- 지형도 및 지질도 : 우선 화석이 발견될 가능성이 있거나, 이미 알려진 산지(産地)의 지질도 및 지형도가 필요하다. 산지로 출발하기에 앞서 사전에 지형적인 조건과 교통편을 알기 위함뿐만 아니라, 지질도에 나타난 층서적인 관계를 개략적으로 파악하는 것이 보다 나은 성과를 얻는데 유익하기 때문이다.
지질도에서 지층의 구분은 보통 색깔 또는 문양을 달리하여 나타내고 있다.
- 해머와 정 : 해머(hammer)와 정은 필수적이다. 암질에 따라 사용하는 해머와 정의 종류가 여러 가지 있으나, 화석 채집용 해머는 미국에서 제작되어 각국에 보급 판매되고 있는 장비(Estwing 회사제작)가 강도(强度)면에서 대단히 단단하고 견고하여 사용하기 좋은데, 우리나라에서는 대한광업협동조합에서 주문판매하고 있다.
- 클리노미터 :지층의 주향과 경사를 측정하여 지층간의 순서를 알고자 할 때 사용하는 클리노미터는 혁대에 케이스를 부착시켜 항상 휴대하는 것이 좋다.
- 루페 : 미화석(微化石)은 현장에서 육안으로 관찰하기 어려우므로 휴대용 확대경을 준비해야 한다.
- 안전모:해빙기에 계곡을 걷고 있거나, 절개지의 노두(露頭)에서 작업할 때는 풍화된 암석덩이들이 굴러 떨어져 머리를 다치는 경우가 있으므로 반드시 안전모를 착용하여야 한다.
- 보안경 : 화석을 발굴하는 동안 작은 암석 파편이 튀어 실명할 위험이 있다. 따라서 보안경의 착용이 꼭 필요하다. 설마 하는 방심이 큰 부상을 가져온다는 사실을 야외에서는 항상 잊지 말아야 할 것이다.
- 기타 : 그 외에도 표본주머니, 야외기록장, 줄자, 카메라, 솔, 필기도구, 분필 등이 필요하다.
2) 야외에서의 첫 단계
- 장소선택 : 퇴적암이 분포하는 지역에는 어디에나 일단 화석이 산출될 가능성은 있다고 보아야 한다. 우리나라는 전 지질시대에 걸친 퇴적암이 여러 곳에 산재되어 분포하기 때문에 조금만 관심을 갖고 나서면 화석을 채집할 수 있다. 전혀 밝혀지지 않은 장소에서 의외로 큰 수확을 거둘 수도 있다. 그래서 의미 있는 중요한 화석은 대개 전문가보다는 일반인에 의해 발견되어 연구 재료로 제공되는 일이 많다.
- 야외조사 : 야외 조사는 당연하게 육지에서부터 시작한다. 지도를 들고, 암석이 나타나 있는 절벽(노두)을 찾아 산이나 강, 해변 등을 거니는 것이다.
암석이 잘 노출된 곳은 주로 해안가와 물이 흐르는 계곡과 하천을 따라 분포한다. 요즈음은 각종 도로공사장, 주택 및 공단 조성단지 등에 넓은 지층이 노출되는 경우가 많다.
- 암석식별 : 다음으로 그 노두를 구성하고 있는 암석의 종류를 식별한다. 암석이 식별되면 암석이 생길 당시 지구 역사의 일부가 이해되는 셈이다. 나아가서는 노두에서 볼 수 있는 여러 가지 지질 현상을 확인함으로써 그 암석이 생긴 후에 변화의 발자취를 이해할 수 있다. 그리고 노두에 포함된 화석을 발굴, 복원하면 생명의 역사를 구성해 가는 것이다. 이러한 작업을 노두마다 행하여 시간적·공간적으로 지질 현상의 범위를 확대하여 인식하게 되면 결국 지구 전체의 역사와 연결된다.
