우리나라 백악기 새 발자국 화석층의 산상, 화석화과정 및 고환경적 의미

Abstract

우리나라 중생대 백악기 진주층, 함안층, 진동층, 성포리층, 우항리층, 전남 여수시 사도 지역의 유천층군 퇴적층과 전남 신안군 사옥도 지역의 백악기 퇴적층에서 다양하고 많은 새 발자국 화석이 발견된다. 이들 퇴적층으로부터 보고된 새 발자국 화석은 Koreanaornis hamanensis, Jindongornipes kimi, Uhangrichnus chuni, Hwangsanipes choughi, Goseongornipes markjonesi, Ignotornis yangi로 명명된 새 발자국 화석들과 분류되지 않은 다수의 새 발자국 화석들이다. 그 중 진주층에서는 가장 오래된 물갈퀴가 있는 새 발자국 화석이 확인되었다. 우리나라에서 명명된 새 발자국 화석은 전세계의 백악기 퇴적층에서 보고된 새 발자국 화석종의 상당한 부분을 차지한다. 수직층서적으로 다양한 지질시대, 그리고 여러 지역의 퇴적층에서 새 발자국 화석이 풍부하게 산출됨은 우리나라가 백악기 당시 새들이 서식지에 대한 고생태 및 고환경적 조건과 새의 진화에 관한 연구에 좋은 기회를 제공하는 곳임을 의미하는 것이다. 우리나라 백악기 새 발자국 화석층은 건기와 우기가 반복되는 계절성 기후의 충적평원 내지 호수주변부 사질평원 내지 이질평원환경의 층상범람 퇴적층으로 해석된다. 새 발자국 화석은 층상범람에 의해 형성된 사암 내지 실트스톤을 피복한 이암엽층에 보존된다. 새 발자국의 인상은 깊고 선명하며, 대체적으로 새 발자국의 주변은 솟아있다. 또한 연흔구조, 무척추동물의 생흔구조가 때때로 수반되고, 건열구조는 드물게 수반된다. 이는 새 발자국이 우기시 일시적으로 발생한 층상범람 이후 젖은 상태의 바닥면이나 얕은 물속에서 형성되었고, 건기시 짧은 노출을 겪은 후 다시 도래한 우기로 인해 빠르게 매몰되어 형성된 것임을 의미한다. 이러한 과정은 새 발자국 화석의 보존력을 높이는 역할을 했다. 새 발자국 화석층에서는 건열구조, 비대칭적 및 대칭적 연흔구조와 소형 연체동물과 절지동물과 같은 무척추동물의 생흔화석이 흔히 발달하며, 공룡 및 익룡 발자국 화석, 악어 발자국 화석, 증발잔류광물흔, 토양기원 탄산염들이 때때로 산출된다. 이는 새 발자국 화석층이 건조한 기후의 충적평원 내지 호수주변부 환경에서 형성되었음을 암시한다. 증발잔류광물흔은 새들의 영양분을 제공하는 염류를 함유한 기수가 존재했음을 의미한다. 또한 무척추동물의 생흔구조의 산출은 새들이 연체동물과 절지동물과 같은 소형 무척추동물을 먹이로 하여 물가에서 활동했고, 이들 사이에 먹이그물이 형성되었음을 암시한다. 또한 공룡, 익룡, 악어 등과 같은 다양한 생명체로 구성된 육성생태계를 이루고 있었음을 의미한다. 우리나라 백악기 새 발자국 화석은 다양한 보존의 형태를 보인다. 주로 물새들에 의해 형성된 새 발자국 화석은 때때로 밀집되고, 서로 중첩되어 나타나며, 간혹 먹이사냥 또는 먹이섭취의 흔적인 부리흔적이 수반된다. 성포리층과 사옥도 지역 백악기 퇴적층의 새 발자국 화석층에서는 밀집된 발자국과 부리흔적에 의해 층면이 부분적으로 변형된 형태, 즉 조란작용이 나타난다. 또한 사옥도 지역의 새 발자국 화석층에서는 새 발자국의 단면구조가 확인되었다. 새 발자국의 발가락 부분의 단면은 V자 형태의 함몰구조를 보이고, 발바닥 부분의 단면은 불규칙하게 변형된 형태를 보인다. 이러한 형태는 공룡 발자국의 단면에서 관찰되는 특성과 유사하다. 우리나라에서 보고된 대부분의 새 발자국 화석은 백악기 후기 퇴적층에서 산출된다. 이에 반해 중국과 일본의 새 발자국 화석은 백악기 전기 퇴적층에서 보고된다. 백악기 후기 동안 중국의 퇴적분지는 건조하고 무더운 기후하의 하성-호성 퇴적환경이었고, 일본은 판구조적으로 수렴경계에 위치하여 조구조운동과 화성활동이 활발하였고 퇴적분지는 좁았다. 이는 이 시기 동안 중국과 일본이 새들의 서식에 적절한 환경을 제공하지 못했음을 의미한다. 우리나라의 백악기 후기 퇴적분지는 건기와 우기가 반복되는 계절성 기후 하의 충적평원 내지 호수주변부 환경으로서 때때로 호수물은 기수였으며, 간헐적으로 분지의 주변에서 발생한 화산활동으로 인해 호수의 물은 때때로 알칼리수였다. 이는 우리나라 백악기 후기의 육성환경이 새들이 선호하는 서식지 환경, 즉 기후, 염도, 먹이, 지형 등을 포함한 환경적 조건을 제공했음을 시사하는 것이다. 새들의 서식지로서 불리한 환경조건이었던 중국과 일본으로부터 새들이 우리나라로 이동해왔을 것으로 여겨지며, 그 결과 풍부하고 밀집된 새 발자국 화석과 다양한 화석종이 산출될 수 있었던 것으로 해석된다. 백악기 중후기 동안, 우리나라의 퇴적분지들은 철새들의 방문지였을 것으로 여겨진다. 다양한 지층에 걸친 동일한 화석종의 풍부하고 밀집된 산출, 새의 알과 뼈화석의 부재, 건기와 우기가 교호하는 계절성 기후는 백악기 우리나라 퇴적분지가 철새들의 방문지였음을 뒷받침한다. 그리고 경상분지, 해남분지와 사옥도 지역과 같이 독립된 퇴적분지에서 동일한 화석종의 산출은 백악기의 물새류들이 국지적으로 이행했을 가능성을 암시한다. 따라서, 우리나라의 백악기 새 발자국 화석의 풍부한 산출은 높은 보존력에서 기인된 것뿐만 아니라 백악기 당시 우리나라의 육성분지의 환경적 조건이 새들을 위한 유리한 생태환경을 제공했기 때문인 것으로 해석된다.

