고생물학 이야기

동해안 일대에 분포하는 신생대 퇴적층 (2). 포항, 한반도 최대의 신생대 화석지

화석사랑 지질사랑 2024. 12. 8. 05:34

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 포항시는 우리나라 경상북도에 위치한 도시 중 하나입니다. 포항은 과메기, 물회, 포스코, 한동대학교등 여러 유명한 것이 많이 있습니다. 그런데 포항시는 화석을 연구하는 사람들에겐 화석이 많이 발견되는 지역 중 한 곳으로 유명하기도 합니다. 포항시는 우리나라에서 화석이 가장 많이 발견되는 지역중 하나이기 때문이지요. 포항시에서는 신생대 마이오세, 그러니까 대략 2천만 년 전에서 1천5백만 년 사이 시기에 만들어진 지층이 존재합니다. 이번 글에서는 포항시에 분포한 화석지와 그 화석지에서 발견된 여러 화석에 대해서 이야기해 보겠습니다.  

 

포항시에 분포한 두호층의 모습. 출처- 직접 촬영.

 

1. 일제강점기 때 처음 이루어진 연구

 포항시의 화석 연구는 일제강점기 당시 일본 학자들에 의해서 처음 이루어졌습니다. 1924년에 조선 지질조사소의 지질기사였던 타테이와 이와오 (立岩巖)라는 지질학자가 오늘날에는 포항시로 통합되어 사라진 연일군이라는 지역의 지질의 지질조사를 처음 실시하였습니다. 1924년에서 1929년에 걸쳐서 포항, 왜관, 대구, 영천, 경주등 오늘날 경상북도 지역의 지질을 조사하여서 지질도폭을 처음 그렸지요. 당시 타테이와는 포항분지의 지질을 크게 하부의 장기통과 상부의 연일통으로 처음 분류하였습니다. 또한 타테이와는 발견한 화석들을 토대로 장기통은 신생대 올리고세, 연일통은 마이오세에서 플라이오세 하부 시기에 만들어졌다고 주장하였습니다. 숫자로 보면 장기통은 대략 3천3백만 년 전에서 2천3백만 년 전, 연일통은 2천3백만 년 전에서 3백만 년 사이즈음에 형성되었다고 본 것입니다.

 타테이와가 처음 지질연구를 실시한 이후로 포항시의 지질은 해방된 이후 우리나라 지질학자들에 의해서 본격적으로 연구되었습니다. 우리나라 학자들에 의해서 포항시의 화석이 발견되는 지층의 분류는 학자마다 견해가 참 다양합니다.. 포항시에 분포한 신생대 퇴적층은 그 경계가 애매한 부분이 있거나 하는 등 지층을 구분 짓기 어려운 경우가 많다보니 여러 견해가 제기되어서 매우 복잡하지요. 따라서 여기에서 그 모든 것을 다 다루지는 않겠습니다. 여기에서는 독자분들이 특히 관심을 가질 화석이 발견되는 지층, 그중에서 두 지층을 소개해 보겠습니다.

 

2. 호수에서 만들어진 지층

  앞서 이야기하였듯 1924년에 일본 지질학자 타테이와는 포항의 퇴적분지를 크게 하부의 장기통과 상부의 연일통으로 나누었습니다. 그리고 장기통에 있는 셰일로 이루어진 지층을 동네의 이름인 금광동에서 따와서 금광동 셰일이라고 명명하였죠. 이 이름은 1975년에 우리나라 지질학자인 김봉균 교수님의 연구에서 금광동층이라고 이름이 변경되었습니다. 금광동층이라는 이름은 지금까지 사용하고 있지요.

