통합과학 고1 변화와 다양성

지질 시대와 생물 진화

지질 시대의 구분과 각 시대의 환경 및 생물 진화를 화석 증거와 함께 이해한다.

지구의 긴 역사를 화석의 큰 변화를 기준으로 선캄브리아 시대·고생대·중생대·신생대로 나눈 것으로, 각 시대의 환경과 생물의 변화를 지층과 화석에서 읽어 냅니다.

지층은 아래에서 위로 순서대로 쌓인 책이고, 화석은 그 책에 찍힌 페이지 번호입니다. 우리는 그 번호를 읽어 '이 지층이 언제 쌓였는지'와 '그때 여기가 어떤 곳이었는지'를 알아냅니다.

쉽게 말하면

지층과 화석에서 배운 지층 누중의 법칙 — 아래가 먼저, 위가 나중 — 만으로는 순서만 알 수 있습니다. 서로 떨어진 두 지역의 지층을 비교하려면 다른 도구가 필요한데, 그것이 화석입니다. 같은 종류의 화석이 나오면 그 지층은 같은 시기에 쌓인 것으로 봅니다.

화석은 두 가지 정보를 줍니다. 표준 화석은 '언제'를 알려 줍니다 — 짧은 기간만 살았고 넓은 지역에 퍼져 있던 생물이라야 시기를 콕 집어 줄 수 있습니다. 시상 화석은 '어디서', 즉 어떤 환경이었는지를 알려 줍니다 — 특정 환경에서만 살고 오랜 기간 살아남은 생물이라야 환경을 말해 줍니다. 조건이 정반대라는 점이 중요합니다. 고생대의 삼엽충, 중생대의 암모나이트와 공룡은 표준 화석이고, 산호(따뜻하고 얕은 바다)와 고사리(따뜻하고 습한 육지)는 시상 화석입니다.

지질 시대의 경계는 화석이 크게 달라지는 지점, 즉 대멸종이 일어난 지점에 그어집니다. 고생대 말에는 생물 대부분이 사라지는 가장 큰 규모의 멸종이 있었고, 중생대 말에는 공룡이 사라졌습니다. 멸종은 끝이기도 하지만 시작이기도 합니다 — 비어 버린 자리를 다른 생물들이 채우면서 새로운 시대가 열립니다.

순서가 아니라 절대적인 나이를 알고 싶다면 방사성 동위 원소를 씁니다. 방사성 원소는 일정한 반감기마다 그 양이 절반으로 줄고, 이 속도는 온도나 압력에 영향을 받지 않습니다. 남아 있는 양을 재면 몇 번의 반감기가 지났는지를 알 수 있고, 그것이 곧 나이입니다. 지구 시스템의 각 권이 오랜 시간 서로 주고받은 결과가 이 지층에 기록되어 있는 셈입니다.

이렇게 나타납니다

예시 1

산 꼭대기에서 나온 조개 화석

그 산이 옛날에 바다였다는 뜻입니다. 조개가 산으로 올라간 것이 아니라, 바다 밑에 쌓인 지층이 지각 변동으로 솟아오른 것입니다. 화석은 생물만이 아니라 그곳의 과거 환경까지 증언합니다.
예시 2

떨어진 두 지역의 지층을 잇기

A 지역과 B 지역의 지층은 서로 이어져 있지 않지만, 두 곳의 어느 층에서 똑같은 삼엽충 화석이 나온다면 그 두 층은 같은 시기에 쌓인 것으로 봅니다. 표준 화석이 시대의 이름표 역할을 하는 것입니다.
예시 3

반감기로 나이를 읽기

어떤 암석에서 방사성 원소가 처음 양의 $\frac{1}{4}$ 만 남아 있다면 반감기가 두 번 지난 것입니다( $\frac{1}{2} \times \frac{1}{2}$ ). 반감기가 얼마인지 알면 이 암석의 나이를 햇수로 말할 수 있습니다.

표준 화석과 시상 화석

구분	표준 화석	시상 화석
알려 주는 것	지층이 쌓인 시대 (언제)	당시의 환경 (어떤 곳)
생존 기간	짧아야 좋다	길어야 좋다
분포 범위	넓어야 좋다	좁아야(특정 환경) 좋다
예	삼엽충, 암모나이트, 화폐석	산호, 고사리

자주 하는 오해

지질 시대를 시간 길이가 비슷하게 나눈 것으로 생각하기

이렇게 생각하기 쉬움네 시대로 나눴으니 각각 지구 역사의 4분의 1쯤씩 차지할 것이다

실제로는선캄브리아 시대가 지구 역사의 대부분을 차지합니다. 나머지 세 시대는 마지막 짧은 구간에 몰려 있습니다.

지질 시대의 경계는 시계로 나눈 것이 아니라 화석이 크게 달라지는 지점에 그은 것입니다. 선캄브리아 시대의 생물은 단단한 부분이 거의 없어 화석이 드물게 남았고, 그래서 그 긴 시간을 잘게 나눌 근거가 부족합니다. 시대의 개수는 '시간의 길이'가 아니라 '남은 기록의 양'을 반영합니다.

표준 화석과 시상 화석의 조건을 반대로 외우기

이렇게 생각하기 쉬움오래 살아남고 널리 퍼진 생물일수록 좋은 표준 화석이다

실제로는표준 화석은 짧은 기간 + 넓은 분포, 시상 화석은 특정 환경 + 긴 생존 기간이라야 쓸모가 있습니다.

조건을 외울 필요 없이 '무엇에 쓰는가'로 생각하면 됩니다. 시대를 좁히려면 그 생물이 짧은 기간만 살았어야 하고(오래 살았다면 시기를 좁힐 수 없습니다), 여러 지역을 잇으려면 넓게 퍼져 있어야 합니다. 환경을 알아내려면 반대로 특정 환경에서만 살았어야 하고, 그 환경에 오래 머물렀어야 유용합니다.