46억 년은 선캄브리아대(40.6억 년·88.3%) → 고생대(2.89억 년·6.3%) → 중생대(1.86억 년·4.0%) → 신생대(6,600만 년·1.4%)로 나뉜다. 구분 기준은 지층의 화석 — 큰 변화가 있을 때 화석이 달라지고, 그 경계가 시대를 가른다. 위계는 누대(累代·Eon) > 대(代·Era) > 기(紀·Period) > 세(世·Epoch) 순으로 세분되며, 국제층서위원회(ICS)가 전 세계 합의로 표준 지질시대표(GTS)를 유지한다.

KEY 02 화석화 5단계 · 화석 3종류

화석은 죽음·매몰 → 퇴적 누적 → 광물 치환 → 지각변동 → 풍화·발견의 5단계 우연을 거쳐야 만들어진다. 살았던 생물의 단 0.01%만 화석으로 남는다. 종류는 ① 몸체 화석(뼈·껍데기), ② 흔적 화석(발자국·알·식분), ③ 화학 화석(생체 분자)으로 나뉜다.

KEY 03 표준 화석 vs 시상 화석 — "언제"와 "어디서"

표준 화석(Index Fossil)은 ① 분포 범위가 넓고 ② 생존 기간이 짧으며 ③ 개체 수가 많은 화석으로, 지층의 시기(언제)를 결정한다 (예: 삼엽충=고생대, 암모나이트·공룡=중생대, 화폐석·매머드=신생대).
시상 화석(Facies Fossil)은 특정 환경에서만 살았던 생물의 화석으로, 지층의 환경(어디서)을 알려 준다 (예: 산호=따뜻한 얕은 바다, 고사리=따뜻·습한 육지).

KEY 04 5대 대멸종 · 다섯 번의 리셋

① 오르도비스기 말(4.44억 년·86%, 빙하기) → ② 데본기 말(3.74억 년·75%, 무산소화) → ③ 페름기 말(2.52억 년·96% 사상 최악, 시베리아 트랩 화산) → ④ 트라이아스기 말(2.01억 년·80%, 중앙대서양 화산) → ⑤ 백악기 말(K-Pg)(6,600만 년·76%, 칙슐루브 운석, 공룡 절멸). 공통점은 모두 "급격한 환경 변화"가 원인.

KEY 05 변화가 다양성을 만든다 — 위기는 곧 기회

대멸종은 끝이 아니라 새로운 시작이기도 했다. 매번 살아남은 생물에서 새 다양성이 폭발적으로 등장했다. 페름기 말 멸종 → 공룡 등장, 백악기 말 멸종 → 포유류·인류 등장이 그 증거다. 진화의 역사는 "점진적 변화 + 급격한 격변"의 반복 — 안정된 환경에서 다양성이 늘고, 위기 때 정리·재편된다.

KEY 06 6번째 대멸종 · 인류세 — 과거를 배워 미래를 바꾼다

과거 5대 대멸종은 화산·운석 같은 자연 사건이 일으켰다. 그러나 여섯 번째 대멸종은 인류가 일으키고 있다. 현재 종 멸종 속도는 자연 멸종률의 100~1,000배, 1970년 이래 야생동물 68% 감소, 약 100만 종이 멸종 위협(IPBES 2019). 다른 점은 단 하나 — 원인을 우리가 알고, 멈출 수 있다는 것. 과거의 대멸종을 공부하는 것은 곧 우리 자신의 미래를 결정하는 일이다.