 금광동층은 어떤 지층일까요? 이 지층은 주로 셰일이라고 하는 암석으로 만들어진 지층입니다. 정확히 말해서 금광동층은 이암과 사암, 역암과 셰일로 이루어진 지층인데 그중에서 셰일의 비중이 가장 높지요. 셰일은 간단히 말하자면 층을 이루고 있는 암석입니다. 이런 암석은 주로 호숫가에서 만들어집니다. 호숫가에서 물이 주기적으로 내리는 장마처럼 주기적으로 홍수가 일어나는 시기가 있을 때 호수가 범람하면서 진흙이 같이 쓸려서 쌓이게 되지요. 그리고 쌓인 진흙이 굳어지고 그 위에 다시 또 다른 홍수로 인해서 새로운 진흙이 또 쌓이고 이런 과정을 반복하면서 셰일이 만들어지게 되는 것입니다. 금광동층의 셰일은 박엽층상 셰일이라고 합니다. 이게 무슨 뜻이냐면 셰일의 두께가 매우 얇다는 것입니다. 몇몇 셰일 같은 경우는 매우 얇아서 손으로 가볍게 쪼개지기도 할 정도입니다 (실제 경험담입니다.).

 

금광동층의 셰일. 매우 뚜께가 얇다. 출처- 직접 촬영.

 

 셰일 외에도 이암, 그러니까 진흙이 쌓여서 만들어진 암석을 보면 규산이라는 성분이 발견되기도 합니다. 규산은 규조류와 같은 규산질 성분 껍질을 만드는 플랑크톤의 유해 혹은 규산이 많이 함유된 화산재에서 기원합니다. 즉, 금광동층의 암석에서 규산이 있다는 것은 크게 1) 규조류와 같은 규산질 성분의 껍질을 가진 플랑크톤이 대규모로 살았다거나 혹은 2) 규산 성분이 많이 함유된 화산의 분출이 있었다는 것을 뜻합니다. 하지만 금광동층에서 규산질 성분의 껍질을 만드는 플랑크톤의 화석이 발견된 사례가 없다는 점, 장기층군을 이루는 지층에서 전반적으로 화산활동의 흔적이 발견된다는 점을 토대로 이 성분들은 화산활동의 근거로 보인다고 합니다. 금광동층에서는 규산질 성분을 다만 금광동층 아래에 있는 눌대리응회암이나 금광동층 위에 있는 신정리층과 비교해 보면 화산분출의 흔적이 훨씬 적었기에 아마 금광동층이 만들어질 당시에는 화산 분출이 매우 약화된 것으로 보인다고 합니다.

 그렇다면 이 지층은 언제 만들어진 지층일까요? 아쉽게도 정확히 이 지층 자체를 연대를 측정할 수는 없습니다. 하지만 이 지층의 하부, 그러니까 아래에 있는 지층과 상부, 즉 위에 있는 지층을 통해서 이 지층의 생성 시기를 가늠해 볼 수 있습니다. 2010년에 부경대학교의 백인성 명예교수님과 공동연구진은 금광동층에 대한 연구에서 연대에 대한 이야기를 하였습니다.금광동층보다 더 위에 쌓여있는 현무암과 안산암으로 이루어진 층(이 지층에 대해서 어일 현무암이라는 이름을 붙이는 견해도 있습니다.)의 연대를 측정해 볼 때 대략 2천만 년 전에서 1천7백만 년 전 시기의 지층이라고 측정되었다고 합니다. 그렇다면 금광동층은 그보다는 좀 이전에 만들어진 지층이라는 결론이 나옵니다. 왜냐하면 먼저 금광동층이 만들어지고 그 위에 현무암과 안산암으로 이루어진 층이 만들어진건데 그 지층의 연대가 2천만 년 전에서 1천7백만 년 전으로 측정되었으니까요. 즉, 그보다는 이전이라고 볼 수 있습니다. 거기에 이 금광동층에서 발견된 화석과 다른 지역에서 발견된 화석을 비교해 볼 때 금광동층의 연대는 현재 학계에서 이 지층을 전기 마이오세, 그러니까 숫자로 표기하자면 대략 2천3백만 년 전에서1천5백만 년 사이에 만들어진 지층인 것으로 보고 있습니다.

