동아시아의 지체구조도(한반도와 중화랜드,남중랜드)

 

 

고생대 곤드와나 대륙의 해체와 판게아 초대륙 형성

 

 

 

 

 

 

 

 

 

고생대 대륙의 해체와 초대륙의 형성

 

 

 

곤드와나 대륙 : 고생대(5억 4100만 년 전~2억 5200만 년 전)

 

판구조론의 관점에서 보면, 고생대(Paleozoic Era, 5억 4100만 년 전~2억 5200만 년 전)는 로디니아(Rodinia) 초대륙에서 갈라져 나온 여러 대륙이 또 다른 초대륙 판게아(Pangea)를 형성해 가는 시기라고 말할 수 있다. 고생대 초에는 커다란 대륙 곤드와나(Gondwana)와 세 개의 작은 대륙인 로렌시아(Laurentia), 시베리아(Siberia), 발티카(Baltica)가 남반구에 몰려 있었다. 고생대 곤드와나 대륙이 완성된 시점은 학자들에 따라 다르기는 하지만 신원생대 말에서 캄브리아기 초라는 의견이 지배적이다.

 

 

약 5억 년 전의 고지리도로 큰 대륙 곤드와나와 작은 대륙인 로렌시아, 시베리아, 발티카가 모여 있는 것을 볼 수 있다.

    

 

 

 

보통 곤드와나 대륙이라고 하면 남아메리카, 아프리카, 마다가스카르, 인도, 오스트레일리아, 남극대륙을 합친 대륙을 의미한다. 하지만 이는 좁은 의미의 곤드와나 대륙(또는 중생대 곤드와나 대륙)이며, 넓은 의미에서의 곤드와나 대륙(또는 고생대 곤드와나 대륙)은 여기에다가 현재의 남부 유럽, 중동지방, 티베트, 동남아시아, 그리고 우리나라와 중국을 포함한 동아시아를 합친 것이다. 그러므로 고생대 곤드와나 대륙은 그 규모가 무척 컸기 때문에 초대륙으로 분류할 수 있다.

 

고생대 곤드와나 대륙이 형성되기 위해서는 로디니아 초대륙이 분리된 이후 두 가지 중요한 변화가 일어나야 한다. 먼저 당시 로렌시아와 한 덩어리를 이루고 있었던 남아메리카와 아프리카 대륙(이를 묶어 서곤드와나 대륙이라고 함)이 로렌시아 대륙과 분리되어야 하며, 이렇게 떨어져 나온 서곤드와나 대륙이 동곤드와나 대륙(인도, 오스트레일리아, 남극대륙으로 이루어짐)과 합쳐져 하나의 대륙을 이루어야 한다는 점이다.

 

로렌시아와 발티카, 그리고 서곤드와나 대륙이 분리되기 시작한 때는 약 6억 년 전으로 로렌시아와 발티카 사이에 해양이 탄생했는데 이 바다를 이아페투스(Iapetus) 대양이라고 부른다. 이아페투스 바다가 넓었을 때는 폭이 5,000킬로미터에 이르렀던 것으로 알려져 있다. 서곤드와나와 동곤드와나가 충돌하여 초대륙 곤드와나를 이룬 시기는 신원생대 말에서 캄브리아기 초로 이 충돌에 의하여 일어났던 조산운동을 환아프리카(Pan-African) 조산운동이라고 부른다.

 

고생대에 독립적으로 존재했던 대륙들

 

고생대 기간 중, 어느 한때 독립된 땅덩어리로 존재했던 대륙이 많았다. 예를 들면, 로렌시아, 발티카, 시베리아, 곤드와나(좁은 의미의), 킴메리아, 아발로니아, 아르모리카, 중한랜드, 남중랜드 등이다. 앞에서 설명한 것처럼, 고생대 곤드와나 대륙은 좁은 의미의 곤드와나 대륙에 더하여 현재의 중남부 유럽, 중동지방, 동남아시아, 한반도를 포함한 동아시아를 아우르는 무척 큰 대륙이었다.

