Research Paper

Split Viewer

Econ. Environ. Geol. 2024; 57(1): 93-105

Published online February 29, 2024

https://doi.org/10.9719/EEG.2024.57.1.93

© THE KOREAN SOCIETY OF ECONOMIC AND ENVIRONMENTAL GEOLOGY

Reconsideration of the Natural Monument Geummubong Petrified Tree Fern Fossil Site, Ghilgok, Korea

Seung-Ho Jung1, Dal-Yong Kong2,*

1Natural Heritage Center, National Research Institute of Cultural Heritage, Daejeon 35204, Korea
2National Research Institute of Maritime Cultural Heritage, Taean 32132, Korea

Correspondence to : *kong.dalyong@daum.net

Received: January 17, 2024; Revised: February 7, 2024; Accepted: February 20, 2024

This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided original work is properly cited.

Abstract

Chilgok Geummubong tree fern fossil site is the type locality where tree fern stem fossils (Cyathocaulis naktongensis) were first discovered by Tateiwa in 1925. Recognized for its academic value, it was designated as a natural monument in the 1930s during the Japanese colonial period, and preserved and managed for over 90 years. However, at the time of discovery, the stratigraphic level of tree fern fossils could not be located because the fossils were fragments detached from the rock body, and thus the Geummubong area where the conglomerate/sandstone layers of the Nakdong Formation are distributed, has been designated as a cultural heritage area. Only in the 2000s, when tree fern fossils were directly recovered from the outcrops near the designated area, the sedimentary rock facies containing the fossils were interpreted, and the anatomical characteristics of the Mesozoic tree fern fossils could be described and identified as a species level. Such studies are, in these days, redefining classification criteria done by Japanese paleontologist, Ogura. That is, Korean researchers pointed out that the classification criteria of the tree fern fossils (Cyathocaulis) reported early from Chilgok were ambiguous, and the possibility that the two species were the same species was suggested. In addition, it is necessary to reorganize designated areas as a way to resolve social conflicts and civil complaints caused by various regulations that have continued for a long time.

Keywords Chilgok Geummubong, tree fern fossil, Nakdong Formation, Cyathocaulis, reorganization of designated area

천연기념물 칠곡 금무봉 나무고사리 화석산지에 대한 고찰

정승호1 · 공달용2,*

1국립문화재연구원 자연문화재연구실
2국립해양문화재연구소 서해문화재과

요 약

칠곡 금무봉 나무고사리 화석산지는 1925년 Tateiwa가 중생대 나무고사리 줄기 화석(Cyathocaulis naktongensis)을 처음 발견한 모식산지로서, 그 학술적 가치를 인정받아 일제강점기인 1930년대부터 천연기념물로 지정, 약 90여년 간 보존되어 왔다. 하지만, 발견 당시 나무고사리 화석 산출 층준을 찾지 못해, 전석 상태의 표본을 기반으로 낙동층 내 역암/사암층을 함화석층으로 해석하면서, 금무봉 일대가 광범위하게 문화재구역으로 설정되었다. 2003년 이후, 지정구역 인근 노두에서 나무고사리 화석이 발견되면서 산출지역의 퇴적암상이 특정되었으며, 나무고사리 화석의 외형과 해부학적 특징에 대한 연구가 추가적으로 이루어졌다. 이를 통해 Ogura가 국내에서 보고한 Cyathocaulis속 2종의 분류 기준을 재검토하고, C. naktongensisC. tateiwai가 동종일 가능성을 고찰하였다. 또한, 오랫동안 이어져 온 각종 규제에 따른 갈등과 민원 해결을 위해, 현재의 문화재 구역은 시대환경 변화에 맞게 적정성 검토를 통한 큰 폭의 재조정이 필요하다고 판단된다.

주요어 나무고사리 화석, 낙동층, 문화재구역 검토, 시아토카울리스, 칠곡 금무봉

  • Chilgok Geummubong tree fern fossil site is the type locality where tree fern stem fossils (Cyathocaulis naktongensis) were first discovered by Tateiwa in 1925.

  • This study pointed out that the classification criteria for the tree fern fossils (Cyathocaulis) reported early from Chilgok were ambiguous, and it suggested the possibility that the two species might be the same.

  • To resolve social conflicts and civil complaints arising from longstanding regulations, it is necessary to reorganize designated areas.

천연기념물 지정 이후 후속 연구의 부족과 관리 소홀은 학술적 가치를 저하시킬 뿐만 아니라, 지역사회와 공감하고 활용될 수 있는 ‘스토리’를 만들지 못해 주민들로부터 외면당하거나 각종 민원의 원인이 되기도 한다(Kong and Lee, 2023). 이에 최근에는 자연유산의 가치향유와 더불어 미래지향적 천연기념물의 관리와 보존, 활용을 위한 연구들이 활발하게 진행되고 있다(Paik et al., 2013: Han, 2017; , 2023). 특히, 화석산지와 연계한 특화된 박물관과 전시관(예, 진주익룡발자국전시관) 등이 건립되고 있으며, 방문객 접근성개선과 함께 보호 울타리와 지붕을 설치하거나, 관리인혹은 문화재 안내원을 상주시키는 등 화석산지의 보호· 관리와 교육에 많은 노력을 기울이고 있다. 이는 시대변화에 따른 국민의 눈높이를 반영한 문화재 정책의 변화이다. 이처럼, 국가가 천연기념물을 지정·관리하는 이유는 정부와 관리단체(지자체)가 해당 유산을 지키고, 보존하겠다는 변함없는 의지의 표현이자 약속이며, 여기서 얻게 되는 이익을 국민과 지역사회에 환원하고 공유하기위한 것이다(Kong and Lee, 2023). 그러나 천연기념물로지정된 화석산지 27 곳 중 일부는 다양한 이유와 현지 여건으로, 아직도 제대로 된 학술연구, 보호·관리 시설 설치와 환경 개선 등이 이루어지지 않고 있다. 그 대표적인 예가 1920년대부터 알려진 천연기념물 「칠곡 금무봉나무고사리 화석산지」이다. 이곳은 우리나라 중생대 고식물학 연구에 있어 매우 중요하고 상징적인 화석산지임에도 불구하고, 종합적인 학술연구나 환경 개선 사업이미비하여 오늘날 나무고사리 화석의 보존과 관리 및 활용에 많은 어려움을 안고 있다.

금무봉 나무고사리 화석은 1925년 Tateiwa 가 처음 발견한 후, Ogura(1927)에 의해 신속·신종(Cyathocaulis naktongensis)으로 보고되었으나, 추가적인 연구는 1992 년에서야 진행되었다(Cheong and Paik, 1992). 당시Tateiwa 와 Ogura 는 나무고사리 화석의 발견 위치를 정확하게 기재하지 않았으며, 금무봉 일대에 광범위하게 분포하는 낙동층 내 역암층준에서 산출되는 것으로 해석하였다(Ogura, 1927; Tateiwa, 1928). 이로 인해, 1962년 문화재보호법 시행에 맞춰 「칠곡 금무봉 나무고사리 화석산지」가 천연기념물로 지정될 때, 금무봉 일대가 모두문화재 구역에 속하게 되어 다수의 민원이 발생하는 원인이 되고 있다. 이후, 나무고사리 화석이 포함된 노두를찾기 위한 노력이 수 차례 이루어졌으나 전석으로만 확인되었으며, 몇몇 학자들은 주변 암상과 산출 특성으로 보아 낙동층 내 역암/사암층준에서 발견될 것으로 추정하였다(Cheong and Paik, 1992; Kong et al., 2010). 지금까지 천연기념물 지정구역 내 노두에서 직접 발견·보고된 나무고사리 화석은 없었으나, 지정구역에 근접한 지점의 노두에서는 2003 년과 2007 년, 그리고 2015년에 확인되었다(KNUP, 2003; Kong et al., 2010; Kim et al., 2015). 이는 오랫동안 꾸준히 제기되고 있는 「칠곡 금무봉 나무고사리 화석산지」의 지정구역 조정 및 나무고사리 화석의 산출 특성 파악에 중요한 의미를 가진다. 따라서, 이번 연구는 현재까지 확인된 금무봉 나무고사리화석 산출지역에 대한 고찰을 통해 지정구역 변경에 대한 의견을 제시하고, 일부 연구자에 의해 제기된 C. naktongensisC. tateiwai 의 동종 가능성을 고찰하기 위한 근거 자료를 확보하는 데 그 목적이 있다.

칠곡 금무봉 나무고사리 화석산지(천연기념물 제146호) 가 분포하는 칠곡군 왜관읍 낙산리 일원은 중생대 백악기 경상분지에 퇴적된 경상누층군 신동층군의 낙동층에속한다(Fig. 1). 낙동층의 주요 구성 암석은 암회색~흑색셰일과 이암, 암회색의 사암 및 역질사암 등이며, 곳곳에역암이 협재하는 양상을 보인다. 전체적으로 하부층준은조립질 암상(역암이나 역질사암 등)으로 구성되며, 상부층준으로 갈수록 세립질 사암과 이암이 우세해지는 상향세립화 경향이 뚜렷하다(Cheong and Paik, 1992). 낙동층의 중부에 해당하는 금무봉 나무고사리 화석산지의 퇴적층은 대체로 북동-남서의 주향과 남동 방향의 경사를 가진다. 주로 역질사암, 석영질사암, 암편질사암 및 셰일질이암 등이 교호하며, 이암층 내에는 부분적으로 석회질또는 버티졸(vertisol) 고토양이 발달되어 있다(Paik et al., 2014). 이러한 낙동층의 퇴적 시기는 연구자에 따라 약간의 차이는 있으나 기존에 연구된 화석에 의한 상대연령(Kobayashi and Suzuki, 1936; Chang, 1975; Choi, 1989; Chang et al., 2003)과 SHRIMP 저어콘 U-Pb 분석에 의한 절대연령(Lee et al., 2010; Lee et al., 2012, 2018) 을종합적으로 고려할 때, 대체로 중생대 백악기 전기의 바레미안(Barremian)에 해당할 것으로 여겨진다(Kang and Paik, 2013).

Fig. 1. Geological map of the Geummubong area where tree fern fossils are found (modified from Tateiwa, 1928).