 간단하게 정리해 보면 금광동층은 대략 2천3백만 년 전에서 1천5백만 년 전에 호숫가에서 가끔 화산활동이 있었던, 하지만 강렬한 화산활동까지는 아니었던 환경에서 만들어진 지층이라고 볼 수 있습니다.

 

(1). 금광동층의 화석 

 그렇다면 금광동층에서는 어떤 화석이 발견되었을까요? 금광동층에서는 여러 종류의 식물화석, 곤충화석, 그리고 쏘가리 종류에 속한 담수 어류의 화석이 발견되었습니다. 이 지층에서는 64종의 나뭇잎 화석이 발견되었습니다. 메타세퀘이아, 너도밤나무, 단풍나무등등 매우 다양한 종류의 화석이 발견되었지요. 이 식물화석들을 통해서 알아낸 것 중에 금광동층의 고기후가 있습니다. 그러니까 식물화석을 통해서 과거의 기후를 알아낸 것이죠. 금광동층에서 발견된 나뭇잎 화석의 종류는 일본에서 발견된 식물 종류와 비슷하다고 합니다. 1972년에 일본 아키타 대학교의 카즈오 후지오카(Kazuo Huzioka)명예 교수님은 금광동층의 식물화석과 그를 통해서 알아낸 당시의 기후에 대한 연구를 처음 발표하였습니다. 후지오카 교수님의 설명에 따르면, 금광동층의 식물은 일본의 토리사키가와층(Torisakagawa Formation)이라는 지층에서 발견된 식물과 종류가 유사하다고 합니다. 이 지층에서 발견된 식물 종류는 아니아이 유형(Aniai-type flora)이라고 하는데, 주로 한랭한, 그러니까 추운 기후에서 살아가는 식물 유형이라고 합니다. 즉, 금광동층은 추운 기후에서 만들어진 지층인 것이라고 볼 수 있습니다. 

 

금광동층에서 발견된 여러 나뭇잎 화석. 출처- 백인성 et al (2010).

 

금광동층에서 발견된 여러 나뭇잎 화석2. 출처- 백인성 et al (2010).

 

 그렇다면 금광동층에서 발견된 화석은 식물화석뿐일까요? 물론 아닙니다. 금광동층에서는 여러 곤충의 화석이 발견되기도 하였습니다. 사실 금광동층에서 곤충의 화석은 상당히 오래전부터 발견되었습니다. 1975년에 부산대학교의 전임강사였던 김극찬 강사님과 지질학과의 이원전교수는 금광동층에서 메뚜기의 한 종류인 긴수염철썩이라는 곤충을 학계에 보고하였습니다. 테티고살다 장기엔시스(Tettigosalda janggiensis)라고 명명된 이 곤충화석은 아쉽게도 현재 표본의 행방을 알 수 없다고 합니다. 1976년에 김극찬 강사님은 미오칼코포라 장기엔시스라는 곤충의 화석을 연구한 결과를 발표하였습니다. 강사님은 이 곤충을 딱정벌레의 한 종류인 비단벌레로 분류하였는데...생긴 모습은 비단벌레보다는 송장헤엄치개처럼 생겼습니다. 이 곤충에 대해서 재분류가 이루어져야 하지 않을까 합니다. 

 또한 김극찬 강사님은 금광동층에서 두 종의 지네의 화석을 보고하기도 하셨습니다. 오늘날에도 살고있는 거대한 지네인 왕지네속(Scolopendra)의 한 종류인 스콜로펜드라 장기엔시스(Scolopendra changgiensis)와 홍지네속(Otocryptops)의 한 종류인 오토크리프톱스 장기엔시스(Otocryptops changgiensis)의 화석을 보고하기도 하였습니다.

금광동층에서 발견된 긴수염철썩이의 화석. 출처- Kim and Lee (1975).
금광동층에서 발견된 미오칼코포라 장기엔시스의 화석. Kim (1976).