- 노두관찰 : 야외에서 화석을 포함하는 지층과 만났을 경우 우선 어떻게 해야 할까? 초보자의 경우 노두를 관찰하지 않고 바로 보이는 화석을 채집할 것이다. 그러나 화석을 채집하는 것은 찌를 바라보고 있는 낚시꾼의 경우와는 다르다. 살아 있는 생물과 달리 화석은 도망가거나 숨거나 하지 않는다. 따라서 여유를 갖고 노두 전체를 먼저 파악해야 한다.
- 지층과 지층의 퇴적물 조사 : 다음으로 화석을 포함하고 있는 지층과 지층의 퇴적물을 조사한다. 퇴적물은 입자의 크기에 따라 선별적으로 분급되고 운반 능력이 약해지면 자갈, 모래, 진흙 순으로 퇴적된다. 곳에 따라서는 운반 능력의 변화 때문에 교대로 반복되는 호층(互層)을 형성한다. 모래와 점토가 섞여 있고 층리나 엽층리가 보이지 않는 괴상(塊狀, massive)의 지층에서 대형화석이 주로 산출된다. 이러한 기본적인 노두의 관찰이 끝나고 노두의 사진을 찍은 후에 마지막으로 화석을 채집한다.
3) 채집
- 채집시 유의사항 :
가) 층리가 발달된 퇴적암 노두를 찾는다.
나) 가능하면 계곡이나 도로공사 중인 절개지를 찾는다.
다) 찾고자 하는 화석의 종류를 정확히 선정한 후 공략한다(사람의 눈은 목표에 둔 것만이 더욱 크게 보인다).
라) 모암에서 떨어진 전석에서 주운 화석은 화석 산출의 단서로만 이용한다.
마) 정확한 화석 산출 층준을 확인한다(같은 층을 추적하면 계속 채집이 가능하다).
바) 암석을 크게 떼어내어 넓은 면에서 화석을 찾는다.
사) 암석의 색깔과 입자의 굵기에 대한 선입관을 배제한다.
아) 자세를 낮춘다(무릎이 땅에 닿을 정도로 낮게 암석에 접근해야 보인다).
자) 노두에 보이는 암석을 부지런히 두드린다(화석 채집 수는 해머를 두드린 횟수에 비례한다).
차) 채집한 화석은 임시로 신문지 위에 놓거나 즉시 안전하게 포장하여 분실되지 않도록 한다.
- 화석과 유사한 암석 : 암석에 새겨진 무늬라고 해서 모두가 화석은 아니다. 퇴적과정에서 생긴 물리적인 힘에 의해 발생된 퇴적구조에 속하는 경우도 많다. 또한 화학적인 침전과정에서 생긴 독특한 무늬도 흔히 야외에서 관찰할 수 있다. 예를 들면 모수석(模樹石; dendrites)은 고사리 잎처럼 보이지만 지층면이나 절리면을 따라 지하수가 흐르다가 이산화망간(MnO2)을 침전시켜 만든 것이며 거짓화석이다. 흑운모와 같은 광물 속에 포함된 망간 성분이 산소가 풍부한 환경과 만나면 빠르게 산화되면서 모수석 형태를 만든다.
4) 사후처리
- 클리닝 : 실내에 운반된 표본은 주위의 기질을 조심스럽게 떼어내는 작업(클리닝; cleaning)이 요구된다. 화석을 다듬기 위해 가는 못이나 송곳을 이용해도 좋으나 암질이 단단한 경우는 공기파쇄기(air scribe)의 진동을 이용하여 조심스럽게 주위 기질을 떼어내는 것이 좋다. 그러나 화석의 종류에 따라서는 보다 정밀한 도구가 필요한 경우도 있다. 여러 가지 모양의 끌, 칼, 송곳, 붓 등 도구를 용도에 맞게 변형하여 사용할 수 있다.