Diverse ichnospecies of bird footprints were discovered at many sites in the Cretaceous deposits in South Korea, including the late Lower Cretaceous Jinju Formation, the late Lower to early Upper Cretaceous Haman and Seongpori Formations, and the Upper Cretaceous Jindong and Uhangri Formations, and the Yucheon Group at Sado area, Yeosu, and the Cretaceous sedimentary rock at Saokdo area, Sinan. The ichnospecies documented from these deposits are Koreanaornis hamanensis, Jindongornipes kimi, Uhangrichnus chuni, Hwangsanipes choughi, Goseongornipes markjonesi, Ignotornis yangi, and some of unclassified bird footprints including the oldest web-footed bird tracks from the Jinju Formation. The named ichnospecies from South Korea occupy the greater part of avian ichnospecies reported in the Cretaceous deposits throughout the world. The occurrences of various bird footprint fossils in strata of diverse geological ages and at many sites in South Korea provide an opportunity to study the paleoecological and paleoenvironmental conditions of bird habitats and avian evolution. The Cretaceous bird footprint deposits in South Korea consist of alluvial plain and lake margin (sandflat and mudflat) deposits, which were formed by sheetflooding under seasonal climates with alternation of wetting and drying periods. The bird footprints occur in reddish or gray to dark gray mudstone laminae alternated with sandstone or siltstone beds to laminae deposited by sheetflooding on alluvial plain and lake margin. The bird footprints are usually preserved on mudstone lamina covering sandstone to siltstone and the impressions are commonly deep and distinctive. The rims around the bird footprints show raised features by trampling in places. The bird footprints are associated with ripple marks and small invertebrate trace fossils occasionally and are rarely associated with mudcracks which extended to the footprints. This observation suggests that footprints were formed on wet substrate or under subaqueous conditions after a sheetflooding event and suffered little evaporation processes caused by subsequent drying prior to rapid burial. Such a condition resulted in good preservation of the bird footprints. Various types of mudcracks, symmetrical and asymmetrical ripple marks, and diverse small trace fossils of invertebrates such as mollusc and arthropod are commonly observed and pedogenic carbonates, evaporite mineral pseudomorphs, and crocodile, dinosaur, and pterosaur footprints are occasionally developed in the bird footprint deposits, suggesting that the bird footprint deposits were deposited on alluvial plains and lake margins during dry periods. The occurrence of evaporite mineral pseudomorphs implies that the lake water was brackish. The presence of invertebrate trace fossils implies that the avian track makers were active on the shore with potential food sources such as invertebrates including molluscs and arthropods. It is suggested that food-web structures for birds were formed in these habitats and diverse organisms including crocodiles, dinosaurs, and pterosaurs constituted the Cretaceous fluvio-lacustrine ecosystem in South Korea. The Cretaceous bird footprints of South Korea show unique preservational features. The footprints made by shorebirds or waterbirds are dense in places and are superimposed with each other, and bill probe marks are occasionally associated. In the Seongpori Formation and Saokdo area, footprint-bearing layers are partially deformed due to the dense occurrence of bird tracks ？ that is ornithoturbated. This implies that birds were gregarious and had high activities such as trampling and catching foods on the shore. And the sectional view of bird footprints was observed in the outcrop of Saokdo area. The vertical sections of digital parts show V-shaped depression structures and the formation of undertracks in the subjacent layers. The sectional view of metatarsal part shows irregularly deformed layers. These features are similar to dinosaur footprints observed in vertical sections. Most of the bird footprints reported from South Korea occur in the Upper Cretaceous deposits. In China and Japan the bird footprints are reported from the Lower Cretaceous deposits. During the Late Cretaceous, sedimentary basins of China were fluvio-lacustrine depositional system under arid and hot climate and Japan was located in an oblique-slip convergent margin, which underwent tectonism and igneous activity. It is suggested that China and Japan did not provide environmental conditions for birds during the Late Cretaceous. However, the Cretaceous sedimentary basins of South Korea were fluvio-lacustrine depositional systems composed of alluvial plain, lake margin and shallow lake under seasonal climates characterized by an alternation of wetting and drying periods in semiarid climate. Volcanic activity in and around the basins occasionally occurred, and the lake water was alkaline and brackish. It is suggested that the mid- to Upper Cretaceous terrestrial environments of South Korea provided favorable habitats for birds under habitable environmental conditions, i.e., climate, salinity, food source, geomorphology, and so forth, which resulted in abundance and high density of the preserved remains of bird activity. Such environmental conditions resulted in the large diversity of bird footprint ichnospecies in South Korea due to migration (maintenance movement or zoogeographical migration) from China and Japan due to deterioration of environmental conditions in the Late Cretaceous. During the mid- to Late Cretaceous, the terrestrial basins of South Korea provided frequent visiting sites or non-breeding sites for potential migrants. The abundant occurrence of the same ichnospecies in strata having diverse geological ages, the absence of bird egg and bone fossils, and seasonal climate with alternation of wetting and drying periods support that the Cretaceous sedimentary basins of South Korea were habitats at frequent visiting sites or non-breeding sites of potential migrants. And the occurrence of the same ichnospecies in the isolated basins such as the Gyeongsang Basin, the Haenam Basin, and the Saokdo area implies that the Cretaceous shorebirds and waterbirds migrated locally. Therefore, the abundant and dense occurrence of the Cretaceous bird footprints in South Korea suggest that the mid- to Upper Cretaceous terrestrial environments of South Korea provided good habitats for birds under the favorable environmental conditions as well as the high preservational potentials.