 

스콜로펜드라 장기엔시스의 화석. 출처- Kim

 

오토크리프톱스 장기엔시스의 화석. 출처- Kim

 

오늘날 왕지네의 화석. 출처- https://en.wikipedia.org/wiki/Scolopendra

 

 2010년에는 금광동층의 나뭇잎 화석에서 벌레가 갉아 먹은 흔적에 대한 연구가 발표되었습니다. 공주교육대학교의 손재천 교수님과 하와이 대학교, 목포대학교의 공동 연구진은 금광동층에서 발견된 나뭇잎 화석에서 나방의 유충이 갉아 먹은 흔적에 대해서 연구한 결과를 공개하였습니다. 연구에 따르면 이 흔적은 꼬마굴나방과(Nepticulidae)라는 나방의 유충이 갉아 먹은 것으로 보인다고 합니다. 이 나방은 스티그멜리테스(Stigmellites)라고하는 멸종한 나방의 한 종류로 보인다고 합니다. 화석기록을 보면 이 나방은 공룡시대 말기인 백악기 후기서부터 금광동층이 만들어진 시기보다 더 이후인 대략 3백만 년 전까지 살았던 것으로 보입니다.

 

금광동층의 나뭇잎에서 발견된 나방의 유충이 갉아 먹은 흔적. 출처- Sohn et al (2019).

 

 2021년에는 금광동층에서 발견된 딱정벌레 화석의 연구가 발견되었습니다. 이 글을 쓰고 있는 저의 첫 연구였습니다. 그에 대한 글을 여기에서 다루었습니다. 아마 이 명주딱정벌레는 금광동층에서 살아가는 나방의 유충을 잡아먹으며 살았을 것입니다. 오늘날 명주딱정벌레가 그러하듯이 말이죠.

 

3. 호숫가에서 바다로

 금광동층 외에 포항시에 분포하는 화석이 많이 발견되는 지층은 두호층이라고 합니다. 이 지층은 포항시에 분포하고 있지만 금광동층과는 많이 다른 지층입니다. 과연 두호층은 어떤 지층일까요?

 두호층은 금광동층과는 달리 바다에서 만들어진 지층입니다. 이는 두호층에서 수많은 종류의 바다생물의 화석이 발견되기 때문입니다. 1936년에 일본제국 지질조사국의 킨지 카네하라(金原 均二)라는 지질학자가 총 7종의 복족류와 부족류등 여러 해양 연체동물의 화석을 처음 학계에 보고한 것이 시작이었습니다. 이 연구에서 그는 신종 가리비를 발견하여 프로페아무시움 타테이와이(Propeamussium tateiwai)라는 이름을 붙이기도 하였습니다.

 두호층의 화석에 대한 본격적인 연구는 해방 이후에 이루어졌습니다. 이 지층에서는 크게 해양생물의 화석과 육상 식물, 그리고 동물의 화석이 발견되었습니다.

 이 두호층은 언제 만들어진 지층일까요? 두호층의 연대에 대한 여러 연구에서 이 지층이 금광동층보다 이후 시기인 마이오세 중기~후기를 지시합니다. 가령 예를 들자면 두호층에서 발견된 몇몇 플랑크톤의 화석을 통해서 지층의 연대를 측정해 보니 중기 마이오세 후반부 시기, 그러니까 대략 1천 5백만 년 전후 즈음에 형성된 것으로 보인다고 합니다.

 

두호층에서 발견된 방산충의 화석. 이 화석은 두호층의 연대가 마이오세 중기 시기에 형성된 지층임을 보인다. 출처- Bak et al (1996)

 

(1). 두호층의 수많은 바다생물 화석들

 두호층에서는 정말 많은 종류의 해양생물의 화석이 발견되고 학계에 보고되었습니다. 이매패류, 그러니까 조개, 복족류(소라), 거미불가사리등 정말 많은 화석이 발굴되고 연구되었습니다. 그중에는 오늘날 동해에서 살고있는 해양생물과 같은 종류인 것도 있지요!

