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성질

화석은 옛날부터 사람의 주의를 끌었는데, 당시에는 화석이 초자연적인 힘에 의해 형성되었다고 설명해왔다. 그러나 그리스 시대의 학자 중에도 화석에 대해 바르게 이해한 사람이 있었다. 기록을 보면 화석으로 지질시대 생명의 진화에 대한 기록을 찾을 수 있다는, 오늘날과 같은 개념을 보여주는 부분이 있다.

이같은 개념은 1859년에 찰스 다윈의 〈종의 기원 Origin of Species〉이 출판되기 이전에 J.-B. 라마르크, C. 폰 린네, G. 퀴비에 등의 생물학자나 지질학자인 W. 스미스의 연구로 확립된 것이다. 진화론(→진화설)의 등장으로 화석은 지구의 역사와 생명의 역사를 해명하는 데 중요한 의미를 지니게 되었다.

19세기 후반 들어 화석은 2가지의 큰 역할을 했다. 첫째, 생명이 걸어온 과정과 의미를 역사적으로 밝혀주었고, 둘째, 많은 퇴적암이 퇴적된 시대와 환경을 밝혀주었다.

기록

지구상 생명의 기록은 10억 년 이상까지 거슬러 올라간다.

30억~35억 년 이상된 것으로 추정되는 화석이 알려져 있으나 기록이 아주 적고 정확하지 않아서 이것으로 전체적인 모습을 알아내기는 어렵다. 5억 년 전부터는 많은 종의 다양한 화석이 잘 보존되어 있는데, 이는 과거에 살던 생물의 극히 일부분에 지나지 않는다. 생물의 잔해가 오래 보존되기 위해서는 생물체나 그 일부분 또는 그 특징이 완전히 소멸되지 않도록 이들을 포함하고 있는 암석과 평형상태를 유지해야 한다. 이와 같은 조건을 가진 암석은 대부분이 퇴적암이다.

그러나 속성작용(續成作用)에 의한 변화, 즉 퇴적암이 퇴적한 후에 변성암으로 발달하거나 화성암의 열작용이나 화학작용으로 퇴적암이 변화하면 그 안에 들어 있는 생물의 잔해는 파괴되는 것이 보통이다. 동물의 발자취, 피부, 나뭇잎과 같은 특징도 퇴적암 안에 묻히면 그 퇴적암이 현저하게 변질되지 않는 한 보존된다. 그러나 생물체 자체가 보존되는 경우는 이와 다르다. 극히 특수한 경우를 제외하고는 경질부(硬質部)만 보존된다. 경질부는 원래 상태로 보존되기도 하지만 오래된 암석에서는 얼마 간의 광화작용(鑛化作用)을 받는 것이 보통이다.

그래서 화석잔해가 석화(石化)하고 있다고도 말한다. 광화작용에는 단순히 생물 경질부의 빈 틈에 지하수로 운반된 광물성분이 채워지는 경우도 있으나 원래 경질부의 한 부분 또는 전부가 다른 광물성분으로 치환되는 경우도 있는데 이렇게 되면 구조의 윤곽만이 보존되지만 치환된 광물이 외형과 내부의 구조를 세부까지 거의 완벽하게 재현하고 있는 경우도 있다. 이같이 보존이 가장 잘 된 예로는 미국 애리조나 주의 규화목 삼림을 둘 수 있다(그랜드캐니언). 화석은 여러 가지 광물성분들에 의해 치환되어 형성되는데 그중에서 탄산칼슘·인산칼슘·무수규산 등이 가장 흔하게 볼 수 있는 예이다.

보통은 경질부만 보존되나 아주 흥미 있고 극히 예외적인 경우가 있는데 지질시대의 것으로 시베리아에서 냉동된 상태로 발견된 매머드, 뉴멕시코의 동굴에서 나온 육상나무늘보의 털이나 대변 등이 그 예이다. 발트 해 부근에서 나온 호박에는 제3기 중기의 곤충이 들어 있어 세부구조까지 거의 완벽하게 보존되어 있다.

이와 같이 동물의 연질부(軟質部)가 보존된 것으로서 가장 오래된 것은 캐나다 서부의 브리티시컬럼비아에서 출토된 캄브리아기의 셰일에서 나온 선형동물이다.