- 복원작업 (몰딩용 석고) : 일반적으로 시대가 오래된 표본일수록 퇴적물은 화석표본으로부터 잘 떨어져 나간다. 그러나 화석 자체가 외부의 작은 충격에도 쉽게 부러지거나 균열이 발생할 수 있기 때문에 화석을 처리할 때에는 높은 주의력이 요구된다. 크기가 작은 표본은 갈라진 틈 사이로 순간접착제(소위 5초 본드)를 주입하면 되지만, 큰 표본은 수지와 경화제를 혼합하여 사용하는 접착제가 내구성이 강하다.
- 복원작업 (접착제) : 화석의 소실된 부분이나 파괴된 부분의 복원(restoration)은 몰딩용 석고를 이용하는데 이 작업은 화석에 관한 전문적인 지식과 숙련된 기술 그리고 인내력이 필요하다. 복원 작업은 정확한 해부학적 지식을 가진 고생물학자들이 할 수 있다.
- 보관 : 화석이 부스러지기 쉬운 연약한 경우는 순간 접착제, 목공용 본드, 석고 재킷 등으로 보강 한 후 발굴해야한다. 소형 이빨이나 고둥 화석은 필름통 같은 곳에 솜과 함께 넣어두면 안전하다. 일반적으로 채집된 화석은 비닐봉지나 신문지로 싸서 정리하고 겉부분에 매직펜으로 화석의 종류, 채집된 장소, 일자 등을 기재해야 한다. 인간은 망각의 동물임을 명심해야 한다. 화석의 출처를 모르면 그것은 한낱 장식품에 불과한 것이고, 고생물학적 가치를 부여받기 어렵다.
나. 퇴적구조와 의미
퇴적구조란 자연에서 퇴적이 일어나는 동안 퇴적물과 유체와의 상호작용에 의해 생기거나, 퇴적물이 쌓이고 난 후부터 단단하게 고화되기 이전까지 변형을 받아서 형성되거나, 또는 퇴적물이 암석화되는 동안 화학작용에 의해 형성된 모든 구조를 말한다. 퇴적구조는 퇴적작용을 일으키는 유체나 퇴적환경의 지시자로, 지층의 상하를 판별하는 지시자로, 고수류의 방향을 나타내는 지시자로, 퇴적작용이 일어나는 때의 유체의 상태를 나타내며 퇴적물이 쌓인 후 화학 조건의 변화 등을 나타내는 지시자로 이용된다.
1) 사층리 (Cross bedding)
사층리는 모래 크기의 입자에서 특징적으로 잘 나타나는 퇴적구조이다. 하나의 퇴적층 내에 얇은 층리들이 평행하게 쌓이지 않고 기울어지거나 오목한 형태를 보이며 층리의 폭이 한쪽은 넓고 다른 쪽은 좁아지는 형태로 쌓이기도 하는데, 이런 퇴적층들이 반복될 때 사층리라 한다. 사층리는 유수, 바람 등에 의해 형성되며, 이들의 종류와 규모 등은 주변의 퇴적상과 함께 연관시켜 고수류의 방향을 측정할 때 좋은 정보를 얻기도 한다. 또한, 사층리는 층리 폭이 넓은 쪽이 위쪽이 되고, 좁은 쪽이 아래쪽이 되어 지층의 상하를 판단하는데 도움을 준다.
2) 점이층리 (Graded bedding)
퇴적물이 쌓일 때 입자가 큰 자갈부터 먼저 퇴적되고, 그 위로 입자가 작은 모래 그리고 진흙의 순으로 차례로 쌓이게 된다. 이처럼 점이층리란 한 층 내에서 입자의 크기가 상향으로 갈수록 작아지는 층리를 말하는데, 그 두께는 1cm에서 수 m에 이르기까지 다양하다. 이때 크기의 변화를 나타내는 입자는 역(자갈), 모래, 실트 등이다.