 

두호층의 가리비 화석. 출처- Kim and Lee (2011)

 

 두호층에서는 또 고래와 상어의 화석이 발견되기도 하였습니다. 두호층에서 고래는 일제강점기 시절인 1926년에 모리라는 일본인 지질학자가 처음 보고한 화석이었습니다. 하지만 아쉽게도 이 고래 화석에 대해서 상세한 것은 알려지지 않았습니다. 그냥 '그런 화석이 발견되었다'라는것뿐입니다.

 보다 더 실질적인 고래화석 연구는 2000년대 들어서서 시작되었습니다. 2005년에 두호층에서 멸종된 돌고래의 한 종류인 켄트리오돈과(Kentriodontidae)의 화석이 보고되었습니다. 이 고래는 기존에도 뉴질랜드, 일본, 그리고 여러 유럽 국가와 북미에서 발견되었습니다. 비록 두호층에서 발견된 켄트리오돈과의 화석은 위턱 일부 조각뿐이지만 턱의 형태 및 치열의 구조가 켄트리오돈과의 것과 유사하기에 동정이 이루어졌죠.

 2012년에는 또 다른 고래의 주둥이화석이 발견되었습니다. 이 화석은 오늘날에도 살아있는 인도강돌고래과(Platanistidae)의 것으로 보인다고 합니다. 이 고래는 본래 대서양과 맞닿는 유럽 국가 및 북미와 남태평양인 인도나 방글라데시에서 화석이 발견되었습니다. 즉, 두호층의 인도강돌고래과의 화석은 북태평양에서 발견된 최초의 사례라고 볼 수 있는 것이죠. 이 돌고래의 화석은 기존에 발견된 다른 인도강돌고래의 화석과 주둥이의 형태에서 차이점이 있었으나 아쉽게도 화석이 일부만 발견되어서 정확한 종을 파악할 수는 없다고 합니다. 이 돌고래는 오늘날에도 담수나 담수와 해수가 연결되는 지점인 기수역에서 서식합니다. 이는 곧 두호층이 어쩌면 담수나 기수역과 연결되어 있었고 거기에 영향을 받았을 가능성이 있음을 시사하지요.

 

두호층의 인도강돌고래의 화석. 출처- Lee et al (2012)

 

 그렇다면 상어는 어떨까요? 두호층에서는 여러 종류의 상어가 발견되었습니다. 종류도 매우 다양하였죠. 악상어, 마귀상어, 신락상어, 돌묵상어등등...정말 다양한 종류의 상어가 살았습니다. 그중에는 제이슨 스타뎀 주연의 영화 '더 메그'에서 나왔던 거대한 상어 메갈로돈의 이빨도 있었습니다. 즉, 과거 우리나라에 그 거대한 상어가 살았던 거죠! 메갈로돈 외에 두호층에서는 육지에서 멀리 떨어진 바다에서 살아가는 상어, 연안에서 서식하는 상어, 깊은 바다에서 살아가는 상어 종류가 발견되었습니다. 이는 과거 2천만 년 전에서 1천5백만 년 전 한반도에는 매우 다양한 종류의 상어가 살았다는 것을 뜻합니다.

 

 

두호층의 상어 이빨 화석들. 출처- Malyshkina et al (2023)

 

 

두호층의 상어 이빨 화석들. G, H, I가 메갈로돈의 이빨이다. 출처- Malyshkina et al (2023)

 

 1985년에는 두호층에서 이 지층이 만들어질 당시의 기후를 알수 있는 단서가 되는 생물의 화석이 학계에 보고되었습니다. 바로 갯가재의 화석입니다. 갯가재는 이름과는 달리 게나 가재가 아니며, 새우조차도 아닙니다. 다만 생긴 모습이 비슷한 절지동물의 한 종류이죠.

