시베리아 트랩

시베리아 트랩(러시아어: Сибирские траппы Sibirskiye trappy^[*])은 러시아 시베리아에 있는 거대 화성암 지대로 알려진 광범위한 화산암 지역이다. 엄청난 양의 현무암질 용암이 범람 현무암 분화로 시베리아의 넓은 지역을 덮었다. 트랩을 형성한 거대한 분출 사건은 지난 5억년 동안 알려진 가장 큰 화산 활동 중 하나이다. 이 분출은 약 2백만 년 동안 지속되었으며 약 2억 5190만 년 전에 발생한 페름기–트라이아스기 경계, 또는 P–T 경계를 걸쳐 일어났다. 시베리아 트랩은 지질 기록상 가장 심각한 멸종 사건인 페름기-트라이아스기 대멸종의 주요 원인으로 여겨진다.^{[1][2][3][4][5]} 이후 시베리아 트랩 활동 기간은 스미시안절-스파티안절, 올레네키안절-아니시안절, 중-후기 아나시안절, 아나시안-라디니안절 멸종 사건을 포함한 더 작은 생물학적 위기와 연결되었다.^[6] 오늘날 이 지역은 약 7백만 제곱킬로미터 (2.7×10^⁶ mi²)의 현무암으로 덮여 있으며, 그 부피는 약 4백만 세제곱킬로미터 (1.4×10¹⁷ cu ft)에 달한다.^[7]

용암, 응회암, 응회석(Tuffite)이 퇴적된 시베리아 트랩의 범위 (지도: 독일어)

어원

"트랩"이라는 용어는 1785년~1795년부터 이러한 암석 지형에 대해 지질학에서 사용되었다. 이는 스웨덴어로 계단을 뜻하는 "trappa"에서 유래했으며, 이 지역의 경관을 형성하는 계단식 언덕을 지칭한다.^[8]

형성

세계유산인 푸토라나고원의 계단식 지형학

시베리아 트랩 현무암의 기원은 맨틀 플룸으로 설명되는데, 이 플룸은 상승하여 지구의 지각 바닥에 도달한 후 시베리아 대륙을 통해 화산 분출을 일으켰다.^[9] 암석권 판이 맨틀 플룸(즉, 아이슬란드 열점) 위로 이동하면서 이 플룸이 이전에 동쪽의 빌류이 트랩을, 페름기와 트라이아스기에는 시베리아 트랩을 형성했고, 쥐라기와 백악기에는 북극해 바닥에서 화산 활동을 일으킨 다음 아이슬란드에서 화산 활동을 생성했다는 주장이 제기되었다.^[10][11] 다른 판 구조적 원인도 제시되었다.^[9] 또 다른 가능한 원인은 남극의 윌크스랜드 분화구를 형성한 충돌사건일 수 있는데, 이 충돌은 멸종과 거의 같은 시기에 발생했으며 트랩과는 거의 대척점에 위치했던 것으로 추정된다.^[12]

이 지층의 주된 암석은 현무암이지만, 고철질 및 규장질 암석도 모두 존재하므로 이 지층은 공식적으로 범람 현무암 지대로 불린다. 고철질 및 규장질 암석의 포함은 현무암층의 대부분을 형성한 백만 년에 걸친 분출과 동시에 발생한 여러 다른 분출이 있었음을 나타낸다. 트랩은 화학적, 층서학, 암석학적 조성에 따라 여러 구획으로 나뉜다.^[7]

시베리아 트랩 아래에는 거대한 퇴적 분지인 퉁구스 시네클리제가 있는데, 이 분지는 두꺼운 초기-중기 고생대 탄산염암 및 증발암 퇴적층과 석탄기-페름기 시대의 석탄 함유 쇄설암으로 이루어져 있다. 화성암 관입과 같이 가열되면 이러한 암석들은 많은 양의 독성 및 온실 기체를 방출할 수 있다.^[13]

선사 시대 생명체에 미친 영향

시베리아 트랩의 규모를 다른 대규모 화성암 지대와 비교한 그래프

푸토라나고원은 시베리아 트랩으로 구성되어 있다.

