1억6천만년 동안 지구를 지배해오던 공룡이 6천5백만년 전 갑자기 지구에서 사라졌다. 왜 공룡들이 갑자기 사라졌을까. 이러한 미스터리는 1820년대 공룡화석이 처음 발견된 후 1백70여년 지났지만 여전히 풀리지 않고 있다. 그동안 공룡멸종의 원인을 밝혀보려는 노력은 수없이 많았다. 하지만 1년이면 3-4개씩 튀어나오는 멸종이론들 중 어느 것도 공룡이 왜 지구 상에서 자취를 감췄는지 명쾌하게 설명하지 못했다.

그런데 최근 국내학자가 그 미스터리를 풀 새로운 공룡멸종설을 발표해 화제가 되고 있다. 
화제의 이론은 경희대 김상준교수가 발표한 ‘대기권 재진입 충격이론’이다. 운석이 지구와 충돌하면 그 파편이 대기권 밖으로 튕겨 나갔다가 다시 떨어지는데, 이때의 충격으로 지구 대기는 평균 2천℃의 고열이 발생한다고 한다. 이것이 공룡을 타 죽게 했을 것이라는 것이 이론의 요지다.
김상준교수가 제기한 공룡멸종설이 어떤 의미를 가지고 있는지를 알아보기 위해 먼저 지금까지의 이론과 그 맹점을 살펴볼 필요가 있다. 

비교적 학계에서 의견이 모아지고 있는 공룡멸종설은 ‘핵겨울설’이다. 핵겨울설은 운석 충돌로 발생한 먼지가 지구 대기를 덮는 바람에 햇빛이 차단됨으로써 지구에 빙하기가 왔다는 이론이다. 공룡이 멸종됐던 백악기 말과 신생대 제3기 사이에 바다에 녹아있던 탄산칼슘의 용해정도가 갑자기 증가했는데, 이는 당시 지구 전체에 빙하기가 왔다는 증거다. 또 호주가 남극대륙으로부터 분리된 것 역시 지구가 갑자기 추워진 결과로 제시되기도 한다.

1994년 미항공우주국(NASA)은 운석 충돌로 발생한 엄청난 황산구름이 지구를 뒤덮어 동물을 전멸시켰다는 새로운 이론을 이례적으로 공식 발표했다. 공룡이 멸종됐을 당시 운석 충돌로 생겨났을 것으로 추정되는 멕시코 유카탄반도의 분화구에서 엄청난 황산이 발견됨에 따라 유추된 이론이다. 이 이론 역시 운석 충돌로 공룡이 멸종했을 것이라는 점에서 다른 바는 없다.

만약 핵겨울설이 사실이라면 다음과 같은 공룡 멸종 시나리오를 꾸며볼 수 있다. 운석이 충돌하면 국부적으로 엄청난 열이 발생한다. 이 때문에 수증기와 이산화탄소가 급증해 짧은 기간 동안 온실효과가 발생한다. 또 운석 충돌로 생긴 황산구름이 대류에 의해 지구 전체에 산성비를 뿌린다. 그리고 운석 충돌로 생긴 먼지가 지구 대기를 떠돌아 칠흑같은 어둠이 오면서 지구는 추워진다. 이 과정에서 공룡은 타 죽거나 먹이가 없어 죽거나 얼어 죽는다. 물론 핵겨울설은 공룡이 멸종한 결정적인 이유로 추위를 꼽는다.

그러나 명쾌한 듯 보이는 핵겨울설에는 결정적인 약점이 있다. 공룡이 멸종된 백악기 말 지층과 신생대 제3기 지층 사이(K/T경계지층)에서는 전세계적으로 보통의 지각보다 30배가 많은 이리듐(iridium)이 발견되고 있다. 이리듐은 운석이 충돌하거나 화산이 폭발한 지역에서 많이 발견되는 금속이다. 또 K/T경계지층에서는 코사이트(cosite, 고압석영)가 보이는데 이것 역시 운석 충돌의 결과로 보인다.