 두호층에서 발견된 갯가재는 충남대학교의 명예교수님이신 윤혜수 교수님께서 학계에 보고하였습니다. 교수님의 연구에 의하면 두호층에서는 총 5종류의 갯가재가 살았던 것으로 보인다고 합니다. 각각 스퀼라(Squila sp.), 리스퀼라 바예(Leesquilla bajee), 리스퀼라 수니(L. sunii), 포스퀼라 네오니카(Pohsquilla neonica), 포스퀼라 시쏘덴티카(P. scissodentica)라고 이름 붙여진 이 갯가재들은 두호층이 아열대성 기후였음을 제시하는 근거가 된다고 합니다. 왜냐하면 이 동물은 주로 아열대성 기후에서 서식하고 있기 때문이죠. 거기에 더해서 윤혜수 교수님께서는 이 동물이 오늘날에는 주로 얕은 바다에서 산다는 점을 근거로 두호층이 얕은 바다에서 만들어진 지층이었을 가능성을 제시하셨습니다.

두호층에서 발견된 여러 갯가재의 화석. 출처- Yun (1985).

 

 '아 그렇다면 두호층은 얕은 바다에서 만들어진 지층이구나?'라고 하면 음...다른 결론을 내리는 연구 결과도 있습니다. 깊은 바다에서 살았던 생물의 화석도 같이 발견되기 때문입니다. 2021년에는 두호층에서 깊은 심해에서 살아가는 어류인 발광기관을 가진 어류가 화석으로 보고되었습니다. 앨퉁이목의 포시크티스과(Phosichthyidae) 이라는 분류군에 속하는 이 어류는 신체에 발광기관을 가지고 있습니다. 발광기관은 심해에서 살아가는 어류가 주로 먹이를 유인할 때 사용하는 기관이죠. 따라서 이 어류의 화석이 발견되었다는 것은 두호층이 깊은 심해에서 만들어진 지층일 가능성도 있다는 것을 뜻합니다. 두호층에서 무수히 발견되는 화석중 하나인 거미불가사리의 화석 또한 두호층이 깊은 심해에서 만들어진 지층일 가능성을 제시합니다. 오늘날 거미불가사리도 깊은 바다에서 살기 때문이죠.

 

발광기관을 가진 두호층의 앨퉁이목에 속하는 어류의 화석. 출처- Nam et al (2021)

 

두호층의 거미불가사리 화석. 이 생물도 깊은 바다에서 살기에 두호층이 깊은 바다였음을 암시한다. 출처- Ishida et al (2022)

 

 자 지금까지 두호층에서 발견된 해양생물의 화석에 대해서 간략히 소개하였습니다. 지금까지 소개한 종류 외에도 두호층에서는 정말 어마어마한 종류의 해양생물 화석이 발견되고 있습니다. 그중엔 연구자가 부족하여서 연구가 이루어지지 않고 있는 화석도 많습니다! 가령 예를 들어서 게화석 같은 경우, 두호층에서 정말 많이 발견되었으나, 아직 우리나라에서 게화석을 전문적으로 연구하는 학자가 없어서 연구가 이루어지지 못하고 있는 상황입니다.

 이 바다생물들의 화석을 통해서 과거 환경을 유추해 보자면 두호층은 깊은 심해 혹은 육지와 가까운 연안에서 만들어진 지층일 가능성이 있습니다. 두호층을 만든 이 바다에는 차가운 한류와 따뜻한 난류의 흐르면서 수온에 영향을 미쳤을 것입니다. 또한 동시에 용승현상이 일어났을 것으로 보입니다. 용승현상이란 깊은 바닷속의 차가운 바닷물이 바람이나 지구의 자전으로 인해 일어나는 작용으로 상승하여서 위에 있는 따뜻한 바닷물을 밀어내고 올라오는 현상입니다. 이 용승현상이 일어나는 곳에는 깊은 바다속의 영양염이 같이 상승하여서 (이런 영양염은 보통 심해 속의 부패한 생물의 사체가 분해되면서, 그리고 육지에서 바다로 흘러들어오면서 등등 여러 이유로 깊은 바다속에 쌓입니다.) 풍부한 어장을 형성하기도 합니다. 오늘날 상어 중에서 어린 악상어들은 이런 용승이 일어나는 곳에서 주로 먹이를 찾습니다. 두호층에서 발견된 상어 중에서 악상어과에 속하는 멸종한 상어 코스모폴리토두스 하스탈리스(Cosmopolitodus hastalis)의 어린 개체의 이빨 화석이 발견된 사례가 있는데, 이를 연구한 서울대학교의 연구진은 두호층에서 해양생물이 번성하는 용승현상이 일어나기도 하였을 것이라고 결론 내리기도 하였습니다.