 

 

 

 

 

2001년에 제안한 5억 년 전 동아시아 고지리도

      

 

중한(Sino-Korean)랜드는 현재의 북중국과 한반도의 일부(북부지괴와 남부지괴)로 이루어진 작은 대륙이었고, 남중(South China)랜드는 남중국과 한반도의 중부지괴로 이루어진다. 시베리아(Siberia)는 우랄 산맥 동쪽에 있는 시베리아와 카자흐스탄 지역을 포함하고, 킴메리아(Cimmeria)는 터키, 중동지방, 티베트, 동남아시아 지역을 아우른다.

 

아발로니아(Avalonia)는 영국 남부(잉글랜드와 웨일스), 아일랜드 남부, 프랑스 북부, 캐나다 뉴펀드랜드 섬의 동부, 미국의 뉴잉글랜드를 포함한 대륙이었다. 발티카(Baltica) 대륙은 스칸디나비아 반도와 현재의 북유럽 대부분을 포함한다. 로렌시아(Laurentia) 대륙은 현재의 북아메리카 대륙 대부분과 아일랜드 북부, 스코틀랜드, 그리고 노르웨이의 일부로 이루어졌다.

 

전기 고생대의 대륙 분포를 보면, 곤드와나, 로렌시아, 발티카, 시베리아 등 4개의 대륙이 대부분 남반구에 몰려 있었다. 로렌시아와 시베리아는 적도 부근에 자리 잡았으며, 발티카는 남반구의 고위도 지방을 차지하고 있었다. 신원생대 눈덩이지구 빙하시대가 끝나고, 로디니아 초대륙이 갈라지면서 전 지구적으로 해수면이 상승하여 대륙의 가장자리를 따라 얕은 대륙붕 환경이 펼쳐졌다.

 

캄브리아기에 석회질 골격을 가지는 생물들이 번성하여 캄브리아기와 오르도비스기에 걸쳐서 저위도 지방의 대륙붕 지역에는 엄청난 두께의 석회암층이 형성되었다. 우리나라 강원도 남부에 넓게 분포하는 석회암도 이 시기에 생성되었다.

 

아발로니아 대륙과 아르모리카 대륙

 

오르도비스기 초엽, 곤드와나 대륙으로부터 떨어져 나온 아발로니아 대륙이 북쪽으로 이동하면서 그 사이에 새로운 바다 라익(Rheic) 대양이 탄생하였다. 한편, 남반구 고위도 지방에 있던 발티카 대륙이 북쪽으로의 긴 여행을 시작하여 실루리아기에는 적도 부근에 도달하였다. 이 무렵, 북쪽으로 이동하던 아발로니아 대륙과 발티카 대륙이 합쳐졌고, 이아페투스 대양의 양쪽, 즉, 로렌시아 대륙의 동쪽과 발티카/아발로니아 대륙의 서쪽에 각각 해구가 형성되면서 이아페투스 바다는 점점 좁혀졌다.

 

 

 

 

 

오르도비스기 초(4억 8000만 년 전 무렵)의 고지리도

      

 

실루리아기 말엽에 로렌시아 대륙과 발티카/아발로니아 대륙의 충돌로 이아페투스 대양이 사라지고, 이 바다에 쌓였던 퇴적층은 충돌에 의한 조산운동에 의하여 오늘날 히말라야 산맥에 버금가는 높은 산맥을 형성하였다. 이 조산운동을 유럽에서는 칼레도니아(Caledonian) 조산운동, 그리고 북아메리카에서는 아카디아(Acadian) 조산운동이라고 부른다. 이 조산운동으로 형성된 높은 산맥의 양쪽으로 엄청난 양의 퇴적물이 쓸려 내려가 다양한 하천환경에 쌓였다. 이 시기에 로렌시아, 발티카, 아발로니아 대륙의 충돌에 의하여 합쳐진 대륙을 유라메리카(Euramerica)라고 부른다.