주요 미해결 문제 중 하나는 시베리아 트랩이 2억 5천만 년 전에 발생한 페름기-트라이아스기 대멸종 사건의 직접적인 원인이었는지, 또는 그것 자체가 소행성 충돌과 같은 다른 더 큰 사건 때문에 발생했는지 여부이다.^[14] 한 가설은 화산 활동이 메타노사르시나라는 미생물의 성장을 촉발시켰고, 이 미생물이 지구 대기로 많은 양의 메테인을 방출하여^[15] 해양 환경에서 무기 탄소 저장고의 현저한 증가와 같은 관찰을 기반으로 궁극적으로 지구의 탄소 순환을 변화시켰다는 것이다.^[15] 최근 연구는 선행하는 석탄기 동안 식물 퇴적물이 탄소 순환 교란의 심각성에 미친 영향을 강조했다. 예를 들어, 용암 흐름이 상당한 양의 석탄과 식물을 태웠다는 증거가 있으며, 이는 대기 중으로 많은 양의 탄소를 방출했을 것이다.^[16]

대량 멸종으로 불리는 이 멸종 사건은 지구상의 모든 생명체에 영향을 미쳤으며, 당시 살았던 모든 해양 종의 약 81%와 육상 척추동물 종의 70%가 멸종에 이르렀을 것으로 추정된다.^[17][18][19] 지구에 영향을 미친 재앙적인 사건 중 일부는 초기 멸종이 발생한 지 5백만~6백만 년 후에도 계속 반복되었다.^[20] 시간이 지나면서 멸종에서 살아남은 극히 일부 생명체는 번성하고 확장될 수 있었으며, 낮은 영양 단계(생산자)부터 시작하여 더 높은 영양 단계(소비자)가 재확립될 때까지 이어졌다.^[20] δ¹⁸O 측정에 따른 해수 온도 계산은 멸종이 최고조에 달했을 때 지구가 치명적으로 뜨거운 지구 온난화를 겪었으며, 적도 해양 온도가 40 °C (104 °F)를 초과했음을 나타낸다.^[21] 다양한 생태계가 재확립되는 데는 약 8백만~9백만 년이 걸렸지만, 멸종 이후 이전에는 존재하지 않았던 새로운 동물 분류군이 형성되었다.^[20]

고생물학적 증거는 네발동물의 전 지구적 분포가 약 남위 40°에서 북위 30° 사이에서 사라졌으며, 오늘날 유타주인 판게아 지역에만 매우 드물게 예외가 있었음을 추가로 보여준다. 적도 판게아의 이 네발동물 공백은 이탄 습지의 손실을 나타내는 페름기 말부터 중기 트라이아스기까지의 전 지구적 "석탄 공백"과 일치한다. 높은 식물 생산성의 산물인 이탄 형성은 트라이아스기 아니시안 단계에서만 재확립되었고, 그마저도 고위 남반구에서만 나타났으며, 비록 겉씨식물 숲은 더 일찍(초기 스파티안에) 나타났지만 이 역시 북반구와 남반구의 고위도에서만 나타났다.^[22] 적도 판게아에서는 구과식물이 우세한 숲이 스파티안 말까지는 형성되지 않았고, 이 위도에서의 첫 석탄은 페름기 말 소멸 후 약 1,500만 년이 지난 카르니안에 이르러서야 나타났다. 이러한 신호는 적도 온도가 적어도 두 번의 최고 온도 시기에 많은 해양 척추동물의 열 내성 한계를 초과했으며, 육상 적도 온도는 초기 트라이아스기 대부분 동안 식물 및 동물의 풍부도를 억제할 만큼 충분히 심각했음을 시사한다.^[23]