 

(2). 두호층의 식물과 과거 기후, 그리고 곤충

 그렇다면 두호층에서는 바다생물의 화석만 발견되었을까요? 사실 두호층에서 발견된 첫 화석은 식물화석이었습니다. 앞서 소개한 지질학자 타테이와가 1924년에 지질조사를 하면서 식물화석을 처음 발견하였습니다. 두호층에서도 금광동층에서처럼 정말 많은 종류의 식물화석이 보고되었습니다. 그런데 두호층에서 발견된 식물을 보면 금광동층의 식물과는 차이가 좀 있습니다. 두호층의 식물상은 금광동층처럼 아니 아니 유형의 식물상, 그러니까 한랭한 기후에서 주로 서식하는 식물상이 아닙니다. 대신 다지마 유형 식물상(Dajima type flora)이라고 하는 따뜻한 온대에서 아열대 기후에서 서식하는 유형의 식물이 주로 발견됩니다. 이는 두호층의 기후가 앞서 소개한 금광동층의 하부와는 달리 상부처럼 따뜻한 기후였다는 것을 뜻합니다. 2010년에 발표된 연구에 따르면, 금광동층이 속한 장기층군의 상부 쪽에 있는 지층인 함탄층, 그러니까 석탄이 발견되는 지층에서 다지마 유형 식물상이 나타나기 시작하였다고 합니다. 즉, 금광동층의 시대 이후로 한반도의 기후가 점차 따뜻해졌다는 것을 식물화석이 증명합니다. 단 1993년과 2005년에 발표된 두호층에서 발견된 꽃가루 화석을 연구한 내용을 보면 기온이 내려간 시절도 있기도 했었던 것으로 보인다고 합니다. 낙엽활엽수 종류의 식물이 나타났기 떄문입니다. 이는 아마 동해가 발달해가는 과정에서 동해에 유입되는 해류가 바뀌면서 기온에도 영향을 미친것으로 보인다고 합니다.

 

 

두호층에서 발견된 자귀나무(Albizia miokalkora)의 열매 화석. 이 식물의 열매는 주로 난온대에서 아열대 기후에서 주로 발견된다. 이 화석이 두호층에서 발견된다는 것은 두호층이 만들어진 환경은 따뜻한 온대에서 아열대성 기후였음을 뜻한다. 출처- Kim (2010).

 

 2023년 5월에는 두호층의 화석 중에서 최초로 육상동물의 화석에 대한 연구가 발표되었습니다. 지금 티스토리에서 글을 쓰고 있는 저랑 프랑스 국립 자연사 박물관의 안드레 넬(Andre´ Nel)박사님과 제 지도교수님의 공동연구로 이루어져서 국제학술지(Palaeo world)에 게재되었습니다. 즉, 첫 연구가 이루어진 이래로 100년의 세월 동안 아무도 진행하지 않은 두호층의 육상동물 연구의 첫 삽을 푼 셈이죠 (참고로 이 연구가 출처에서는 2024년으로 기재되어 있는데, 논문이 온라인으로 공개 된것은 2023년이지만 종이저널로 발간된 건 2024년에 발간되었기 때문입니다.).

