서기 79년 8월 24일, 고대 로마의 도시 폼페이는 베수비오 화산 폭발로 15분 만에 도시 전체가 화산재에 묻혔다. 순식간에 덮친 재앙으로 인해 도시 전체가 그대로 화석으로 변해 당시 환경을 엿보는 창이 되기도 한다. 중국 랴오닝성 차오양시에 있는 중생대 백악기에 해당하는 약 1억 2000만~1억 3000만 년 전에 형성된 지층인 ‘익시안 층’(Yixian Formation)은 마치 폼페이처럼 공룡을 비롯한 생물체가 그대로 보존된 고생물학적 보고다. 익시안 층에는 공룡, 새, 포유류, 곤충, 거북이, 개구리 등 다양한 생물체가 내부 장기, 깃털, 비늘, 털, 위 속 내용물까지 거의 완벽한 형태로 보존돼 있다. 여기서는 세계 최초로 비(非) 조류 깃털 공룡이 거의 완벽하게 보존돼 과학자들이 공룡 깃털을 파악하는 등 고생물학 혁신을 가져온 발견들이 많았다.

화석이 이렇게 완벽하게 보존된 이유에 대해 지금까지는 폼페이의 베수비오 화산처럼 갑작스러운 화산 폭발로 인한 매몰 때문으로 추정했다. 그래서 익시안 층을 ‘중국의 폼페이’로 부르기도 했다.

그런데, 남아프리카공화국 비트바테르스란트대 지구과학부, 미국 프린스턴대 지구과학부, 컬럼비아대 라몬-도허티 지구 관측대, 중국 난징 지리학·고생물학 연구소, 베이징 척추동물 고생물학·고인류학 연구소 공동 연구팀은 폼페이 아이디어는 매력적이지만, 사실은 굴이 무너지는 것 같은 더 평범한 사건이나 비가 많이 오는 동안 쌓인 퇴적물 때문에 보존될 수 있었다고 추정했다. 이 연구 결과는 미국 국립과학원에서 발행하는 국제 학술지 ‘PNAS’ 11월 5일 자에 실렸다.

익시안 층 화석은 두 종류로 나눌 수 있다. 주로 육상 퇴적물에서 발견된 완전하게 연결된 3차원(3D) 골격 화석과 호수 퇴적물에서 발견된 연조직까지 포함된 화석이다. 화석 자체와 화석 발굴지 주변 암석에서 채취한 지르콘 미세 입자를 분석했다. 방사성 우라늄과 납의 비율을 측정했으며 ‘화학적 마모 동위원소 희석 열 이온화 질량 분석법’(CA-ID-TIMS)이라는 정밀 측정법으로 연대를 측정했다. 그 결과, 화석과 주변 물질은 공통으로 1억 2500만 년 전으로 연대 측정됐으며, 화석 형성 기간은 9만 3000년 이하의 짧은 기간으로 분석됐다.

추가 계산에 따르면, 당시는 지구 궤도 변화에 의한 환경 변화가 발생한 세 기간에 포함돼 있었고, 기후는 상대적으로 습했던 것으로 나타났다. 이런 이유로 퇴적물이 호수와 육상에서 이전에 생각했던 것보다 훨씬 더 빠르게 축적됐다. 많은 사체가 신속하게 매몰됐고, 부패를 촉진하는 산소가 차단됐다. 이런 차단 효과는 호수에 빠르게 나타나 연조직이 그대로 보존될 수 있었다.

연구팀에 따르면 화산이나 용암, 마그마의 침입 층이 있긴 하지만 폼페이와는 다른 모습이 많았다. 화산폭발로 인한 화쇄류 때문이었다면 열 때문에 깃털, 피부 등은 타버리거나 보존 상태가 좋지 않았을 것이라고 덧붙였다. 또 폼페이 주민들이나 동물들은 화산재가 덮쳤을 때 일반적으로 주먹을 쥐고 구부러진 자세를 보이고 있지만, 익시안 층에 생물들은 많은 경우 팔과 꼬리를 아늑하게 감싸고 있는 모습이어서 죽을 때 잠자고 있었던 것처럼 보이기까지 한다. 그렇기 때문에 동물들이 잠을 자고 있던 굴이 많은 양의 비로 인해 무너지거나, 취약한 지반 상태에서 거대 공룡들이 위를 지나다니다 굴을 무너뜨렸을 가능성도 있다고 연구팀은 추정했다.



연구를 이끈 고생물학자 폴 올슨 컬럼비아대 교수는 “이번 연구는 지난 120년 동안 가장 중요한 공룡 관련 발견일 것이라 할 수 있고, 이번에 밝혀낸 화석 보존 방법은 인간의 중요한 편견을 볼 수도 있다”라며 “보통 어떤 사건을 이해하지 못할 때 평범한 사건에 비범한 원인이나 기적이라는 이야기를 덧붙이지만, 이 화석들을 자세히 분석해 보면 정상적인 조건에서 일어난 일상적 죽음의 한순간을 포착한 것임을 알 수 있다”라고 말했다.