「칠곡 금무봉 나무고사리 화석산지」는 경상북도 칠곡군 왜관읍의 금무산(268.1m)을 중심으로 왜관읍 낙산리와 지천면 금호리에 걸쳐 있으며, 1,579,586m2(약 158ha) 의 면적을 가진다. 1925년, 조선총독부 지질조사소의 지질학자로 왜관-대구-영천-경주 지질도폭을 조사 중이던Tateiwa 가 왜관 금무봉 주변(4점)과 성주군 선남면(1점) 에서 나무고사리 화석 5점을 처음 발견하였다. 동 표본은 동경대학 식물학자였던 Ogura(1927)에 의해 연구가수행되어, 중생대 나무고사리 화석임이 밝혀졌으며Cyathocaulis naktongensisCibotiocaulis tateiwai의 2속 2종으로 명명되었다. Ogura(1938, 1941b) 는 현생 나무고사리와의 비교 연구와 표본 추가 확보(나무고사리 화석69점)를 통하여, 기존 자신이 보고한 Cibotiocaulis tateiwai 의 주요 특징이 Cyathocaulis 속과 크게 다르지 않음을들어 Cyathocaulis tateiwai로 변경한 바 있다. 50여 년이지나 칠곡 금무봉 나무고사리 화석산지(천연기념물)의 보존·관리 현황 파악을 위한 현지조사에서, Cheong and Paik(1992)은 지표에 노출된 한 개체(4조각으로 구성)의나무고사리 화석을 발견하였으며, 해부학적 특징을 근거로 Cyathocaulis naktongensis 로보고하였다(Fig. 2A). 2003 년, 경북대학교 고생물학연구실(KNUP)에서는 금무봉 일대를 조사하는 과정에서 전석이 아닌, 역질사암 층에 현지 보존된 나무고사리 화석(5점)을 처음으로 발견하였다(Fig. 2B). 이곳은 화석산지 지정구역 경계 밖의 공장 부지(왜관읍 낙산리)로서, 그동안 다수의 연구자가 추정한역암/사암층준이 나무고사리 화석 산출지층임을 확인하였다. 또한, Kong et al.(2010) 은 2007 년, 지정구역에 인접한 쓰레기매립장 부지(왜관읍 금산리)의 분급이 불량한 역암층에서 원뿔형의 나무고사리 화석 1점을 보고하였다(Fig. 2C). 이후 2014년, 칠곡군의 의뢰를 받아 지정구역 안에서 이루어진 기초 및 표본 조사에서 세립~중립질의 사암층에 보존된 3점의 나무고사리 화석을 포함, 지표에서 전석으로 확인된 100점 이상의 표본이 확보되었다(Kim et al., 2015; Fig. 2D). 따라서, 지금까지 금무봉에서 발견·보고된 나무고사리 화석 가운데 길이(length), 장경(major axis), 단경(minor axis) 등이 확인된 표본은총 124 점이다(Table 1).

Table 1 Morphometric data of tree fern fossil specimens collected from the Chilgok Geummubong fossil site

Specimen collectorAverage size (cm)Minor/major aixs ratioAmount of specimen
LengthMajor axisMinor axis
Ogura (1927)18.017.610.60.65
Cheong & Paik (1992)21.517.010.00.594
KNUP (2003)13.9214.05.860.425
Kong et al. (2010)41.016.514.50.881
Kim et al. (2015)13.6013.457.220.53109

Fig. 2. Diverse specimens of tree fern fossil collected from the Gummubong area. A: fragments of fossil tree fern that fell from an outcrop (Cheong and Paik, 1992), B: tree fern fossils preserved as outcrop within the coarse sandstone beds (KNUP, 2003), C: specimens found in the conglomerate bed out of the designated area (Kong et al., 2010), D: specimens discovered during the basic research of the tree fern fossil site (Kim et al., 2015), white arrows indicate leaf scars of tree fern.

나무고사리는 일반적인 양치식물과 달리 지표면에 수직으로 성장하는 튼튼한 줄기와 줄기 상부에 우산 형태의 큰 잎이 달려있는 것이 특징이며, 외형이 크게 변하지 않고 오늘날까지 이어져 살아있는 화석(living fossils) 으로 알려져 있다. 이러한 나무고사리는 따뜻하고 습한기후에 적응하여 주로 열대 및 아열대 지역에 서식하고있으며, 고환경, 고지리 연구에 효과적인 지표로 사용되고 있다(Yang et al., 2018). 쥐라기 후기에 처음 출현한목성양치과(Cyatheaceae)는 나무고사리 중 가장 큰 그룹으로, 보통 수 m( 최대 20m) 높이로 곧게 자라는 특징이있으며, Cyathea, Alsophila, Sphaeropteris 속에 포함된 약640종이 현존한다(PPG I, 2016). 이들의잎은길이가 3~4m 에 달하고, 수관의 지름이 6m 에 달하기도 한다(Large and Braggins, 2004). 중생대에 번성한 나무고사리는 대부분가지가 없는(일부는 Osmundaceae 처럼 이분형 가지를 가짐) 줄기를 가지고 있으며, 줄기를 둘러싸고 있는 잎자루기부와 부정형 뿌리, 줄기 꼭대기에서 무리지어 나는 잎으로 구성된다(Tidwell and Ash, 1994; Taylor et al., 2010).

중생대 나무고사리(Cyatheaceae과) 줄기 화석은 우리나라(칠곡, 성주)와 일본(와카야마, 군마, 기후, 치바, 홋카이도), 필리핀(민도로섬) 등 인접 국가의 백악기 퇴적층에서 발견되고 있다. 이들은 해부학적 특징이 현생 나무고사리인 Cyathea의 줄기와 비슷하여 Cyathocaulis 속으로 분류되었으며, C. naktongensis, C. tateiwai, C. yabei, C. ogurae를 포함하여, C. nihei-takagiiC. yezopteroides까지 총 6종이 알려져 있다(Table 2; Fig. 3). 또한, 일본에서는 잎줄기 화석인 Cyathorachis fujiiana, C. yudzuru-ogurae, C. yubariensis 가 보고되었으며, 홋카이도의 후기백악기 퇴적층에서 여러 종의 나무고사리 포자 화석이풍부하게 산출된다(Miki, 1977). 이러한 연구 결과로 볼때, 동북아시아는 중생대 백악기 동안 Cyatheaceae 과의초기 나무고사리가 광범위하게 분포한, 생물지리적 중심지였을 가능성을 시사한다(Cheng and Yang, 2017).

Table 2 Information of 7 species belonging to the tree fern genus Cyathocaulis, reported in Asia (Korea, Japan, and Philippines)

Species NameLocationGeological timeReferenceNote
C. naktongensisGeummusan, Chilgok, KoreaBarremianOgura (1927)Fig. 3-1.
Geummusan, Chilgok, KoreaBarremianCheong & Paik (1992)Fig. 3-2.
Naksan-ri, Chilgok, KoreaBarremianKNUP (2003)Fig. 3-3.
Geumsan-ri, Chilgok, KoreaBarremianKong et al. (2011)Fig. 3-4.
Wakayama, Japanlate HauterivianOgura (1927)Fig. 3-7.
Gunma, Japanlate Barremian~early AptianNishida & Tanaka (1982)Fig. 3-8.
Gifu, Japanlate Barremian~early AptianTerada et al. (2001)Fig. 3-9.
C. tateiwaiDoheung-ri, Seongju, KoreaBarremianOgura (1938)Fig. 3-5.
C. yabeiMindoro Island, PhilippinesCretaceous?Ogura (1941a)Fig. 3-10.
C. oguraeHokkaido, JapanTuronian~ConiacianHashomoto (1971)Fig. 3-11.
C. nihei-takagiiChiba, JapanBarremian~AptianNishida & Nishida (1983)Fig. 3-12.
C. yezopteroidesHokkaido, JapanSantonianNishida (1989)Fig. 3-13.
C. sp.Hapan-ri, Chilgok, KoreaAptian~early AlbianLee & Yang (2006)Fig. 3-6.

Fig. 3. Early Cretaceous phytogeographic region of East Asia (Kimura, 1987) and locality that the genus Cyathocaulis fossils were reported. See Table 2 for detailed information on each number (modified from Yabe et al., 2003).

이 가운데, C. naktongensis 는 우리나라를 비롯해 일본에 걸쳐 가장넓은 범위에서 산출되는 종으로서, Ogura(1927) 가 칠곡 금무산 일원에서 발견한 모식표본을 근거로 일본 와카야마현의 표본을 함께 기재한 이후, 금무산 주변(낙산리와 금산리), 일본 군마현과 기후현에서도 추가적으로 보고된 바 있다(Nishida and Tanaka, 1982; Cheong and Paik, 1992; Terada et al., 2001; Kong et al., 2011). 오늘날 목성양치과 Cyathocaulis속 고사리의 산출은 중생대 백악기 료세키형 식물군(Ryoseki-type flora) 의 독특한특징으로 알려져 있다(Kimura, 2000; Yabe et al., 2003; Fig. 3). 나무고사리 산출지가 혼합형 식물군에 포함되는우리나라를 제외하면, 일본 기후현에서 발견된 C. naktongensis만이 테토리형 식물군(Tetori-type flora) 에 속하고 있어, 이에 대한 추가 연구 필요성이 언급되었다(Yabe et al., 2003).

낙동층에서는 고사리류 잎화석 13 종을 포함, 속씨식물이 포함되지 않은 40 여종의 다양한 식물화석이 확인된바 있다(Tateiwa, 1928; Kimura, 2000). 고식물학적 연구결과, 낙동식물군은 쥐라기 후기부터 백악기 전기까지 동아시아에 공존했던 세 가지 유형의 식물군 가운데 테토리형(Tetori-type) 과 료세키형(Ryoseki-type) 의 특징을 함께 가진 혼합형 식물군(Mixed-type flora) 으로 알려져 있다(Kimura, 2000). 테토리형 식물군은 온난하면서 비교적습한 기후 조건을 나타내며, 료세키형 식물군은 아열대환경으로서 적색층이나 증발암의 존재로 일부 건기가 지속되는 환경을 지시한다. 따라서 혼합형 식물군에 속한낙동식물군은 아열대~온대의 특징을 모두 가지고 있어당시 나무고사리가 생존할 수 있는 적합한 기후 조건이었음을 추정할 수 있다(Cheong and Paik, 1992; Yabe et al., 2003).

칠곡 금무봉 일원에서 산출된 나무고사리 화석의 외형과 해부학적 특징을 파악하기 위해 2007년 왜관읍 금산리에서 수습되어 국립문화재연구원에 소장 중인 표본(NHCG-XX01)을 관찰하였다(Fig. 4A). 위로 갈수록 직경이 감소하여 전체적으로 원뿔형을 보이는 표본은 길이가약 41cm이며, 장경과 단경은 각각 16.5cm와 14.5cm 이다. 전체적으로 약간 납작한 타원형의 횡단면을 보이며, 표면의 대부분은 줄기를 감싸고 있는 근괴로 덮여있으나상부에는 일부 근괴가 탈락되어 중심주가 노출되어 있다(Fig. 4C). 또한, 드물지만 표면에서 마름모꼴 형태(길이5~6cm, 폭 2cm 내외)의 엽흔(잎자루가 떨어져 나간 흔적) 구조가 인지되는데(Figs. 4A arrow and 4B), 근괴로 피복되어 있어 Ogura(1927) 가 언급한 관다발 구조는 파악되지 않지만, 형태와 크기, 위치 등으로 볼 때, 엽흔으로 판단된다. 다수의 균열이 수평방향으로 발달하고 있어 상대적으로 절리와 미세 균열이 적은 상부 조각에 대해1.5cm 간격의 연속된 세 지점을 자른 후, 해부학적 연구를 위한 횡단면과 박편을 제작하였다(Figs. 4D and 6). 각횡단면(a~c)의 장경과 단경은 위에서 아래로 각각9.3×5.6cm, 9.7×6.4cm, 10.1×6.4cm이다(Figs. 4C and 4D). 이를 통해 확인된 Cyathocaulis속 나무고사리 화석의 세부 특징을 기존 연구 결과와 비교, 검토하였다(Figs. 2C, 4A~D, 5, 6A~I and 7B~C).

Fig. 4. Specimen NHCG-XX01 of tree fern fossil. A: gross morphology, B: leaf scar structures on the stem surface and schematic diagram of vascular bundles of the leaf scars (Ogura, 1927), C: cross-sectional location of tree fern stem (1.5 cm interval), D: cross-sectional view in C. Scale bar represents 2 cm.
Fig. 5. Anatomical characteristics of tree fern stem fossil shown in cross section (specimen NHCG-XX01).
Fig. 6. Anatomical features of Cyathocaulis naktongensis (NHCG-XX01). A: pith, B and C: stele and sclerenchymatous sheath, D: sclerenchymatous sheath, E: medullary root-trace, F: cortical root-trace, G: medullary bundle, H: root-mass, I: vascular bundles of heart shaped.
Fig. 7. Sketch of tree fern stem and cross-sectional structure (A), and middle section (B) and bottom view (C) of specimen NHCGXX01, white arrows indicate stele (A from Large and Braggins, 2004).