3) 연흔 (Ripple mark)
호수나 바다의 가장자리 얕은 곳에서는 수면의 파도 모양이 굳기 전의 퇴적물에 만들어지는 구조를 연흔이라 한다. 이 구조는 대규모의 사층리를 발달시키거나 사구를 형성케 하는 유수보다는 비교적 약한 유수에 의한 소규모의 퇴적물 운반작용의 결과로 형성된다. 대체로 응집력이 없는 모래 퇴적물과 실트 퇴적물에서 나타난다. 연흔에는 대칭연흔과 비대칭 연흔으로 나뉘며, 조류에 의해 왕복 이동을 하는 물의 흐름으로부터 만들어지는 연흔은 대체로 대칭을 이루며, 바람이나 물이 한 방향으로 이동할 때 형성하는 연흔은 비대칭의 단면을 보인다.
4) 건열 (Mud crack)
건열구조는 응집력이 있는 퇴적물질에서 수분이 빠져 나감으로써 퇴적물의 부피가 감소하면서 형성된다. 일반적으로 진흙과 같은 퇴적물에 이러한 구조가 잘 나타난다. 반면, 모래처럼 응집력이 없는 퇴적물에서는 이러한 건열구조가 나타나지 않는다. 건열은 단면도를 보면 쐐기 모양으로 위쪽은 넓고 아래쪽으로 뾰족하게 된다. 따라서 건열을 포함한 층의 상하판단에 도움이 된다.
다. 공룡발자국
1) 공룡발자국 분류
종 류
종류별 발자국의 특징
용각류
사족보행 형태의 발자국이 대부분으로 전체적으로 크고 둥그런 형태임.
반달 모양의 앞발과 원형 모양의 뒷발이 짝을 이루어 나타남.
수각류
이족보행으로 상대적으로 길고 가는 세 개의 발자국을 남기게 되며, 가운데 발가락이 다른 발가락들에 비해 김. 보존 상태가 좋은 경우에 발톱의 흔적과 퇴화된 발뒤꿈치 흔적도 관찰 가능.
조각류
부분적으로 이족보행이 가능했던 것으로 추정되는 공룡으로 전체적인 발자국 형태는 수각류와 비슷하지만 발가락의 길이가 상대적으로 짧고 끝이 뭉툭하며 뒤꿈치가 네모나고 편편함.
<조각류와 수각류 공룡발자국 모양> <발가락 골격과 공룡발자국 모양>
2) 공룡발자국 보행열
가) 공룡의 보행에 관한 특징
공룡이 걷기와 달리기에 능숙했다는 것은 그들의 보행자세와 뒷다리의 구조적 특징에서 찾아 볼 수가 있다. 가장 두드러진 특징으로 공룡의 넓적다리(thighs)와 상박(upper arms)이 몸통에서 아래로 수직으로 뻗어있어 무릎과 팔꿈치가 수직으로 위치한다는 것이다. 코끼리나 타조도 같은 몸의 자세를 보여준다. 공룡의 보행열을 통해 ‘화석화된 당시 공룡의 행동’을 이해하기 위해선 지나간 길과 각각의 발자국을 측정하여 발의 길이, 걸음걸이, 보폭과 걸음 각도를 계산해야 한다.
<종류별 보행열 모양> < 보행열 측정>
나) 지면에서의 골반까지의 높이(H)
Alexander(1976)
H≃4FL
보행열에서 발자국 길이(FL)는 발자국 주인공이 신체크기를 예측하는데 사용 되고 후에 걸음걸이나 속도 측정에 이용된다. Alexander는 형태학적 비율을 통하 여 2족 또는 4족 보행공룡에 있어서 발자국 길이의 4배가 대략 H와 일치한다고 주장하였고 이 제안은 널리 이용되어진다.
이 후 Thulborn은 공룡 크기와 종류에 따라 오차가 생기는 알렉산더의 공식을 보완해 공식을 만들어냈다.