 

아발로니아를 뒤따라 곤드와나 대륙으로부터 떨어져 나온 작고 기다란 대륙으로 아르모리카(Armorica)가 있다. 아르모리카는 프랑스 중부, 독일의 남부, 체코의 보헤미아 육괴(Bohemian massif) 등으로 이루어진다. 아발로니아 대륙과 아르모리카 대륙 사이에 있던 바다는 라익 대양, 그리고 아르모리카와 곤드와나 대륙 사이에 생겨난 바다를 몰다누비안(Moldanubian) 대양이라고 부른다. 라익 대양이 닫힌 시기는 데본기에서 석탄기에 걸치며, 이때 아르모리카와 유라메리카 대륙이 합쳐졌다.

 

요약하면, 오르도비스기에서 데본기에 이르는 기간에 서곤드와나에서는 아발로니아와 아르모리카 대륙들이 떨어져 나간 반면, 동곤드와나에서는 중한랜드와 남중랜드가 떨어져 나갔다. 중한랜드와 남중랜드에서 일어났던 사건은 아래에 자세히 기술하였다.

 

한반도는 어디에? : 중한랜드와 남중랜드

 

고생대 초에 한반도는 크게 두 부분으로 나뉘어 한 부분은 중한랜드, 나머지 한 부분은 남중랜드에 속했다. 이때, 중한랜드와 남중랜드는 모두 곤드와나 대륙의 가장자리에 있었고, 두 땅덩어리는 곤드와나 대륙의 중심부와는 내륙해를 사이에 두고 떨어져 있었다. 한반도의 북부지괴와 남부지괴는 중한랜드, 그리고 중부지괴는 남중랜드에 속했다. 전기 고생대 때, 중한랜드와 곤드와나 대륙의 중심부 사이에 있던 내륙해는 조선해(朝鮮海)로 명명되었으며,1) 이 조선해에 쌓인 퇴적물이 조선누층군이다. 조선누층군이 분포하는 강원도 남부 일대를 태백산분지라고 일컫는다.

 

 

 

 

 

동아시아의 지체구조도

   

 

중한랜드는 기다란 섬의 형태로 대륙 쪽으로는 내륙해인 조선해가 자리하고 있었고, 그 반대편에는 넓은 해양이 펼쳐져 있었지만 해구나 화산호로부터 멀리 떨어져 있었던 것으로 보인다. 약 5억 2000만 년 전, 전 지구적으로 일어났던 해수면 상승에 의하여 지형적으로 낮았던 곤드와나 대륙의 가장자리를 따라 바다가 들어왔고, 중한랜드와 오스트레일리아 대륙 사이에 조선해가 탄생하였다.

 

 

 

 

 

앞서 등장한 5억 년 전의 고지리도에서 사각형 부분을 확대한 모습

   

 

조선해에 처음에는 주로 모래와 진흙으로 이루어진 퇴적물이 쌓이다가 5억 1000만 년 전에 접어들면서 주로 탄산염퇴적물이 쌓이는 환경으로 바뀌었다. 그 후 5억 년 전에 쇄설성퇴적물과 탄산염퇴적물 혼합상으로 바뀐 다음, 캄브리아기 끝날 무렵(4억 8500만 년 전) 조선해는 전반적으로 얕고(수심 100미터 미만) 평탄한 탄산염대지 환경으로 바뀌었다. 이 탄산염대지 환경은 오르도비스기로 이어졌으며, 조선해에서의 퇴적작용은 중기 오르도비스기 말(4억 6000만 년 전)에 끝났다.

 

중기 오르도비스기 말, 조선해에서 전기 고생대 퇴적작용이 끝난 것은 중한랜드 주변의 판구조적 환경이 변했기 때문이다. 중기 오르도비스기에 중한랜드는 곤드와나 대륙의 가장자리에 조선해를 사이에 두고 오스트레일리아 대륙과 마주 보고 있었고, 남중랜드와는 젊은 바다인 히란(賀兰) 해분을 사이에 두고 떨어져 있었다. 후기 오르도비스기에 접어들어 히란 해분의 해령이 곤드와나 대륙 쪽으로 전진하면서 곤드와나 대륙의 가장자리가 솟아올랐고, 그 결과 조선해는 뭍으로 드러났다.