현재 이리듐과 코사이트는 공룡이 멸종될 당시의 환경을 증언해 주는 중요한 열쇠로 여겨지고 있다. 그런데 핵겨울설은 이리듐과 코사이트가 전세계적으로 발견되는 이유를 설명하지 못한다. 또 화산폭발로도 이리듐과 코사이트가 생길 수 있어 핵겨울설은 설득력을 잃는다. 
그래서 핵겨울설을 보완하기 위해 운석 충돌이 거대한 화산 폭발을 불러 일으켰다는 설도 제기됐다. 컴퓨터 시뮬레이션으로 만들어진 ‘정반대 화산현상이론’은 운석과 같은 충돌이 있으면 지구의 반대쪽에 엄청난 반사 충격파가 전달돼 화산 폭발이 일어난다는 것이다. 그러나 아직 학계의 반응은 전해지지 않고 있다.

김상준교수의 제기한 ‘대기권 재진입 충격이론’은 ‘정반대 화산현상이론’과 마찬가지로 핵겨울설이 안고 있는 문제를 푸는데서 출발한다. 김교수는 자신의 이론을 이렇게 설명했다.



40분 동안 지구는 2천℃의 오븐상태




 
중생대 백악기 말과 신생대 제3기 지층 사이에서 발견되고 불탄 흔적. 이 지층에서 많은 이리듐이 발견된다.
 

“6천5백만년 전 지구에는 지름이 10km에 달하는 운석이 초속 20km로 충돌했다. 이때의 충격으로 국지적으로 2만℃에 이르는 엄청난 열이 발생했다. 충격은 여기에 그치지 않았다. 충돌 후 생겨난 운석의 파편들이 대기권 밖으로 밀려났다가 초속 10km로 대기권과 2차 충돌을 일으킨다. 이때의 충격으로 지구 전체는 40여분 동안 한마디로 2천℃의 전자오븐 상태가 됐다. 공룡이 거의 익어버리는 순간이다.” 

김상준교수는 천문학계에서 목성(Jupiter) 전문가로 통한다. 그는 94년 7월 미항공우주국의 초청으로 애리조나주 스트워드천문대를 방문해 슈메이커-레비 혜성이 목성과 충돌하면서 일어난 여러가지 대기현상을 연구했다. 이 과정에서 그는 만약 ‘지구에 운석이나 혜성이 충돌한다면 어떻게 될까’하고 새로운 시뮬레이션을 시도했다. 이것이 오늘의 대기권 재진입 충격이론이 탄생하게 된 배경이다.

김교수의 이론은 우선 전세계적으로 K/T경계지층에서 이리듐이 발견되는 이유를 설명해준다. 2차로 진입한 운석의 파편이 균일하게 지구 전체로 퍼지기 때문이다. 또한 행성과 외부 천체의 충돌 자료에 근거한 모델이므로 매우 과학적이다.
그러나 몇가지 궁금점이 생긴다. 목성은 수소와 헬륨, 그리고 적은 양이지만 메탄, 암모니아,
수증기 등의 기체로 이뤄져 있다. 이에 비해 지구는 딱딱한 고체로 이뤄져 있다. 어떻게 혜성이 충돌한 목성과 운석이 충돌한 지구를 비교할 수 있을까. 하지만 김교수는 “초속 10km로 날아오는 천체가 충돌한다면 고체인 지구와 기체인 목성이 크게 다를 바가 없다”고 설명한다.

두번째 의문은 지구 대기의 온도가 2천℃에 이르렀다면, 지구의 환경과 생물은 어떻게 됐을까 하는 점이다. 높은 온도에서 급속하게 녹았다가 냉각되면 유리질 암석이 생긴다. K/T경계지층에서 발견되는 코사이트가 그 증거라고 할 수 있다. 그러나 그렇게 높은 온도라면 모든 생물이 죽어 오늘날에 살아남은 생물이 전혀 없을 것이라는 생각이 든다. 