나무고사리의 단면 분석결과, 수(PI)는평균지름 0.1mm 내외의 세포로 이루어져 있으며, 각 세포는 원형 내지 타원형을 보인다(Figs. 5 and 6A). 중심주(ST)는 줄기의 내부에서 굴곡하며, 8개 내외의 분주(U자, W자, S자형으로분리)로 나뉘어 안쪽과 바깥쪽으로 끊어져 있다. 이렇게끊어진 부분은 엽격(LG)이 된다. 중심주는 모서리가 둥근불규칙한 다각형 세포가 모인 벌집 형태(Figs. 5 and 6B) 로서, 신장되거나 구부러진 세포가 다수 관찰된다(Fig. 6C). 후막조직대(SC)는 중심주를 얇게 둘러싸고 있는 구조로서, 중심주 구성 세포의 1/5정도 크기의 원형~다각형 세포들이 밀집되어 있음을 알 수 있다(Figs. 5 and 6D).

근적은 수의 주변과 분주의 바깥쪽에 분포하는데 구조적으로 근괴와 동일하며, 중심부에 도관을 가지고 있다. 여러 개의 원형~타원형 세포들로 구성되는데, 수(중심주안쪽)에서는 수주근적(medullary root-trace, MR)이 다수 관찰(Figs. 5 and 6E)되며, 분주의 외측(중심주와 근괴 사이에 존재)에서는 피주근적(cortical root-trace, CR)이 나타난다(Figs. 5 and 6F). 수주조(medullary bundle, MB) 는수 내부에 불규칙하게 산재하고 있는 유관속으로 수십개의 도관으로 구성되어 있으며, 각 도관은 타원~다각형을 보인다(Figs. 5 and 6G). 일부 수주조의 경우 후막조직대를 동반하기도 한다. 분주가 외측으로 열린 엽격에서는엽적(leaf trace, LT) 이다수관찰되지만, 잎자루(petiole) 나 엽흔(leaf scar)은 확인되지 않는다. 1~2mm 내외의 직경을 가진 튜브 형태의 뿌리는 원형~타원형 단면을 보이며, 중심의 도관 구조와 이를 둘러싼 소세포 다발로 이루어진 짙은 색의 층, 이보다 큰 세포들로 구성된 연한색의 동심원 층으로 구분된다(Figs. 5 and 6H). 개별 뿌리들의 무질서한 다발로 구성된 근괴(root-mass, R)는 줄기에서 바깥쪽(외부)을 향해 뻗어 있다.

본 연구에서는 횡단면만 관찰되어, 종단면의 수 세포를 확인할 수 없었지만 이전 연구 결과들을 종합해 볼때, 수 세포는 전체적으로 구형임을 알 수 있다(Cheong and Paik, 1992; Lee and Yang, 2006). 근괴 내부에서는하트형 단면을 가진 유관속이 관찰되기도 하는데 이러한세부 구조는 Cyathorachis fujiiana에서도 보고된 바 있다(Ogura, 1927; Fig. 6I). 박편과 마찬가지로 표본의 횡단면(a~c 단면; Fig. 4D) 에서는 중심주가 밖으로 열린 엽격과 함께 엽적이 확인되지만, 근괴 속으로 돌출된 잎자루는 관찰할 수 없었다. 이는 풍화로 인해 좌우 측면을 제외한 대부분의 근괴가 소실되어, 잎자루와 관련된 구조가 보존되지 않았기 때문으로 판단된다. 상기한 특징들은 전형적인 Cyathocaulis 속의 나무고사리 화석임을 지시하며, 줄기 표면에서 확인되는 엽흔 구조와 횡단면에서의 엽적 발달 양상을 통한 나선형 잎차례 추정, C. tateiwai로 알려진 표본은 모두 성주군 선남면에서 제한적으로 산출(Ogura, 1927, 1941b)되었음을 근거로 본 표본을 C. naktongensis 로 동정한다.

6.1. 금무봉 나무 고사리 줄기 화석 Cyathocaulis 속의 분류 특징

Ogura(1941b)는 한국에서 보고된 나무고사리 화석 2종(C. naktongensis, C. tateiwai)의 차이점을 (1) 잎의 배열상태와 잎자루의 탈락 위치, (2) 근괴의 두께로 설명하였다. 즉, C. naktongensis는 잎이 나선형으로 돌려나며, 잎이 떨어질 때 잎자루와 함께 깨끗이 탈락하고 근괴가 두꺼운 반면, C. tateiwai의 잎은 위아래로 열지어 배열하고잎자루가 그대로 남아있으며, 근괴가 얇은 특징을 가지는데 이러한 차이에 의해 두 종을 구분하였다(Nishida, 1989). 이에 Cheong and Paik(1992) 은 나무고사리 줄기화석의 횡단면을 관찰하여 분주(meristele)가 바깥쪽으로열리는 부분에서 엽적(leaf trace)과 잎자루를 기재하였으며, 그 배열을 통해 잎차례(phyllotaxy)를 나선형으로 추정하였다. 줄기에서는 엽흔의 배열을 확인할 수 없었으나, 근괴가 상대적으로 두꺼운 점을 들어 이 표본을 C. naktongensis로 최종 동정하였다. 하지만 상기한 분류학적 특징이 표본에서 명확하게 구분되지 않아, Ogura가 세분한 Cyathocaulis속의 두 종이 같은 종일 가능성을 제기한 바 있다. Lee and Yang(2006) 도 경상북도 칠곡군 하판리에서 확보된 나무고사리 화석의 해부학적 연구를 수행하는 과정에서 Ogura 의 기준을 충족하는 잎자루의 세부 형태나 엽서 관찰이 쉽지 않아 종수준의 분류를 보류하였다. 따라서, 본 연구에서 관찰된 결과를 토대로Ogura(1941b)가 언급한 주요 특징이 두 종을 분류하는기준으로 적합한지 고찰해 보고자 한다.

ⓐ 잎의 배열 상태와 잎자루의 탈락 위치

잎의 배열은 주로 줄기 표면에서 인지되는 엽흔의 위치나 횡단면에서 관찰되는 엽적의 특징으로 파악 할 수있는데, 국내 연구자들은 표본이 대부분 두꺼운 근괴로둘러싸여 있어 엽흔을 확인할 수 없다고 하였다(Cheong and Paik, 1992; Lee and Yang, 2006). 다만, Cheong and Paik(1992)은 횡단면상에서 인지되는 잎자루의 배열 양상을 통해 C. naktongensis의 잎차례를 나선형으로 유추한 바 있다. 나무고사리가 성장하면 기존 잎은 떨어지고상위에 새로운 잎이 자라게 되는데, 이 때 줄기와 잎을연결하는 부분이 잎자루이다. 잎이 잎자루와 함께 줄기에서 탈락하게 되면, 나무고사리 줄기 표면에는 독특한형태의 엽흔이 남게 된다. 잎(혹은 잎자루)의 형성 과정을 줄기의 횡단면에서 관찰하면, 중심주(ST)가 분주되어열린 엽격(leaf gap)을 통해, 중심에서 바깥쪽으로 엽적 (LT) 이 만들어지고, 점점 외부로 비대해져가면서 잎자루(잎)가 발달하는 것으로 보인다(Figs. 5 LG and 5 LT).

Ogura(1927, 1941b) 는 잎자루의 탈락 모습 차이를 통해 C. naktongensisC. tateiwai를 구분하고 있으나, 그의 논문이나 사진에는 이에 대한 명확한 증거가 제시되어 있지 않다(Cheong and Paik, 1992). 특히, C. tateiwai 로 동정한 표본을 연구하는 과정에서, 보존 상태나 표본수의 제약으로 C. naktongensis 와의 차이점을 오인했을가능성도 존재한다. 즉, Ogura(1927)는 성주군 선남면에서 산출된 단 하나의 표본을 조사하여, Cibotium 유형의엽적 배열 특징과 잎자루의 기부가 줄기 표면에 남아있는 점을 들어 Cibotiocaulis 속을 제안하였으며 이후, 현장에서 직접 추가 샘플을 확보·조사하면서 엽적의 배열이 Cyathocaulis속과 유사하다는 점을 재확인하여 속명을 변경하였다(Ogura, 1941b). 또한, C. naktongensis는 왜관 금무봉 일원, C. tateiwai는 성주군 선남면 일원에서 확보된 표본에 기초하고 있는데, 직선거리로 6km밖에 떨어져 있지 않은 두 지역에 서로 다른 종이 제한적으로 분포하고 있었다는 Ogura의 해석에도 합리적 의구심이 든다. Ogura(1941b) 의 현지조사 이후, 성주군 선남면 일대에서는 여러 차례의 시도에도 불구하고 오늘날까지 추가 표본이 확인되지 않았다. 반면, Ogura 는 C. tateiwai를 존속시키는 기준으로, 잎자루의 기부가 완전히탈락하지 않은 모습을 “다소 볼록(somewhat bulge out)하다”라고 표현하였는데, 이를 판단하는 근거가 명확하지 않다. 일례로 Cheong and Paik(1992)C. naktongensis로 동정한 표본의 횡단면에서 관찰된 잎자루의 특징이C. tateiwai와 유사하여 분류가 쉽지 않았음을 언급하였다.

한편, 나무고사리 줄기 화석(NHCG-XX01 표본) 표면에서는 일부 엽흔이 인지되는데, 근괴의 유무나 보존 상태, 관찰 위치에 따라 나선형과 상하 직선상의 잎차례가모두 확인될 것으로 판단된다(Fig. 4A arrow). 다른 표본(Fig. 2D)에서도 엽흔으로 추정되는 구조가 오목한 마름모꼴과 다소 볼록한 형태로 공존하고 있으며, 동일한 표본 내에서도 엽흔의 배열이 나선형 또는 상하 직선상으로해석될여지가충분하다. 세개의연속된횡단면(Fig. 4D) 과 박편에서도, 중심주가 분주되어 외부로 열린 엽격과엽적의 존재, 최소 3지점의 엽적 발달 양상이 파악되며, 이를 통해 어느 정도 잎차례의 유추가 가능하다. 이를 종합하면, Ogura(1927, 1941b)가 언급한 잎의 배열과 잎자루 탈락 위치는 조사자의 관점에 따라 달리 해석될 수있으며, 한 표본에서도 분류학적 특징이 혼재되어 있거나 뚜렷하게 구분되지 않아, Cyathocaulis 속의 두 종을구분하는 직접적인 기준이 되기 어렵다고 판단된다.