공룡의 종류
골반까지의 높이(H)
소형 수각류
대형수각류
소형조각류
대형 조각류
일반적인 소형 이족보행 공룡
일반적인 대형 이족보행 공룡
(FL〈 25cm) : H = 4.5FL
(FL 〉25cm) : H = 4.9FL
(FL〈 25cm) : H = 4.8FL
(FL 〉25cm) : H = 5.9FL
(FL〈 25cm) : H = 4.6FL
(FL 〉25cm) : H = 5.7FL
FL : Foot Length : 족장
H : Hip height : 골반 높이
다) 공룡의 보행속도
Alexander의 공식에서 일반적으로 공룡의 걸음걸이는 SL/H (SL : stride Length :보폭) 비가 2.0 이하일 때를 보행, 2.9 이상일 때를 주행으로 보고 있다.
보 행 속 도 (V)
주 행 속 도 (V)
V=0.25g0.5SL1.67H-1.17
V=〔gH(SL/1.8H)2.56〕0.5
g : 중력가속도
SL : stride Length: 보행폭
라. 생흔화석
1) 생흔화석의 의미
생흔화석은 고생물의 활동이 지층 속에 보존된 것을 말하며, 퇴적물이 퇴적된 후 생물의 활동에 의한 효과를 반영하고 있으며, 생물의 실체 및 그의 인상이 보존된 몰드나 캐스트 등과는 구별된다. 생흔화석은 다음과 같이 여러 종류를 포함하여, 학자들에 따라서 4항과 5항의 것들을 생흔화석의 범주에서 제외하기도 한다.
지질학적 도구로서 유용한 생흔화석의 특징은 다음과 같다(Seilacher, 1964).
첫째, 생물의 행동양상이 생물학적 종보다 긴 시간범위를 갖기 때문에 생흔화석은 생물층서학적 지시자로 부적당하지만 지질시대가 매우 차이나는 암석의 고생태학적 비교에 유용하다.
둘째, 생흔화석은 좁은 퇴적상의 범위를 갖기 때문에 고생태 및 고환경적 해석에 유용하다.
셋째, 생흔화석은 이차적인 이동이 없기 때문에 생성된 지역의 환경을 지시한다.
넷째, 생흔화석은 실체화석이 빈약하거나 없는 쇄설성 퇴적물에도 잘 나타나기 때문에 사암으로 구성된 지층에 대하여 중요한 정보를 제공한다.
다섯째, 단단한 골격이 없는 생물의 흔적도 생흔화석으로 잘 보존되기 때문에 선캄브리아대 지층에 대하여 중요한 정보를 제공한다. 이런 특징들은 지질학적으로 고환경 및 고생태에 관한 중요한 정보를 제공하며, 퇴적환경의 지시자로서 실체화석보다 더 큰 가치를 갖는다.
생흔화석의 종류(Ekdale et al., 1984).
1. 연질 퇴적물에서 생성된 동물의 흔적
버로우(burrows) : 부드러운 퇴적물 내에서 생성된 생물 기원 퇴적 구조로 섭식, 주거 및 이동이 목적
족흔(tracks) : 개개의 발자국
보행흔(trackways) : 이동을 나타내는 다수의 족흔 셋트(sets)
파행흔(trails) : 이동이 반영된 연속으로 이어진 생흔
2. 연질 퇴적물에서 생성된 식물의 흔적
근침투구조(root penetration structure) : 식물뿌리의 흔적
스트로마톨라이트(stromatolites) : 조류에 의해 형성된 생물기원퇴적구조
3. 경질 기반에서 생성된 동식물의 흔적
보링(boring) : 주거 목적으로 암석, 패각 및 나무에 굴착된 생물기원의 구조
드릴 구멍(drill holes) : 육식 목적으로 패각에 굴착된 생흔
찰과생흔(rasping, scrapings) : 해초를 뜯으며 긁고 지나간 자국
4. 배설물(excrements)
분화석(coprolites) : 지름이 1 cm 이상의 배설물 덩어리
배설물 펠렛(fecal pellets) : 지름이 1 cm 이하의 배설물 덩어리
배설물 캐스팅(fecal castings) : 선상으로 연속된 배설물
5. 기타
굴착성 펠렛(excavation pellets) : 굴을 파는 갑각류에 의해 생성
위분화석(pseudofeces) : 이매패와 벌레에 의해 생성
토성 펠렛(regurgitation pellets) : 파충류나 조류가 토한 것
2) 생흔화석의 분류
생흔화석의 분류는 분류의 목적에 따라 생흔의 기재를 위한 분류와 생흔의 해석을 위한 분류로 구분할 수 있으며, 전자는 객관적 분류인 반면, 후자는 주관적인 분류체계이다. 기재적 분류에는 보존적 분류(preservational classification), 생물분류학적 분류(biotaxonomical classification), 생흔분류학적 분류(ichnotaxonomical classification)가 있으며, 해석적 분류에는 행동학적 분류(ethological classification)과 고환경적 분류(paleoenvironmental classification)가 있다. 어떤 지층에 대한 생흔화석조합의 각각의 분류적 특징은 생흔화석 고유의 특징과 함께 고환경에 대한 퇴적학적, 층서학적 및 고생태학적 해석에 중요한 정보를 제공한다.