 

태백산분지에서는 문경지역을 제외하면 화산활동이 기록되지 않았는데, 이는 해령이 조선해 쪽으로 확장되지 않았음을 의미한다. 아마도 해령에 수직인 방향으로 변환단층이 생겨났고, 이 변환단층이 조선해를 가로지르면서 태백산분지에서의 퇴적작용도 끝났을 것으로 추정하였다.

 

 

 

 

 

4억 6000만 년 전의 고지리도

      

 

태백산분지에서 유일하게 기록된 화산암층인 문경지역 옥녀봉층의 후기 오르도비스기(4억 5200만 년 전~4억 4500만 년 전) 화산활동은 중한랜드가 곤드와나 대륙으로부터 떨어져 나간 시점이 오르도비스기 말이었음을 알려주는 중요한 증거로 채택되었다.2)

 

이 자료로부터 증한랜드가 곤드와나 대륙으로부터 떨어져 나간 시점은 대략 4억 4000만 년 전으로 추정되었다. 최근 중국에서의 연구에 의하면 남중랜드가 곤드와나 대륙을 떠난 때는 약 3억 8000만 년 전이라고 한다. 그러므로 남중랜드는 중한랜드보다 약 6000만 년 후에 곤드와나 대륙을 떠난 셈이다.

 

중한랜드의 고생대층에서 가장 눈에 띄는 지질현상의 하나는 하부 고생대층과 상부 고생대층을 나누는 ‘중기 고생대 대결층’이 있다는 점이다. 중기 고생대 대결층의 기간은 4억 6000만 년 전에서 3억 2000만 년 전 사이로 약 1억 4000만 년이다. 이 기간에 중한랜드에서 침식작용이나 퇴적작용이 거의 일어나지 않았던 것으로 보인다. 그러한 일이 과연 어떻게 일어날 수 있었을까? 이 무렵 중한랜드는 두께 약 1.5킬로미터의 탄산염암으로 덮여있는 작은 대륙으로 마치 바다 위를 뗏목처럼 떠돌고 있는 모습이다.

 

 

 

 

  

3억 9000만 년 전의 고지리도

 

 

 

건조한 아열대 지역에 위치했었다면 풍화작용이나 침식작용은 무척 느렸을 것이다. 그러면 풍화산물의 양이 적어 퇴적작용은 거의 일어나지 않았을 것이고, 그 결과 하부 고생대층과 상부 고생대층 사이에는 마치 아무런 일도 없었던 것처럼 보일 수도 있으리라 생각된다.

 

판게아 초대륙의 형성

 

석탄기에 이르렀을 때, 곤드와나 대륙이 시계방향으로 회전하여 북쪽으로 이동하면서 유라메리카 대륙과 충돌하여 높은 산맥을 형성하였다. 유럽에서는 이 시기의 조산운동을 바리스칸(Variscan) 또는 허시니안(Hercynian) 조산운동이라고 부르며, 북아메리카에서는 애팔래치아(Appalachian) 또는 앨러게니(Alleghenian) 조산운동이라고 부른다. 이 충돌의 결과, 판게아(Pangea) 초대륙이 완성되었다. 북반구에는 로라시아(Laurasia) 대륙, 그리고 남반구에는 곤드와나 대륙이 남북방향으로 길게 배열되었고, 그 영향으로 위도에 따른 기후의 차이가 뚜렷했다.

 

 

 

 

 

  

3억 2000만 년 전의 고지리도

 

  

따뜻하고 습한 적도지방에는 울창한 수풀이 우거져 북아메리카와 유럽 일대에 두꺼운 석탄층을 남겼으며, 당시 남반구에 위치했던 곤드와나 대륙의 고위도 지방에는 후기 석탄기-전기 페름기의 빙하퇴적층이 쌓였다. 석탄-페름기에는 중한랜드와 남중랜드를 제외한 지구상의 거의 모든 대륙이 모여 판게아(Pangea) 초대륙을 형성하였고, 그 주위를 판탈라사(Panthalassa) 대양이 감싸는 모습을 보여주고 있다. 남북으로 배열된 판게아 대륙의 중위도 지역에는 건조한 사막환경이 넓게 펼쳐져 있었다.