ⓑ 근괴의 두께

현생 나무고사리 줄기의 해부학적 구조로 볼 때, 한 개체 내에서도 성장 단계나 줄기(단면) 관찰 위치에 따라근괴의 유무와 두께가 서로 상이함을 알 수 있다(Fig. 7A). 따라서, 불완전하게 보존된 나무고사리 화석에서 확인되는 근괴의 두께 차이를 기준으로 Cyathocaulis 속의 두종을 구분하는 것이 타당한지 검토가 필요하다. 나무고사리 줄기 화석(NHCG-XX01 표본)의 전체적인 모습과단면을 관찰한 결과, 원뿔 형태의 외형은 위치에 따른 단면의 두께와 형태의 다양성을 반영한다. 가운데 부분의단면에서는 중심주(Fig. 7B arrow) 주변으로 일정한 두께의 근괴가 둘러싸고 있으나, 최하부 단면을 살펴보면 원형에 가까운 중심주가 한쪽으로 치우쳐져 있고, 상대적으로 두꺼운 근괴가 비대칭으로 피복되어 있는 모습이확인된다(Fig. 7C). 이러한 현상은 나무고사리 생존 당시의 모습 반영(Figs. 4A and 7A. 예: 뿌리에 가까운 부분), 풍화·침식에 따른 근괴 소실 및 파손(Fig. 4C. 중심주까지 노출), 화석화 과정(Fig. 4D. 상부의 하중에 따른 타원형 횡단면)이 이유가 될 수 있다. 퇴적암 내의 보존 위치와 지구조적인 환경에 따라 개별 화석의 변형 정도에는차이가 있지만, 국내에서 확인된 대부분의 중생대 나무고사리 화석은 상부 압력에 의한 눌림으로 타원형 횡단면을 나타낸다(Figs. 2A~D). 동일한 기작으로 줄기를 감싼 근괴의 두께에도 상당한 변화가 있을 것으로 판단되며, Cheong and Paik(1992)은 원통형 나무고사리가 상위퇴적물의 무게로 인해 타원의 단면을 가지게 되면서, 부분적으로 뿌리나 줄기의 두께가 변동되었음을 언급한 바있다. 이처럼, 다양한 이유로 동일한 표본 내에서도 근괴의 두께가 달라질 수 있기에, 상대적인 두께 차이와 정성적인 표현(“두껍다와 얇다”)에 따른 분류 기준은 종을구분하는 데 적합하지 않다. 따라서, 상기한 초기 분류기준의 한계로 인해 국내에서 보고된 나무고사리 화석은단일 종인 Cyathocaulis naktongensis 로 수렴될 것으로 보인다. 향후, 추가 산출 표본에 대한 후속 연구를 통해 모식 표본/동아시아에서 보고된 나무고사리 화석과의 비교, 세부 기재에 따른 동정과 명확한 분류 기준 마련을 도모하고자 한다.

6.2. 천연기념물 지정구역 조정

칠곡 금무봉 나무고사리 화석산지는 일제강점기『조선보물고적명승천연기념물보존령(1933)』에 의해 천연기념물 146호 「왜관 금무봉 화석 고사리 포함지」라는 명칭으로 지정되었으며 이후, 1962년 우리나라 문화재보호법이 시행되면서 일제강점기에 관리되었던 천연기념물 목록이 그대로 이어져 천연기념물 146호 「칠곡 금무봉 나무고사리 화석산지」로 지정되었다. 당시, 금무봉 나무고사리 화석산지의 문화재 구역은 일제강점기의 천연기념물 지정 자료에 의거하여 설정되었다(Fig. 8). 당시 자료에 의하면, 화석산지의 소재지는 왜관면 낙산동(현재의낙산리)와 지천면 금호동(현재의 금호리)로 금무봉 일대를 광범위하게 포함하고 있는데, 이 기준이 지금까지 이어져 오고 있다. 따라서, 금무봉 화석산지는 일제강점기부터 현재까지 약 80~90 년 동안 문화재 보존과 보호를위한 각종 규제 정책이 이어져 오고 있어 이에 따른 사회적 갈등과 민원이 발생하고 있으며, 일부에서는 지정해제와 문화재 구역 축소 조정을 요구하고 있다. 반면, 2014년 칠곡군이 실시한 학술용역에 참가한 연구자들은지정구역(core zone) 옆 허용기준 제1구역에서 공룡 골격과 나무고사리 화석이 퇴적층에서 발견된 것을 근거로확대를 건의하기도 하였다(Kim et al., 2015).

Fig. 8. Classification of cultural property management area for Chilgok Geummubong Tree Fern Fossil Site.

지정구역 조정의 핵심은 정확한 화석 산출 위치를 모르는 상태에서 국가가 광범위한 지역을 문화재 구역(지정구역, 1구역, 2구역, 3구역)으로 설정하였다는 것에 있다(Fig. 8). 특히, 문화재 구역 중 지정구역(core zone)에서 지금까지 나무고사리가 함유된 화석층이 발견되지 않은 것이 꾸준히 문제 제기 되고 있으나, 1) 선행연구(Ogura, 1927; Cheong and Paik, 1992; Kong et al., 2010) 에서 나무고사리 줄기 화석이 금무봉 일대에 널리 분포하는 낙동층 내 역암층준에서 산출될 것으로 판단한 점, 2) 지정구역은 아니지만, 지정구역 인접(허용기준 1구역과 3구역) 지역에서 2003 년과 2007년 및 2014 년에 퇴적암 내 보존된 나무고사리 화석이 발견되었다는 사실(Kong et al., 2010; Kim et al., 2015), 3) 2014 년, 칠곡군의 의뢰를 받아 문화재 구역 안에서 이루어진 기초 및 표본 조사에서 100 여점의 화석들이 전석으로 발견된 점(Kim et al., 2015) 등은 금무봉 일대에 넓게 분포하는 낙동층내역암/사암층준이 함화석층일 가능성을 의미한다(Fig. 1). 또한, 현지 주민들의 증언에 따르면 1980 년대까지 화석산지 인근의 면사무소와 초등학교에 다수의 나무고사리화석들이 보관되어 있었다고 하며, 이러한 사실은 1980 년대까지만 해도 금무봉 일대에서 나무고사리 화석을 쉽게 찾을 수 있었음을 의미한다. 지금까지 확인된 자료와증언을 통해 금무봉 나무고사리 화석은 낙동층의 역암/ 사암층 내에 광범위하게 보존되어 있고, 금무봉 지역의계곡과 토양 퇴적층에 산재되어 있는 것으로 해석된다. 따라서, 금무봉 나무고사리 화석산지의 지정 해제는 설득력이 없으며 지정구역(core zone) 확대 의견을 낸 연구자들도 전체 지정구역(core zone) 확대가 아닌 공룡골격등이 발견된 허용기준 제1구역의 일부를 지정구역(core zone)으로 편입할 것을 건의한 것으로 판단된다. 따라서, 약 80~90년 동안 이어져 내려온 현재의 지정구역과 허용기준 구역(1~3구역) 등 문화재 구역은 시대환경 변화에 맞게 적정성 검토를 통한 문화재 구역의 조정이 필요하다. 문화재는 예전부터 그 지역사회와 개인이 향유하던 삶의 공유터전이자 공유자산이었으므로 그들과의 공존과 상생 협력이 무엇보다 중요하다. 이에 지금까지 조사·발견된 나무고사리 화석들을 근거로, 기존 지정구역(core zone)에 허용기준 제1구역의 일부를 편입하는 대신,북쪽과 남쪽 일부를 허용기준 제1·2구역으로 조정하고기존 허용기준 1·2 구역도 큰 폭의 재조정이 필요할 것으로 판단된다.

1. 「칠곡 금무봉 나무고사리 화석산지」는 우리나라 중생대 고식물학 연구에 있어 상징적인 곳으로서, 1927년Cyathocaulis naktongensis가 보고된 이후 오늘날까지 종합학술연구나 환경 개선 사업이 미비하여 천연기념물 지정구역 조정과 나무고사리 화석의 산출 특성 파악, 분류학적 고찰 필요성이 꾸준하게 제기되었다.

2. 금무봉 나무고사리 화석은 지정구역 내 분포하는 낙동층의 역암/사암층이 함화석층으로 해석되며, 금무산 일대의 계곡과 토양 퇴적층의 넓은 범위에 걸쳐 흩어져 산출되는 것으로 판단된다.

3. 중생대의 나무고사리는 대부분 가지가 없는 줄기와이를 둘러싼 잎자루 기부/부정형 뿌리, 상부에 우산 형태의 잎을 가졌으며, Cyathocaulis naktongensis를 포함, 다양한 나무고사리가 한국과 일본, 필리핀에서 발견된 것으로 보아, 동북아시아가 중생대 백악기동안 목성양치과의 생물지리적 중심지로서 아열대~온대의 따뜻하고 습한기후조건이었음을 유추할 수 있다.

4. 나무고사리 화석의 외형과 해부학적 특징을 확인한결과, Cyathocaulis에 속하는 다양한 모습들(8개 내외로분주하는 중심주와 후막조직대, 줄기를 둘러싸는 근괴, 분주가 외측으로 열린 엽격과 엽적 등)이 관찰되며, 줄기표면에서 확인되는 엽흔 구조, 횡단면에서의 엽적 발달양상, 칠곡 금무봉 일원에서 산출된 표본임을 종합하여 Cyathocaulis naktongensis 로 동정된다.

5. 나무고사리 줄기 화석의 엽흔 구조와 횡단면에서 관찰되는 해부학적 특징을 종합해 볼 때, 잎의 배열과 잎자루의 탈락 위치는 조사자의 관점에 따라 달리 해석될여지가 있으며, 표본 내에서 뚜렷이 구분되지 않는다. 또한, 풍화·침식으로 인한 근괴 훼손, 퇴적 당시 상부 압력에 따른 눌림 현상 등으로 줄기와 이를 둘러싸고 있는근괴 두께 역시 상당한 변형이 예상된다. 따라서, 이러한기준은 Cyathocaulis 속의 두 종을 구분하는 데 적합하지않다.

6. 일제강점기에 지정되어 약 80~90 년 동안 이어져 내려온 현재의 지정구역과 허용기준 구역(1~3구역) 등 문화재 구역은 시대환경 변화에 맞게 적정성 검토를 통한재조정이 필요하다. 지금까지 조사·발견된 나무고사리 화석들을 근거로, 기존 지정구역(core zone)에 허용기준 제1구역의 일부를 편입하는 대신, 북쪽과 남쪽 일부를 허용기준 제1·2구역으로 조정하고 기존 허용기준 1·2 구역도 큰 폭의 재조정을 위한 검토가 필요하다.

이 연구를 위해 많은 도움을 준 국립문화재연구원의 김태형 박사, 나무고사리 화석 표본을 제공해 주신 동아대학교 박인석 교수, 경북대학교 고생물학연구실 및 칠곡군 관계자와 주민분들께 감사드리며, 논문의 심사과정에서 세심한 검토와 지적으로 논문의 질을 높여주신 세분의 심사위원님께 감사드린다. 이 논문은 문화재청 국립문화재연구원의 지질유산 보존관리를 위한 기초조사 및활용 연구(NRICH-2405-A71F-1)의 일환으로 수행되었으며, 2008~2011 년 실시한 」천연기념물 화석산지 모니터링조사 보고서」의 내용 중 일부를 발췌·수정하였다.