 제가 다른 분들과 같이 연구한 화석은 곤충, 정확히 말해서 조롱박먼지벌레(Scarites)라는 곤충의 화석입니다. 이 곤충은 지금도 우리나라에서 4종(꼬마조롱박먼지벌레-Scarites aterrimus-, 큰조롱박먼지벌레-Scarites sulcatus-, 긴조롱박먼지벌레 Scarites terricola-, 가는조롱박먼지벌레-Scarites acutidens-)이 살고 있습니다(이들 외에도 한국명으로 조롱박먼지벌레라고 불리는 곤충이 더 있기는 한데 한국명이 비슷하지 학명은 전혀 다릅니다. 즉, 다른 종류라는 것이죠.).

 다만 두호층에서 제가 연구한 조롱박먼지벌레는 현재 살고있는 조롱박먼지벌레와는 분명 다른 종으로 보입니다. 이걸 아주 상세하게 이야기하면 글이 너무 어려워짐으로 간략하게 이야기하자면, 오늘날 조롱박먼지벌레들의 특징이 두호층의 조롱박먼지벌레 화석에서는 관측되지 않거나 혹은 차이점이 나타났기 때문에 다른 종으로 결론을 내렸습니다. 두호층이 만들어진 시기의 조롱박먼지벌레의 화석기록은 그리 많지 않아서 비슷한 시기의 조롱박먼지들과 비교도 하기 쉽지 않으나, 중국에서 발견된 조롱박먼지벌레의 화석도 두호층에서 발견된 조롱박먼지벌레와는 형태가 달랐기에 같은 종류는 아니라고 결론을 내렸습니다. 그렇다면 정확히 어떤 종류냐...아쉽게도 이 곤충만의 특징이 보이지를 않아서 특정 종으로 분하지는 못하였습니다. 다만 분명 기존에 알려진 종류와는 다른 종류다...라는것까지는 분명한 것으로 보입니다.

 조롱박먼지벌레는 오늘날 강가나 해변가의 모래톱에서 서식하는 곤충입니다.따라서 두호층에서 이 곤충의 화석이 발견되었다는 것은 이 곤충이 살아있을 때 바다에 빠져서 묻혔다는 것을 뜻하죠.

 

두호층에서 발견된 조롱박먼지벌레의 화석. 출처- Lee et al (2023).

 

 자 정리를 해보겠습니다. 이번 글에서는 포항시에 분포하는 화석지, 그중에서 화석이 많이 발견되는 두 지층을 소개하였습니다. 전기 마이오세 시기의 지층인 금광동층, 그리고 중기 마이오세 시기에 만들어진 두호층이었죠. 두 지층은 성경이 매 다른 지층입니다. 금광동층은 호수환경에서 화산활동의 영향이 극히 일부 있는(그러나 강하지는 않은) 추운 기후에서 만들어진 지층이었습니다. 이 지층에서 여러 종류의 식물화석과 곤충화석이 발견되었죠. 그 반면에 더 나중에 만들어진 지층인 두호층에서는 바다생물의 화석이 풍부하게 발견되며 동시에 육지에서 떠내려온 식물과 곤충화석이 보고된 사례가 있었습니다. 두호층은 금광동층과는 달리 깊은 심해, 또는 연안에서 만들어졌고 따뜻한 온대에서 아열대 기후에서 만들어진 지층이라는 것을 해양생물과 식물화석이 증명하였죠.

 지금까지 이야기한 사례 외에도 두 지층에서 발견된 정말 많은 종류의 화석이 연구가 이루어질 날을 손꼽아 기다리고 있습니다. 앞으로 또 어떤 연구가 이루어질지 궁금하네요. 지금까지 이야기한 사례 외에도 포항시에는 학전층이나 이동층(두호층과 같은 지층으로 보는 견해도 있습니다.)등 화석이 발견되는 여러 지층이 있습니다. 또한 화석뿐 아니라 갈탄이라는 종류의 석탄이 발견되는 지층도 있지요! 이 지층들에 대한 이야기는 차차 하기로 하겠습니다. 다음 글에서는 우리나라의 천년 고도라고 하는 경주에서 발견된 화석에 대해서 간략히 이야기해 보겠습니다.

(계속)

 

연구 및 자료 출처-

 

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