 

후기 고생대의 한반도

 

지구상의 모든 대륙이 모여 판게아를 이루고 있었을 때, 중한랜드와 남중랜드는 홀로 떠돌던 대륙이었다. 홀로 떠돌던 중한랜드에서 퇴적작용이 다시 시작된 때는 약 3억 2000만 년 전이다. 중한랜드의 상부 고생대층은 얕은 바다와 육성 충적평야에서 쌓인 두꺼운 쇄설성 퇴적층으로 이루어진다. 주요 구성암석은 역암, 사암, 셰일, 석탄, 석회암 등이다. 석탄기 중엽, 북쪽에 있던 고아시아 해양판이 중한랜드 밑으로 섭입하기 시작하면서 중한랜드 북부에 안데스-형 화산호가 탄생하였고, 중국에서 이 화산호는 내몽골 융기대라고 불린다.(상단의 3억 2000만 년 전의 고지리도 그림 참조)

 

내몽골 융기대가 높아지면서 그 무게 때문에 중한랜드는 전체적으로 가라앉았고, 그 결과 중한랜드 남부에 퇴적분지가 만들어졌다. 내몽골 융기대는 높은 산악지대로 그곳에서 만들어진 침식물이 남쪽으로 쏟아져 내려 낮은 지역에 평안누층군(平安累層群)을 쌓았다. 이 퇴적층이 쌓였던 얕은 바다를 평안해(平安海)로 명명하였으며,3) 평안해는 후기 고생대 고테티스 해양의 한 부분이었다.

 

평안누층군의 퇴적작용은 페름기 말에 끝났는데, 그 원인은 약 2억 5000만 년 전에 시작된 중한랜드와 남중랜드의 충돌 때문이었다. 한반도에서는 이 충돌에 의하여 일어난 조산운동을 송림조산운동(중국에서는 Indosinian조산운동)이라고 부른다. 그러므로 한반도 땅덩어리의 골격, 나아가서 동아시아의 골격이 완성된 것은 2억 5000만 년 전 무렵이라고 말할 수 있다.

 

[네이버 지식백과] 고생대 대륙의 해체와 초대륙의 형성 - 고생대 곤드와나 대륙의 해체와 판게아 초대륙 형성 (지구의 일생)

 

 

 

저자최덕근| 지질학자, 서울대학교 지구환경과학부 명예교수지질학자, 그중 삼엽충 화석을 연구하는 고생물학자다. 서울대학교 지질학과에서 공부했으며, 펜실베이니아 주립대학교에서 박사학위를 받았다. 1986년부터 서울대학교 지구환경과학부 교수로, 2014년 퇴임 후 현재 명예교수로 한반도 형성과정에 관한 연구를 계속하고 있다. 2005년 서울대학교 교육상, 2013년 운암 지질학상, 2015년 한국과학기술도서상 저술상을 수상했다. 《10억 년 전으로의 시간 여행》, 《내가 사랑한 지구》, 《한반도 형성사》 등을 저술했다.

 

‘파워라이터 ON 시즌 2’는 설혜심, 주경철, 최덕근, 진중권, 류동민, 오찬호, 이욱연, 김호 등 학계에서 인정받는 학자이자 유명한 분야 전문가 8인의 지식 콘텐츠를 간편하게 만나볼 수 있는 연재 프로그램입니다.

 

 

 

 

 

2억 5000만 년 전의 고지리도

 

[네이버 지식백과] 고생대 대륙의 해체와 초대륙의 형성 - 고생대 곤드와나 대륙의 해체와 판게아 초대륙 형성 (지구의 일생)

 

 

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