  1. Chang, K.H. (1975) Cretaceous stratigraphy of Southeast Korea. Journal of the Geological Society of Korea, v.11(1), p.1-23.
  2. Chang, K.H., Suzuki, K., Park, S.O., Ishida, K. and Uno, K. (2003) Recent advances in the Cretaceous stratigraphy of Korea. Journal of Asian Earth Sciences, v.21(8), p.937-948. doi: https://doi.org/10.1016/S1367-9120(02)00142-6
    CrossRef
  3. Cheng, Y.M. and Yang, X.N. (2017) A new tree fern stem, Heilongjiangcaulis keshanensis gen. et sp. nov., from the Cretaceous of the Songliao Basin, Northeast China: a representative of early Cyatheaceae. Historical Biology, v.30, p.518-530. doi: https://doi.org/10.1080/08912963.2017.1301445
    CrossRef
  4. Cheong, C.H. and Paik, K.H. (1992) Study on tree fern fossil site at Mt. Geummubong. Report on Natural Monument and Dinosaur Tracks, The Geological Society of Korea, p.3-41(in Korean).
  5. Choi, S.J. (1989) Fossil charophytes from the Nagdong Formation in Seonsangun, Gyeongsangbukdo, Korea. Journal of the Paleontological Society of Korea, v.5, p.28-38.
  6. Han, S.H. (2017) Preservation and Practical Application of Stromatolites in Gyeong-san. Journal of the Korean Association of Regional Geographers, v.23(2), p.366-375.
    CrossRef
  7. Hashimoto, W. (1971) On a new Cretaceous tree fern from Nakagawa-machi, Teshio Province, Hokkaido. Science Reports of the Tokyo Gakugei Daigaku, Section C, v.11, p.1-10.
  8. Kang. H.C. and Paik, I.S. (2013) Review on the geological ages of the formations in the Gyeongsang Basin, Korea. Journal of the Geological Society of Korea, v.49(1), p.17-29. doi: https://doi.org/10.14770/jgsk.2013.49.1.17
    CrossRef
  9. Kim, K.S., Paik, I.S., Kim, K.S., Seo, S.J., Kang, H.C., Kim, H.J., Jeong, E.K., Kim, J.M., Seo, H.S., Seol, W.K., Kim, Y.H., Ha, S.W., Choi, J.W. and Son, M.J. (2015) Chilgok Geummubong Tree Fern Fossil Site Comprehensive Academic Survey and Sample Survey Report. Chilgokgun, 406p.
  10. Kimura, T. (2000) Notes on the two Early Cretaceous floras in South Korea, Geosciences Journal, v.4, p.11-14. doi: https://doi.org/10.1007/BF02910209
    CrossRef
  11. KNUP(Kyungpook National University Paleontologylab) (2003) Geological and fossil investigation in the Naksan-ri area, Waegwan-eup, Chilgok-gun, Gyeongsangbuk-do. unpublished.
  12. Kobayashi, T. and Suzuki, K. (1936) Non-marine shells of the Nakdong-Wakino Series. Japanese Journal of Geology and Geography, v.13, p.243-257.
  13. Kong, D.Y., Choi, D.W., Kim, T.,H. and Lim, J.D. (2010) Natural Monument Fossil Site Monitoring Survey Report. National Research Institute of Cultural Heritage, 303p.
  14. Kong, D.Y., Kim, T.H., Won, S.H., Jun, C.P. and Jung, S.H. (2011) Natural Monument Fossil Site Monitoring Survey Report. National Research Institute of Cultural Heritage, 353p.
  15. Kong, D.Y. and Lee, S.J. (2009) Reconsideration of the Natural Monument No.413 Mungokri Stromatolite, Yeongwol, Korea. Journal of the Geological Society of Korea, v.45(6), p.711-723.
  16. Kong, D.Y. and Lee, S.J. (2014) Significance of “Pre-study Post-designation” strategy in natural monument designation system: with special reference to geologic heritage. Journal of the Korean Earth Science Society, v.35(5), p.324-332. doi: https://doi.org/10.5467/JKESS.2014.35.5.324
    CrossRef
  17. Kong, D.Y. and Lee, S.J. (2023) Natural Monument Cretaceous Stromatolite at the Daegu Catholic University, Gyeongsan: Occurrences, Natural Heritage Values, and Plan for Preservation and Utilization. Munhwajae, v.56(3), p.214-232. doi: https://doi.org/10.22755/kjchs.2023.56.3.214
    CrossRef
  18. Large, M.F. and Braggins, J.E. (2004) Tree Ferns. Timber Press, Oregon, Portland, 360p.
  19. Lee, K.J. and Yang, S.Y. (2006) Fossil woods from the lower part of Gyeongsang Group, Korea. Journal of the Paleontological Society of Korea, v.22(2), p.263-280.
  20. Lee, T.H., Park, K.H. and Yi, K. (2012) SHRIMP U-Pb zircon ages of the Nakdong and Ulyeonsan Formations in the Gyeongsang Basin. 2012 Fall Joint Annual Conference of The Geological Societies in Korea (Abstract), Jeongseon, October 24-27, p.134(in Korean).
  21. Lee, T.H., Park, K.H. and Yi, K. (2018) SHRIMP U-Pb ages of detrital zircons from the Early Cretaceous Nakdong Formation, South East Korea: Timing of initiation of the Gyeongsang Basin and its provenance. Island Arc, v.27(5), e12258. doi: https://doi.org/10.1111/iar.12258
    CrossRef
  22. Lee, Y.I., Choi, T., Lim, H.S. and Orihashi, Y. (2010) Detrital zircon geochronology of the Cretaceous Sindong Group, Southeast Korea: implications for depositional age and Early Cretaceous igneous activity. Island Arc, v.19(4), p.647-658. doi: https://doi.org/10.1111/j.1440-1738.2010.00717.x
    CrossRef
  23. Miki, A. (1977) Late Cretaceous pollen and spore floras of northern Japan. Journal of the Faculty of Science, Hokkaido University, Series IV, Geology and Mineralogy, v.17(3), p.399-436.
  24. Nishida, H. (1989) Structure and affinities of the petrified plants from the Cretaceous of Japan and Saghalien. V. Tree fern stems from Hokkaido, Paracyathocaulis ogurae gen. et comb. nov. and Cyathocaulis yezopteroides sp. nov. Botanical Magazine of Tokyo, v.102, p.255-282. doi: https://doi.org/10.1007/BF02488568
    CrossRef
  25. Nishida, H. and Nishida, M. (1983) On some petrified plants from the cretaceous of Choshi, Chiba Prefecture VII. Botanical Magazine of Tokyo, v.96, p.93-101. doi: https://doi.org/10.1007/BF02491094
    CrossRef
  26. Nishida, H. and Tanaka, K. (1982) Anatomical studies of Cyathocaulis naktongensis Ogura from central Honshu, Japan. Bulletin of National Science Museum, Tokyo, Series C(Geology), v.8, p.19-30.
  27. Ogura, Y. (1927) On the structure and affinities of some fossil tree-ferns from Japan. Journal of the Faculty of Science, Imperial University of Tokyo, Section 3 Botany, v.1, p.351-380.
  28. Ogura, Y. (1938) Anatomie der Vegetationsorgane der Pteridophyten. Handbuch der pflanzenanat, Borntrager, Berlin, Germany, 476p.
  29. Ogura Y. (1941a) On the structure of a fossil tree fern from Mindoro, Philippine Islands. Jubilee Publication for Professor H Yabe’s 60 Birthday, v.2, p.911-917.
  30. Ogura, Y. (1941b) Additional notes on the structure of fossil tree ferns. Botanical Magazine of Tokyo, v.55, p.453-461.
    CrossRef
  31. Paik, I.S., Kim, H.J., Kang, H.C. and Lim, J.D. (2013) Dinosaur Tracksite at Jeori, Geumseongmyeon, Euiseonggun, Gyeongsangbukdo, Korea(National Monument No.373)-Occurrences, Significance in Natural History, and Preservation Plan-. Munhwajae, v.46(1), p.268-289. doi: https://doi.org/10.22755/kjchs.2013.46.1.268
    CrossRef
  32. Paik, I.S., Kim, H.J., Kang, H.C., Seol, W.K., Kim, K.S. and Jeong E.K. (2014) Sedimentary facies and depositional environments of the Nakdong Formation in the Geummubong Peak tree fern fossil site (Natural Monument No.146). 2014 Fall Joint Annual Conference of The Geological Societies in Korea (Abstract), Jeongseon, October 29-November 1, p.304(in Korean).
  33. PPG I (2016) A community-derived classification for extant lycophytes and ferns. Journal of Systematics and Evolution, v.54(6), p.563-603. doi: https://doi.org/10.1111/jse.12229
    CrossRef
  34. Tateiwa, I. (1928) Geological atlas of Chosen, no.10: Gyeongju, Yongcheon, Daegu and Waegwan sheet, Geological Survey of Chosen(Korea), 9p(in Japanese with English abstract).
  35. Taylor, T.N., Taylor, E.L. and Krings, M. (2010) Paleobotany, second edition: The biology and evolution of fossil plants. Academic Press, 1252p.
  36. Terada, K., Sekido, S. and Nishida, H. (2001) First record of fossil tree fern stem from the Tetori Group (Lower Cretaceous). Abstracts of the 16th Meeting of the Japanese Association of Historical Botany, p.37(in Japanese).
  37. Tidwell, W.D. and Ash, S.R. (1994) A review of selected triassic to Early Cretaceous ferns. Journal of Plant Research, v.107, p.417442. doi: https://doi.org/10.1007/BF02344066
    CrossRef
  38. Yabe, A., Terada, K. and Sekido, S. (2003) The Tetori-type flora, revisited: a review. Memoir of the Fukui Prefectural Dinosaur Museum, v.2, p.23-42.
  39. Yang, X., Liu, F. and Cheng, Y. (2018) A new tree fern stem, Tempskya zhangii sp. nov. (Tempskyaceae) from the Cretaceous of Northeast China. Cretaceous Research, v.84, p.188-199. doi: https://doi.org/10.1016/j.cretres.2017.11.016
    CrossRef

Article

Research Paper

Econ. Environ. Geol. 2024; 57(1): 93-105

Published online February 29, 2024 https://doi.org/10.9719/EEG.2024.57.1.93

Copyright © THE KOREAN SOCIETY OF ECONOMIC AND ENVIRONMENTAL GEOLOGY.

Reconsideration of the Natural Monument Geummubong Petrified Tree Fern Fossil Site, Ghilgok, Korea

Seung-Ho Jung1, Dal-Yong Kong2,*

1Natural Heritage Center, National Research Institute of Cultural Heritage, Daejeon 35204, Korea
2National Research Institute of Maritime Cultural Heritage, Taean 32132, Korea

Correspondence to:*kong.dalyong@daum.net

Received: January 17, 2024; Revised: February 7, 2024; Accepted: February 20, 2024

This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided original work is properly cited.

Abstract

Chilgok Geummubong tree fern fossil site is the type locality where tree fern stem fossils (Cyathocaulis naktongensis) were first discovered by Tateiwa in 1925. Recognized for its academic value, it was designated as a natural monument in the 1930s during the Japanese colonial period, and preserved and managed for over 90 years. However, at the time of discovery, the stratigraphic level of tree fern fossils could not be located because the fossils were fragments detached from the rock body, and thus the Geummubong area where the conglomerate/sandstone layers of the Nakdong Formation are distributed, has been designated as a cultural heritage area. Only in the 2000s, when tree fern fossils were directly recovered from the outcrops near the designated area, the sedimentary rock facies containing the fossils were interpreted, and the anatomical characteristics of the Mesozoic tree fern fossils could be described and identified as a species level. Such studies are, in these days, redefining classification criteria done by Japanese paleontologist, Ogura. That is, Korean researchers pointed out that the classification criteria of the tree fern fossils (Cyathocaulis) reported early from Chilgok were ambiguous, and the possibility that the two species were the same species was suggested. In addition, it is necessary to reorganize designated areas as a way to resolve social conflicts and civil complaints caused by various regulations that have continued for a long time.