가) 보존적 분류
기원적이기보다는 기재적인 분류로서 자일라허(Seilacher, 1964)와 마틴슨(Martinsson, 1970)에 의한 분류가 있다. 보존적 분류는 생흔화석의 기원적 해석 또는 고환경의 복원에 중요한 단서를 제공한다.
① 자일라허의 분류 : 생흔화석이 층(stratum)의 내부 또는 경계부에 보존되었느냐에 따라 분류한다.
② 마틴슨의 분류 : 다른 종류의 퇴적층에서 풍화에 강한 층을 캐스팅 메디움(casting medium)으로 설정하고, 캐스팅 메디움의 입장에서 생흔을 분류하였다.
생흔화석의 보존적 분류(Seilacher, 1964; Martinsson, 1970).
나) 생물분류학적 분류
생흔을 만든 생물에 근거한 분류체계이다. 특별한 경우를 제외하고는 사용하지 않는다.
다) 생흔분류학적 분류
생흔화석의 형태에 근거한 분류체계이다. 국제동물명명규약에 따르며, 실체화석의 계통분류와 같은 체계의 방법으로 분류한다. 생흔화석속(ichnogenus)와 생흔화석종(ichno- species)의 두 체계만 인정되고 있으며, 보다 상위의 분류단위는 수립되어 있지않다.
라) 행동학적 분류
생흔화석은 생물행동의 표현물이며, 여러 가지 행동유형이 나타날 수 있다. 자일라허(1967)는 행위 목적에 따라 다섯 유형으로 분류하였으며, 후에 두 유형이 추가되어 현재는 7 유형으로 분류한다.
① 주거생흔(domichnia) : 내생생물의 영구 주거지(예 : Skolithos).
② 이동생흔(repichnia) : 여러 유형의 이동구조. 공룡의 족흔이나 삼엽충이 기어간 흔적(예 : Diplichnites).
③ 휴식생흔(cubichnia) : 짧은 기간 동안 머문 흔적(예 : Rusophycus).
④ 섭식생흔(fodichnia) : 주거와 먹이 섭취가 결합된 행동이 반영된 구조로 저층의 내부를 굴착(예 : Planolites, Asterosoma, Chondrites, Zoo- phycus).
⑤ 포식생흔(pascichnia) : 이동과 먹이 활동이 복합된 행동이 반영된 구조로 저층의 표면을 굴착(예 : Helminthoida, Helminthopsis).
⑥ 도피생흔(fugichnia) : 갑작스런 퇴적물의 유입 또는 침식에 따른 동물의 상하 이주가 반영된 생흔(예 : Diplocraterion).
⑦ 경작생흔(agrichnia) : 영구 주거와 먹이의 덫 또는 경작을 나타내는 버로우 계통(예 : Paleodictyon).