암석은 오래된 것일수록 침식으로 없어지거나 속성작용으로 그 안의 화석이 소실되는 경우가 많다. 일반적으로 육상이나 대륙붕의 비교적 낮은 곳까지의 해안을 따라서 또는 넓은 연해에 형성된 퇴적물의 경우가 보존성이 좋다. 이러한 장소에서는 침식작용이 매우 약하고 오랫동안 안정된 구조를 유지하므로 퇴적물이 강하게 변질·파괴되는 일이 적다.

습곡으로 산맥이 형성된 퇴적지역에서도 퇴적암의 일부가 보존되어 생명의 기록을 깨끗하게 포함하고 있는 경우가 있다(화석의 기록).

고생대와 중생대 초기 및 중기의 화석을 포함한 퇴적물의 대부분은 삼각주나 얕고 넓은 이탄성의 소택지, 천해와 지향사(地向斜)라 부르는 폭이 좁은 침강분지에 형성된 것이다. 특히 지향사의 경우는 퇴적물이 강한 지각변동을 받아 현재나 과거의 수많은 대산맥이 되었다.

이같은 산맥은 퇴적암에 의해 형성된 것이기 때문에 현재 해발 수천m의 높은 곳에서도 해양생물의 화석이 발견된다. 여러 퇴적물에 있어서 퇴적의 국지성(局地性)은 오랜 기간 계속되는 경향이 있어 다른 환경, 즉 내륙의 고지나 외양(外洋) 등에서 살고 있던 생물의 기록은 매우 희귀하다. 중생대 후기에 이르러 처음으로 내륙 고지의 퇴적물이 잘 보존되어 나타나고 신생대가 되면서 내륙에 살던 동식물이 화석의 기록에서 중요한 위치를 차지하게 되었다. 이와 같이 여러 가지 생물의 성질과 그들의 지리학적 또는 생태학적 분포, 암석형, 퇴적장소, 그당시 지질시대의 특성이 태고의 생명기록이 얼마나 완전하게 보존되는가를 결정하는 데 중요한 영향을 미친다.

연구

개요

화석을 연구하는 학문을 고생물학이라고 한다. 그러나 실제로 고생물학은 고동물학·고생태학·미고생물학 등 여러 가지 분야를 통틀어 가리킨다. 고생물학자의 관심 범위는 크게 2가지로 첫째, 주로 지질학적 문제에 관한 것이고, 둘째, 생물학적인 면에 관한 것이다.

지질학적 연구

지질학적 연구 분야에서 화석을 이용하는 목적은 지층을 시대에 따라 나누고 세계의 다른 지역의 지층을 서로 시간적으로 대비하고 화석을 포함한 암석이 퇴적할 때의 상황을 연구하는 것이다. 18세기말 스미스는 영국의 퇴적암 연구를 통해 암석의 각층은 특징적인 화석군을 포함하고 그것은 지층의 하부에서 상부로 가면서 연속하여 변화하고 있다는 것을 발견했다. 이같은 관찰을 기초로 화석에 의해 지층을 대비할 수 있게 되었으며 처음으로 권위있는 지질도를 만들 수 있게 되었다.

표준화석

표준화석이란 넓은 지리적 분포를 가지고 있으며 짧은 기간 생존했던 종(種)이나 속(屬)의 화석으로 이것에 의해 단기간의 지질시대를 결정할 수 있다. 생물의 천이를 논리적으로 설명하는 통합적인 진화론이 아직 나오지 않았던 시대에도 층서학(層序學)의 연구는 화석과 지질도를 바탕으로 크게 진보했다.

화석의 상업적 중요성

공업화가 진행됨에 따라 석유나 퇴적암에 포함되어 있는 다른 광물자원, 즉 석탄·석회암·납·아연 등이 더욱 중요해졌다. 층서학의 연구는 이러한 광상을 탐사하는 데 중요한 역할을 하기 때문에 화석 연구는 공업국에서 여러 문제를 해결하는 기본적인 수단을 제공한다. 그중에서도 중요한 것은 유공충류·패충류(갑각류의 한 목) 등과 같은 소형 해양 무척추동물의 화석이다. 이같은 소형 동물화석에 대해 연구하는 학문을 미고생물학이라 한다.