Keywords Chilgok Geummubong, tree fern fossil, Nakdong Formation, Cyathocaulis, reorganization of designated area

천연기념물 칠곡 금무봉 나무고사리 화석산지에 대한 고찰

정승호1 · 공달용2,*

1국립문화재연구원 자연문화재연구실
2국립해양문화재연구소 서해문화재과

Received: January 17, 2024; Revised: February 7, 2024; Accepted: February 20, 2024

요 약

칠곡 금무봉 나무고사리 화석산지는 1925년 Tateiwa가 중생대 나무고사리 줄기 화석(Cyathocaulis naktongensis)을 처음 발견한 모식산지로서, 그 학술적 가치를 인정받아 일제강점기인 1930년대부터 천연기념물로 지정, 약 90여년 간 보존되어 왔다. 하지만, 발견 당시 나무고사리 화석 산출 층준을 찾지 못해, 전석 상태의 표본을 기반으로 낙동층 내 역암/사암층을 함화석층으로 해석하면서, 금무봉 일대가 광범위하게 문화재구역으로 설정되었다. 2003년 이후, 지정구역 인근 노두에서 나무고사리 화석이 발견되면서 산출지역의 퇴적암상이 특정되었으며, 나무고사리 화석의 외형과 해부학적 특징에 대한 연구가 추가적으로 이루어졌다. 이를 통해 Ogura가 국내에서 보고한 Cyathocaulis속 2종의 분류 기준을 재검토하고, C. naktongensisC. tateiwai가 동종일 가능성을 고찰하였다. 또한, 오랫동안 이어져 온 각종 규제에 따른 갈등과 민원 해결을 위해, 현재의 문화재 구역은 시대환경 변화에 맞게 적정성 검토를 통한 큰 폭의 재조정이 필요하다고 판단된다.

주요어 나무고사리 화석, 낙동층, 문화재구역 검토, 시아토카울리스, 칠곡 금무봉

Research Highlights

  • Chilgok Geummubong tree fern fossil site is the type locality where tree fern stem fossils (Cyathocaulis naktongensis) were first discovered by Tateiwa in 1925.

  • This study pointed out that the classification criteria for the tree fern fossils (Cyathocaulis) reported early from Chilgok were ambiguous, and it suggested the possibility that the two species might be the same.

  • To resolve social conflicts and civil complaints arising from longstanding regulations, it is necessary to reorganize designated areas.

1. 서론

천연기념물 지정 이후 후속 연구의 부족과 관리 소홀은 학술적 가치를 저하시킬 뿐만 아니라, 지역사회와 공감하고 활용될 수 있는 ‘스토리’를 만들지 못해 주민들로부터 외면당하거나 각종 민원의 원인이 되기도 한다(Kong and Lee, 2023). 이에 최근에는 자연유산의 가치향유와 더불어 미래지향적 천연기념물의 관리와 보존, 활용을 위한 연구들이 활발하게 진행되고 있다(Paik et al., 2013: Han, 2017; , 2023). 특히, 화석산지와 연계한 특화된 박물관과 전시관(예, 진주익룡발자국전시관) 등이 건립되고 있으며, 방문객 접근성개선과 함께 보호 울타리와 지붕을 설치하거나, 관리인혹은 문화재 안내원을 상주시키는 등 화석산지의 보호· 관리와 교육에 많은 노력을 기울이고 있다. 이는 시대변화에 따른 국민의 눈높이를 반영한 문화재 정책의 변화이다. 이처럼, 국가가 천연기념물을 지정·관리하는 이유는 정부와 관리단체(지자체)가 해당 유산을 지키고, 보존하겠다는 변함없는 의지의 표현이자 약속이며, 여기서 얻게 되는 이익을 국민과 지역사회에 환원하고 공유하기위한 것이다(Kong and Lee, 2023). 그러나 천연기념물로지정된 화석산지 27 곳 중 일부는 다양한 이유와 현지 여건으로, 아직도 제대로 된 학술연구, 보호·관리 시설 설치와 환경 개선 등이 이루어지지 않고 있다. 그 대표적인 예가 1920년대부터 알려진 천연기념물 「칠곡 금무봉나무고사리 화석산지」이다. 이곳은 우리나라 중생대 고식물학 연구에 있어 매우 중요하고 상징적인 화석산지임에도 불구하고, 종합적인 학술연구나 환경 개선 사업이미비하여 오늘날 나무고사리 화석의 보존과 관리 및 활용에 많은 어려움을 안고 있다.

금무봉 나무고사리 화석은 1925년 Tateiwa 가 처음 발견한 후, Ogura(1927)에 의해 신속·신종(Cyathocaulis naktongensis)으로 보고되었으나, 추가적인 연구는 1992 년에서야 진행되었다(Cheong and Paik, 1992). 당시Tateiwa 와 Ogura 는 나무고사리 화석의 발견 위치를 정확하게 기재하지 않았으며, 금무봉 일대에 광범위하게 분포하는 낙동층 내 역암층준에서 산출되는 것으로 해석하였다(Ogura, 1927; Tateiwa, 1928). 이로 인해, 1962년 문화재보호법 시행에 맞춰 「칠곡 금무봉 나무고사리 화석산지」가 천연기념물로 지정될 때, 금무봉 일대가 모두문화재 구역에 속하게 되어 다수의 민원이 발생하는 원인이 되고 있다. 이후, 나무고사리 화석이 포함된 노두를찾기 위한 노력이 수 차례 이루어졌으나 전석으로만 확인되었으며, 몇몇 학자들은 주변 암상과 산출 특성으로 보아 낙동층 내 역암/사암층준에서 발견될 것으로 추정하였다(Cheong and Paik, 1992; Kong et al., 2010). 지금까지 천연기념물 지정구역 내 노두에서 직접 발견·보고된 나무고사리 화석은 없었으나, 지정구역에 근접한 지점의 노두에서는 2003 년과 2007 년, 그리고 2015년에 확인되었다(KNUP, 2003; Kong et al., 2010; Kim et al., 2015). 이는 오랫동안 꾸준히 제기되고 있는 「칠곡 금무봉 나무고사리 화석산지」의 지정구역 조정 및 나무고사리 화석의 산출 특성 파악에 중요한 의미를 가진다. 따라서, 이번 연구는 현재까지 확인된 금무봉 나무고사리화석 산출지역에 대한 고찰을 통해 지정구역 변경에 대한 의견을 제시하고, 일부 연구자에 의해 제기된 C. naktongensisC. tateiwai 의 동종 가능성을 고찰하기 위한 근거 자료를 확보하는 데 그 목적이 있다.

2. 지질 개요

칠곡 금무봉 나무고사리 화석산지(천연기념물 제146호) 가 분포하는 칠곡군 왜관읍 낙산리 일원은 중생대 백악기 경상분지에 퇴적된 경상누층군 신동층군의 낙동층에속한다(Fig. 1). 낙동층의 주요 구성 암석은 암회색~흑색셰일과 이암, 암회색의 사암 및 역질사암 등이며, 곳곳에역암이 협재하는 양상을 보인다. 전체적으로 하부층준은조립질 암상(역암이나 역질사암 등)으로 구성되며, 상부층준으로 갈수록 세립질 사암과 이암이 우세해지는 상향세립화 경향이 뚜렷하다(Cheong and Paik, 1992). 낙동층의 중부에 해당하는 금무봉 나무고사리 화석산지의 퇴적층은 대체로 북동-남서의 주향과 남동 방향의 경사를 가진다. 주로 역질사암, 석영질사암, 암편질사암 및 셰일질이암 등이 교호하며, 이암층 내에는 부분적으로 석회질또는 버티졸(vertisol) 고토양이 발달되어 있다(Paik et al., 2014). 이러한 낙동층의 퇴적 시기는 연구자에 따라 약간의 차이는 있으나 기존에 연구된 화석에 의한 상대연령(Kobayashi and Suzuki, 1936; Chang, 1975; Choi, 1989; Chang et al., 2003)과 SHRIMP 저어콘 U-Pb 분석에 의한 절대연령(Lee et al., 2010; Lee et al., 2012, 2018) 을종합적으로 고려할 때, 대체로 중생대 백악기 전기의 바레미안(Barremian)에 해당할 것으로 여겨진다(Kang and Paik, 2013).

Figure 1. Geological map of the Geummubong area where tree fern fossils are found (modified from Tateiwa, 1928).

3. 칠곡 금무봉 나무고사리 화석산지

「칠곡 금무봉 나무고사리 화석산지」는 경상북도 칠곡군 왜관읍의 금무산(268.1m)을 중심으로 왜관읍 낙산리와 지천면 금호리에 걸쳐 있으며, 1,579,586m2(약 158ha) 의 면적을 가진다. 1925년, 조선총독부 지질조사소의 지질학자로 왜관-대구-영천-경주 지질도폭을 조사 중이던Tateiwa 가 왜관 금무봉 주변(4점)과 성주군 선남면(1점) 에서 나무고사리 화석 5점을 처음 발견하였다. 동 표본은 동경대학 식물학자였던 Ogura(1927)에 의해 연구가수행되어, 중생대 나무고사리 화석임이 밝혀졌으며Cyathocaulis naktongensisCibotiocaulis tateiwai의 2속 2종으로 명명되었다. Ogura(1938, 1941b) 는 현생 나무고사리와의 비교 연구와 표본 추가 확보(나무고사리 화석69점)를 통하여, 기존 자신이 보고한 Cibotiocaulis tateiwai 의 주요 특징이 Cyathocaulis 속과 크게 다르지 않음을들어 Cyathocaulis tateiwai로 변경한 바 있다. 50여 년이지나 칠곡 금무봉 나무고사리 화석산지(천연기념물)의 보존·관리 현황 파악을 위한 현지조사에서, Cheong and Paik(1992)은 지표에 노출된 한 개체(4조각으로 구성)의나무고사리 화석을 발견하였으며, 해부학적 특징을 근거로 Cyathocaulis naktongensis 로보고하였다(Fig. 2A). 2003 년, 경북대학교 고생물학연구실(KNUP)에서는 금무봉 일대를 조사하는 과정에서 전석이 아닌, 역질사암 층에 현지 보존된 나무고사리 화석(5점)을 처음으로 발견하였다(Fig. 2B). 이곳은 화석산지 지정구역 경계 밖의 공장 부지(왜관읍 낙산리)로서, 그동안 다수의 연구자가 추정한역암/사암층준이 나무고사리 화석 산출지층임을 확인하였다. 또한, Kong et al.(2010) 은 2007 년, 지정구역에 인접한 쓰레기매립장 부지(왜관읍 금산리)의 분급이 불량한 역암층에서 원뿔형의 나무고사리 화석 1점을 보고하였다(Fig. 2C). 이후 2014년, 칠곡군의 의뢰를 받아 지정구역 안에서 이루어진 기초 및 표본 조사에서 세립~중립질의 사암층에 보존된 3점의 나무고사리 화석을 포함, 지표에서 전석으로 확인된 100점 이상의 표본이 확보되었다(Kim et al., 2015; Fig. 2D). 따라서, 지금까지 금무봉에서 발견·보고된 나무고사리 화석 가운데 길이(length), 장경(major axis), 단경(minor axis) 등이 확인된 표본은총 124 점이다(Table 1).

Table 1 . Morphometric data of tree fern fossil specimens collected from the Chilgok Geummubong fossil site.

Specimen collectorAverage size (cm)Minor/major aixs ratioAmount of specimen
LengthMajor axisMinor axis
Ogura (1927)18.017.610.60.65
Cheong & Paik (1992)21.517.010.00.594
KNUP (2003)13.9214.05.860.425
Kong et al. (2010)41.016.514.50.881
Kim et al. (2015)13.6013.457.220.53109

Figure 2. Diverse specimens of tree fern fossil collected from the Gummubong area. A: fragments of fossil tree fern that fell from an outcrop (Cheong and Paik, 1992), B: tree fern fossils preserved as outcrop within the coarse sandstone beds (KNUP, 2003), C: specimens found in the conglomerate bed out of the designated area (Kong et al., 2010), D: specimens discovered during the basic research of the tree fern fossil site (Kim et al., 2015), white arrows indicate leaf scars of tree fern.