연대 측정

푸토라나고원 화성암의 주상절리

시베리아 트랩에서 발생한 화산 활동은 지구의 지각에서 엄청난 양의 마그마가 분출되도록 이끌었으며, 이는 오늘날에도 조사될 수 있는 대량 멸종과 같은 시기의 영구적인 암석 흔적을 남겼다.^[24] 특히 일부 화산암에서 지르콘이 발견된다. 지르콘 연대 측정의 정확도를 높이기 위해 다양한 연대의 지르콘 조각이 결정화된 시기를 기반으로 연대기에 정리되었다.^[24] 그 후 CA-TIMS 기법(시간이 지남에 따라 지르콘에서 납이 고갈되어 발생하는 정확도 변동을 제거하는 화학적 마모 연대 측정 기법)^[25]이 시베리아 트랩에서 발견된 지르콘의 연대를 정확하게 결정하는 데 사용되었다. 납으로 인한 변동성을 제거해 CA-TIMS 연대 측정 기법은 지르콘 내의 우라늄을 시베리아 트랩의 화산 활동이 대량의 마그마 물질을 유발한 것과 페름기-트라이아스기 대멸종 사이의 연결 고리로 집중할 수 있도록 했다.^[24]

페름기-트라이아스기 멸종 사건과의 연관성을 더욱 강화하기 위해, 해수면 변화, 운석 충돌, 화산 활동과 같은 다른 재앙적인 사건들이 같은 시기에 발생했다.^[19] 특히 화산 활동에 초점을 맞춰 시베리아 트랩 및 다른 남부 지역의 암석 샘플을 얻어 비교했다.^[26] 시베리아 트랩과 인접한 여러 남부 지역의 현무암 및 반려암 샘플은 아르곤-아르곤 방법으로 연대가 측정되었다.^[26] 장석과 흑운모는 시베리아 트랩의 화산 활동으로 인한 마그마의 존재 기간과 샘플의 연대를 집중적으로 연구하는 데 사용되었다.^[26] 대부분의 현무암 및 반려암 샘플은 2억 5천만 년 전으로 측정되었으며, 시베리아 트랩에서 5,000,000 제곱킬로미터 (500,000,000 ha)의 표면적을 덮었고^[26], 암석의 빠른 고화 및 냉각과 함께 짧은 기간 내에 발생했다.^[27] 연구에 따르면 페름기-트라이아스기 사건과 같은 시기의 다른 남부 지역의 반려암 및 현무암 샘플도 시베리아 트랩 내 샘플의 연대와 일치했다. 이는 시베리아 트랩 내 화산암의 연대와 다른 남부 지역의 암석 샘플이 페름기-트라이아스기 대멸종 사건과 연관되어 있다는 가정을 확인시켜 준다.^[27]

광물 매장량

시베리아 트랩 현무암(어두운 부분)에 자연 철이 포함된 샘플 (푸토라나고원, 시베리아, 러시아에서 채취)

거대한 노릴스크-탈나흐 니켈-구리-팔라듐 광상은 시베리아 트랩의 가장 완전한 가운데 부분인 마그마 통로 내에서 형성되었다.^[28] 이는 멸종 이후 퇴적된 암석층에서 발견된 다량의 니켈과 기타 원소들을 바탕으로 페름기-트라이아스기 대멸종과 연관되었다.^[19][29] 멸종 사건과 시베리아 트랩에 몰려 있는 과도한 니켈 양을 연관시키는 데 사용된 방법은 트랩 내 마그마 활동의 시간표와 멸종 자체의 시간표를 비교하는 것이다.^[30] 마그마 활동과 멸종 사건 사이의 연관성이 발견되기 전에는 암석 구성의 연관성 때문에 대량 멸종과 화산 활동이 동시에 발생했다고 가설을 세웠다.^[24]

같이 보기

• 범람 현무암 지대 목록