이에 대해 김교수는 자신의 연구가 가진 의의를 설명해 준다. “지구 대기의 변화가 생물에 미치는 영향을 따지는 것은 천문학자가 해야 할 일은 아니다. 다만 순간적으로 대기가 데워졌기 때문에 많은 생물들이 멸종했을 것이라는 추측만은 가능하다. 대기권 재진입 충격이론은 당시 운석의 충돌이 어떤 변화를 가져올 것인지를 설명하는 이론이다. 결국 공룡이 멸종한 직접적 증거로 채택되려면 아직 대기학자, 지질학자, 생물학자들의 연구가 더 필요한 상태다.”

“김상준교수의 이론은 공룡이 멸종하기 전의 환경에 대해 과학적으로 설명해 주었다는 점에서 의의가 크다”고 충남대 천문학과 김용하교수는 덧붙인다. “이 이론에서 공룡 멸종에 관한 모든 궁금증을 풀려고 하는 것은 무리다.”
김용하교수의 조언처럼 ‘대기권 재진입 충격이론’이 왜 공룡이 멸종했는지에 대한 모든 것을 설명할 필요는 없다. 이 이론은 현재 공룡멸종의 미스터리를 풀 새로운 열쇠라는 점에서 학계의 관심이 모아진다고 할 수 있다. 

공룡 절멸에 관한 또 하나의 가설이 더해졌다. 이번에는 암이 그 원인이라는 주장이다. 미국의 천체물리학자인 남캐롤라이나 대학의 주안 콜라박사는 “우리은하의 일생을 다한 별이 폭발할 때 방출 하는 중성미자가 유행성 암을 촉발, 이로 인해 공룡 뿐만 아니라 여타의 대량 멸종이 발생했다”는 주장을 제기해 주목받고 있다.

대부분의 과학자들은 초신성 폭발에 의한 우주선(cosmic ray)이 대량 멸종을 일으켰다고 생각해왔다. 그러나 초신성은 매우 뜸하게 발생하기 때문에 다수의 의견을 설명해주는데 문제가 있었다. 이에 따라 콜라박사는 매우 많은 중성미자를 발생하는, 비교적 덜 격렬한 별의 폭발을 찾기 시작했다.

중성미자는 물질과 상호작용을 하지 않는 성질을 가지고 있다. 그러나 만일 땅을 뚫고 충분히 통과한다면 그중 몇은 생물체를 이루는 조직의 원자 핵과 충돌할 수 있다. 이 일이 일어나면 핵은 충돌로부터 되튀겨나온다. 콜라 박사는 이같은 반동이 DNA에 손상을 주며 암발생을 유발하는 돌연변이를 일으킨다고 주장한다.
그러나 이것이 얼마만큼 조직에 손상을 주고, 또 얼마나 자주 일어나는지에 대한 궁금증은 여전하다. 이에 대해 콜라 박사는 ‘조용한’ 별의 붕괴가 지구로부터 20광년 떨어진 곳에서 1억년마다 한번씩 발생한다고 계산해냈다. 그리고 각각의 초신성 폭발은 생물 조직 1kg당 1만9천번의 반동을 가져오며 각 반동은 10nm(10억분의 1m) 길이의 트랙을 가진 1천eV 이상의 에너지를 침전시킨다고 한다.

콜라박사는 이같은 반동이 가진 잠재적 파괴력을 일상적인 방사능 손상과 비교했다. 그 결과 그는 별의 붕괴가 1kg당 12개의 악성 세포를 발생시키며, 이것이 종양을 유발한다고 주장했다.
그는 이같이 다소 ‘엉뚱한’ 자신의 주장을 왕성하게 여러 학회지에 발표했는데, 다른 학자들의 반응은 매우 호의적이다. 집단 멸종에 관한 가장 유력한 제의자 중 한 사람인 시카코 대학의 데이빗 슈람 박사같은 이도 “이론적으로 보아 충분히 가능한 일”이라며 콜라 박사의 의견에 동의하고 있다.