4. 나무고사리 화석

나무고사리는 일반적인 양치식물과 달리 지표면에 수직으로 성장하는 튼튼한 줄기와 줄기 상부에 우산 형태의 큰 잎이 달려있는 것이 특징이며, 외형이 크게 변하지 않고 오늘날까지 이어져 살아있는 화석(living fossils) 으로 알려져 있다. 이러한 나무고사리는 따뜻하고 습한기후에 적응하여 주로 열대 및 아열대 지역에 서식하고있으며, 고환경, 고지리 연구에 효과적인 지표로 사용되고 있다(Yang et al., 2018). 쥐라기 후기에 처음 출현한목성양치과(Cyatheaceae)는 나무고사리 중 가장 큰 그룹으로, 보통 수 m( 최대 20m) 높이로 곧게 자라는 특징이있으며, Cyathea, Alsophila, Sphaeropteris 속에 포함된 약640종이 현존한다(PPG I, 2016). 이들의잎은길이가 3~4m 에 달하고, 수관의 지름이 6m 에 달하기도 한다(Large and Braggins, 2004). 중생대에 번성한 나무고사리는 대부분가지가 없는(일부는 Osmundaceae 처럼 이분형 가지를 가짐) 줄기를 가지고 있으며, 줄기를 둘러싸고 있는 잎자루기부와 부정형 뿌리, 줄기 꼭대기에서 무리지어 나는 잎으로 구성된다(Tidwell and Ash, 1994; Taylor et al., 2010).

중생대 나무고사리(Cyatheaceae과) 줄기 화석은 우리나라(칠곡, 성주)와 일본(와카야마, 군마, 기후, 치바, 홋카이도), 필리핀(민도로섬) 등 인접 국가의 백악기 퇴적층에서 발견되고 있다. 이들은 해부학적 특징이 현생 나무고사리인 Cyathea의 줄기와 비슷하여 Cyathocaulis 속으로 분류되었으며, C. naktongensis, C. tateiwai, C. yabei, C. ogurae를 포함하여, C. nihei-takagiiC. yezopteroides까지 총 6종이 알려져 있다(Table 2; Fig. 3). 또한, 일본에서는 잎줄기 화석인 Cyathorachis fujiiana, C. yudzuru-ogurae, C. yubariensis 가 보고되었으며, 홋카이도의 후기백악기 퇴적층에서 여러 종의 나무고사리 포자 화석이풍부하게 산출된다(Miki, 1977). 이러한 연구 결과로 볼때, 동북아시아는 중생대 백악기 동안 Cyatheaceae 과의초기 나무고사리가 광범위하게 분포한, 생물지리적 중심지였을 가능성을 시사한다(Cheng and Yang, 2017).

Table 2 . Information of 7 species belonging to the tree fern genus Cyathocaulis, reported in Asia (Korea, Japan, and Philippines).

Species NameLocationGeological timeReferenceNote
C. naktongensisGeummusan, Chilgok, KoreaBarremianOgura (1927)Fig. 3-1.
Geummusan, Chilgok, KoreaBarremianCheong & Paik (1992)Fig. 3-2.
Naksan-ri, Chilgok, KoreaBarremianKNUP (2003)Fig. 3-3.
Geumsan-ri, Chilgok, KoreaBarremianKong et al. (2011)Fig. 3-4.
Wakayama, Japanlate HauterivianOgura (1927)Fig. 3-7.
Gunma, Japanlate Barremian~early AptianNishida & Tanaka (1982)Fig. 3-8.
Gifu, Japanlate Barremian~early AptianTerada et al. (2001)Fig. 3-9.
C. tateiwaiDoheung-ri, Seongju, KoreaBarremianOgura (1938)Fig. 3-5.
C. yabeiMindoro Island, PhilippinesCretaceous?Ogura (1941a)Fig. 3-10.
C. oguraeHokkaido, JapanTuronian~ConiacianHashomoto (1971)Fig. 3-11.
C. nihei-takagiiChiba, JapanBarremian~AptianNishida & Nishida (1983)Fig. 3-12.
C. yezopteroidesHokkaido, JapanSantonianNishida (1989)Fig. 3-13.
C. sp.Hapan-ri, Chilgok, KoreaAptian~early AlbianLee & Yang (2006)Fig. 3-6.

Figure 3. Early Cretaceous phytogeographic region of East Asia (Kimura, 1987) and locality that the genus Cyathocaulis fossils were reported. See Table 2 for detailed information on each number (modified from Yabe et al., 2003).

이 가운데, C. naktongensis 는 우리나라를 비롯해 일본에 걸쳐 가장넓은 범위에서 산출되는 종으로서, Ogura(1927) 가 칠곡 금무산 일원에서 발견한 모식표본을 근거로 일본 와카야마현의 표본을 함께 기재한 이후, 금무산 주변(낙산리와 금산리), 일본 군마현과 기후현에서도 추가적으로 보고된 바 있다(Nishida and Tanaka, 1982; Cheong and Paik, 1992; Terada et al., 2001; Kong et al., 2011). 오늘날 목성양치과 Cyathocaulis속 고사리의 산출은 중생대 백악기 료세키형 식물군(Ryoseki-type flora) 의 독특한특징으로 알려져 있다(Kimura, 2000; Yabe et al., 2003; Fig. 3). 나무고사리 산출지가 혼합형 식물군에 포함되는우리나라를 제외하면, 일본 기후현에서 발견된 C. naktongensis만이 테토리형 식물군(Tetori-type flora) 에 속하고 있어, 이에 대한 추가 연구 필요성이 언급되었다(Yabe et al., 2003).

낙동층에서는 고사리류 잎화석 13 종을 포함, 속씨식물이 포함되지 않은 40 여종의 다양한 식물화석이 확인된바 있다(Tateiwa, 1928; Kimura, 2000). 고식물학적 연구결과, 낙동식물군은 쥐라기 후기부터 백악기 전기까지 동아시아에 공존했던 세 가지 유형의 식물군 가운데 테토리형(Tetori-type) 과 료세키형(Ryoseki-type) 의 특징을 함께 가진 혼합형 식물군(Mixed-type flora) 으로 알려져 있다(Kimura, 2000). 테토리형 식물군은 온난하면서 비교적습한 기후 조건을 나타내며, 료세키형 식물군은 아열대환경으로서 적색층이나 증발암의 존재로 일부 건기가 지속되는 환경을 지시한다. 따라서 혼합형 식물군에 속한낙동식물군은 아열대~온대의 특징을 모두 가지고 있어당시 나무고사리가 생존할 수 있는 적합한 기후 조건이었음을 추정할 수 있다(Cheong and Paik, 1992; Yabe et al., 2003).

5. 해부학적 특징

칠곡 금무봉 일원에서 산출된 나무고사리 화석의 외형과 해부학적 특징을 파악하기 위해 2007년 왜관읍 금산리에서 수습되어 국립문화재연구원에 소장 중인 표본(NHCG-XX01)을 관찰하였다(Fig. 4A). 위로 갈수록 직경이 감소하여 전체적으로 원뿔형을 보이는 표본은 길이가약 41cm이며, 장경과 단경은 각각 16.5cm와 14.5cm 이다. 전체적으로 약간 납작한 타원형의 횡단면을 보이며, 표면의 대부분은 줄기를 감싸고 있는 근괴로 덮여있으나상부에는 일부 근괴가 탈락되어 중심주가 노출되어 있다(Fig. 4C). 또한, 드물지만 표면에서 마름모꼴 형태(길이5~6cm, 폭 2cm 내외)의 엽흔(잎자루가 떨어져 나간 흔적) 구조가 인지되는데(Figs. 4A arrow and 4B), 근괴로 피복되어 있어 Ogura(1927) 가 언급한 관다발 구조는 파악되지 않지만, 형태와 크기, 위치 등으로 볼 때, 엽흔으로 판단된다. 다수의 균열이 수평방향으로 발달하고 있어 상대적으로 절리와 미세 균열이 적은 상부 조각에 대해1.5cm 간격의 연속된 세 지점을 자른 후, 해부학적 연구를 위한 횡단면과 박편을 제작하였다(Figs. 4D and 6). 각횡단면(a~c)의 장경과 단경은 위에서 아래로 각각9.3×5.6cm, 9.7×6.4cm, 10.1×6.4cm이다(Figs. 4C and 4D). 이를 통해 확인된 Cyathocaulis속 나무고사리 화석의 세부 특징을 기존 연구 결과와 비교, 검토하였다(Figs. 2C, 4A~D, 5, 6A~I and 7B~C).

Figure 4. Specimen NHCG-XX01 of tree fern fossil. A: gross morphology, B: leaf scar structures on the stem surface and schematic diagram of vascular bundles of the leaf scars (Ogura, 1927), C: cross-sectional location of tree fern stem (1.5 cm interval), D: cross-sectional view in C. Scale bar represents 2 cm.
Figure 5. Anatomical characteristics of tree fern stem fossil shown in cross section (specimen NHCG-XX01).
Figure 6. Anatomical features of Cyathocaulis naktongensis (NHCG-XX01). A: pith, B and C: stele and sclerenchymatous sheath, D: sclerenchymatous sheath, E: medullary root-trace, F: cortical root-trace, G: medullary bundle, H: root-mass, I: vascular bundles of heart shaped.
Figure 7. Sketch of tree fern stem and cross-sectional structure (A), and middle section (B) and bottom view (C) of specimen NHCGXX01, white arrows indicate stele (A from Large and Braggins, 2004).

나무고사리의 단면 분석결과, 수(PI)는평균지름 0.1mm 내외의 세포로 이루어져 있으며, 각 세포는 원형 내지 타원형을 보인다(Figs. 5 and 6A). 중심주(ST)는 줄기의 내부에서 굴곡하며, 8개 내외의 분주(U자, W자, S자형으로분리)로 나뉘어 안쪽과 바깥쪽으로 끊어져 있다. 이렇게끊어진 부분은 엽격(LG)이 된다. 중심주는 모서리가 둥근불규칙한 다각형 세포가 모인 벌집 형태(Figs. 5 and 6B) 로서, 신장되거나 구부러진 세포가 다수 관찰된다(Fig. 6C). 후막조직대(SC)는 중심주를 얇게 둘러싸고 있는 구조로서, 중심주 구성 세포의 1/5정도 크기의 원형~다각형 세포들이 밀집되어 있음을 알 수 있다(Figs. 5 and 6D).

근적은 수의 주변과 분주의 바깥쪽에 분포하는데 구조적으로 근괴와 동일하며, 중심부에 도관을 가지고 있다. 여러 개의 원형~타원형 세포들로 구성되는데, 수(중심주안쪽)에서는 수주근적(medullary root-trace, MR)이 다수 관찰(Figs. 5 and 6E)되며, 분주의 외측(중심주와 근괴 사이에 존재)에서는 피주근적(cortical root-trace, CR)이 나타난다(Figs. 5 and 6F). 수주조(medullary bundle, MB) 는수 내부에 불규칙하게 산재하고 있는 유관속으로 수십개의 도관으로 구성되어 있으며, 각 도관은 타원~다각형을 보인다(Figs. 5 and 6G). 일부 수주조의 경우 후막조직대를 동반하기도 한다. 분주가 외측으로 열린 엽격에서는엽적(leaf trace, LT) 이다수관찰되지만, 잎자루(petiole) 나 엽흔(leaf scar)은 확인되지 않는다. 1~2mm 내외의 직경을 가진 튜브 형태의 뿌리는 원형~타원형 단면을 보이며, 중심의 도관 구조와 이를 둘러싼 소세포 다발로 이루어진 짙은 색의 층, 이보다 큰 세포들로 구성된 연한색의 동심원 층으로 구분된다(Figs. 5 and 6H). 개별 뿌리들의 무질서한 다발로 구성된 근괴(root-mass, R)는 줄기에서 바깥쪽(외부)을 향해 뻗어 있다.

본 연구에서는 횡단면만 관찰되어, 종단면의 수 세포를 확인할 수 없었지만 이전 연구 결과들을 종합해 볼때, 수 세포는 전체적으로 구형임을 알 수 있다(Cheong and Paik, 1992; Lee and Yang, 2006). 근괴 내부에서는하트형 단면을 가진 유관속이 관찰되기도 하는데 이러한세부 구조는 Cyathorachis fujiiana에서도 보고된 바 있다(Ogura, 1927; Fig. 6I). 박편과 마찬가지로 표본의 횡단면(a~c 단면; Fig. 4D) 에서는 중심주가 밖으로 열린 엽격과 함께 엽적이 확인되지만, 근괴 속으로 돌출된 잎자루는 관찰할 수 없었다. 이는 풍화로 인해 좌우 측면을 제외한 대부분의 근괴가 소실되어, 잎자루와 관련된 구조가 보존되지 않았기 때문으로 판단된다. 상기한 특징들은 전형적인 Cyathocaulis 속의 나무고사리 화석임을 지시하며, 줄기 표면에서 확인되는 엽흔 구조와 횡단면에서의 엽적 발달 양상을 통한 나선형 잎차례 추정, C. tateiwai로 알려진 표본은 모두 성주군 선남면에서 제한적으로 산출(Ogura, 1927, 1941b)되었음을 근거로 본 표본을 C. naktongensis 로 동정한다.

6. 고찰 및 해석

6.1. 금무봉 나무 고사리 줄기 화석 Cyathocaulis 속의 분류 특징

Ogura(1941b)는 한국에서 보고된 나무고사리 화석 2종(C. naktongensis, C. tateiwai)의 차이점을 (1) 잎의 배열상태와 잎자루의 탈락 위치, (2) 근괴의 두께로 설명하였다. 즉, C. naktongensis는 잎이 나선형으로 돌려나며, 잎이 떨어질 때 잎자루와 함께 깨끗이 탈락하고 근괴가 두꺼운 반면, C. tateiwai의 잎은 위아래로 열지어 배열하고잎자루가 그대로 남아있으며, 근괴가 얇은 특징을 가지는데 이러한 차이에 의해 두 종을 구분하였다(Nishida, 1989). 이에 Cheong and Paik(1992) 은 나무고사리 줄기화석의 횡단면을 관찰하여 분주(meristele)가 바깥쪽으로열리는 부분에서 엽적(leaf trace)과 잎자루를 기재하였으며, 그 배열을 통해 잎차례(phyllotaxy)를 나선형으로 추정하였다. 줄기에서는 엽흔의 배열을 확인할 수 없었으나, 근괴가 상대적으로 두꺼운 점을 들어 이 표본을 C. naktongensis로 최종 동정하였다. 하지만 상기한 분류학적 특징이 표본에서 명확하게 구분되지 않아, Ogura가 세분한 Cyathocaulis속의 두 종이 같은 종일 가능성을 제기한 바 있다. Lee and Yang(2006) 도 경상북도 칠곡군 하판리에서 확보된 나무고사리 화석의 해부학적 연구를 수행하는 과정에서 Ogura 의 기준을 충족하는 잎자루의 세부 형태나 엽서 관찰이 쉽지 않아 종수준의 분류를 보류하였다. 따라서, 본 연구에서 관찰된 결과를 토대로Ogura(1941b)가 언급한 주요 특징이 두 종을 분류하는기준으로 적합한지 고찰해 보고자 한다.

ⓐ 잎의 배열 상태와 잎자루의 탈락 위치

잎의 배열은 주로 줄기 표면에서 인지되는 엽흔의 위치나 횡단면에서 관찰되는 엽적의 특징으로 파악 할 수있는데, 국내 연구자들은 표본이 대부분 두꺼운 근괴로둘러싸여 있어 엽흔을 확인할 수 없다고 하였다(Cheong and Paik, 1992; Lee and Yang, 2006). 다만, Cheong and Paik(1992)은 횡단면상에서 인지되는 잎자루의 배열 양상을 통해 C. naktongensis의 잎차례를 나선형으로 유추한 바 있다. 나무고사리가 성장하면 기존 잎은 떨어지고상위에 새로운 잎이 자라게 되는데, 이 때 줄기와 잎을연결하는 부분이 잎자루이다. 잎이 잎자루와 함께 줄기에서 탈락하게 되면, 나무고사리 줄기 표면에는 독특한형태의 엽흔이 남게 된다. 잎(혹은 잎자루)의 형성 과정을 줄기의 횡단면에서 관찰하면, 중심주(ST)가 분주되어열린 엽격(leaf gap)을 통해, 중심에서 바깥쪽으로 엽적 (LT) 이 만들어지고, 점점 외부로 비대해져가면서 잎자루(잎)가 발달하는 것으로 보인다(Figs. 5 LG and 5 LT).

Ogura(1927, 1941b) 는 잎자루의 탈락 모습 차이를 통해 C. naktongensisC. tateiwai를 구분하고 있으나, 그의 논문이나 사진에는 이에 대한 명확한 증거가 제시되어 있지 않다(Cheong and Paik, 1992). 특히, C. tateiwai 로 동정한 표본을 연구하는 과정에서, 보존 상태나 표본수의 제약으로 C. naktongensis 와의 차이점을 오인했을가능성도 존재한다. 즉, Ogura(1927)는 성주군 선남면에서 산출된 단 하나의 표본을 조사하여, Cibotium 유형의엽적 배열 특징과 잎자루의 기부가 줄기 표면에 남아있는 점을 들어 Cibotiocaulis 속을 제안하였으며 이후, 현장에서 직접 추가 샘플을 확보·조사하면서 엽적의 배열이 Cyathocaulis속과 유사하다는 점을 재확인하여 속명을 변경하였다(Ogura, 1941b). 또한, C. naktongensis는 왜관 금무봉 일원, C. tateiwai는 성주군 선남면 일원에서 확보된 표본에 기초하고 있는데, 직선거리로 6km밖에 떨어져 있지 않은 두 지역에 서로 다른 종이 제한적으로 분포하고 있었다는 Ogura의 해석에도 합리적 의구심이 든다. Ogura(1941b) 의 현지조사 이후, 성주군 선남면 일대에서는 여러 차례의 시도에도 불구하고 오늘날까지 추가 표본이 확인되지 않았다. 반면, Ogura 는 C. tateiwai를 존속시키는 기준으로, 잎자루의 기부가 완전히탈락하지 않은 모습을 “다소 볼록(somewhat bulge out)하다”라고 표현하였는데, 이를 판단하는 근거가 명확하지 않다. 일례로 Cheong and Paik(1992)C. naktongensis로 동정한 표본의 횡단면에서 관찰된 잎자루의 특징이C. tateiwai와 유사하여 분류가 쉽지 않았음을 언급하였다.

한편, 나무고사리 줄기 화석(NHCG-XX01 표본) 표면에서는 일부 엽흔이 인지되는데, 근괴의 유무나 보존 상태, 관찰 위치에 따라 나선형과 상하 직선상의 잎차례가모두 확인될 것으로 판단된다(Fig. 4A arrow). 다른 표본(Fig. 2D)에서도 엽흔으로 추정되는 구조가 오목한 마름모꼴과 다소 볼록한 형태로 공존하고 있으며, 동일한 표본 내에서도 엽흔의 배열이 나선형 또는 상하 직선상으로해석될여지가충분하다. 세개의연속된횡단면(Fig. 4D) 과 박편에서도, 중심주가 분주되어 외부로 열린 엽격과엽적의 존재, 최소 3지점의 엽적 발달 양상이 파악되며, 이를 통해 어느 정도 잎차례의 유추가 가능하다. 이를 종합하면, Ogura(1927, 1941b)가 언급한 잎의 배열과 잎자루 탈락 위치는 조사자의 관점에 따라 달리 해석될 수있으며, 한 표본에서도 분류학적 특징이 혼재되어 있거나 뚜렷하게 구분되지 않아, Cyathocaulis 속의 두 종을구분하는 직접적인 기준이 되기 어렵다고 판단된다.

ⓑ 근괴의 두께

현생 나무고사리 줄기의 해부학적 구조로 볼 때, 한 개체 내에서도 성장 단계나 줄기(단면) 관찰 위치에 따라근괴의 유무와 두께가 서로 상이함을 알 수 있다(Fig. 7A). 따라서, 불완전하게 보존된 나무고사리 화석에서 확인되는 근괴의 두께 차이를 기준으로 Cyathocaulis 속의 두종을 구분하는 것이 타당한지 검토가 필요하다. 나무고사리 줄기 화석(NHCG-XX01 표본)의 전체적인 모습과단면을 관찰한 결과, 원뿔 형태의 외형은 위치에 따른 단면의 두께와 형태의 다양성을 반영한다. 가운데 부분의단면에서는 중심주(Fig. 7B arrow) 주변으로 일정한 두께의 근괴가 둘러싸고 있으나, 최하부 단면을 살펴보면 원형에 가까운 중심주가 한쪽으로 치우쳐져 있고, 상대적으로 두꺼운 근괴가 비대칭으로 피복되어 있는 모습이확인된다(Fig. 7C). 이러한 현상은 나무고사리 생존 당시의 모습 반영(Figs. 4A and 7A. 예: 뿌리에 가까운 부분), 풍화·침식에 따른 근괴 소실 및 파손(Fig. 4C. 중심주까지 노출), 화석화 과정(Fig. 4D. 상부의 하중에 따른 타원형 횡단면)이 이유가 될 수 있다. 퇴적암 내의 보존 위치와 지구조적인 환경에 따라 개별 화석의 변형 정도에는차이가 있지만, 국내에서 확인된 대부분의 중생대 나무고사리 화석은 상부 압력에 의한 눌림으로 타원형 횡단면을 나타낸다(Figs. 2A~D). 동일한 기작으로 줄기를 감싼 근괴의 두께에도 상당한 변화가 있을 것으로 판단되며, Cheong and Paik(1992)은 원통형 나무고사리가 상위퇴적물의 무게로 인해 타원의 단면을 가지게 되면서, 부분적으로 뿌리나 줄기의 두께가 변동되었음을 언급한 바있다. 이처럼, 다양한 이유로 동일한 표본 내에서도 근괴의 두께가 달라질 수 있기에, 상대적인 두께 차이와 정성적인 표현(“두껍다와 얇다”)에 따른 분류 기준은 종을구분하는 데 적합하지 않다. 따라서, 상기한 초기 분류기준의 한계로 인해 국내에서 보고된 나무고사리 화석은단일 종인 Cyathocaulis naktongensis 로 수렴될 것으로 보인다. 향후, 추가 산출 표본에 대한 후속 연구를 통해 모식 표본/동아시아에서 보고된 나무고사리 화석과의 비교, 세부 기재에 따른 동정과 명확한 분류 기준 마련을 도모하고자 한다.

6.2. 천연기념물 지정구역 조정

칠곡 금무봉 나무고사리 화석산지는 일제강점기『조선보물고적명승천연기념물보존령(1933)』에 의해 천연기념물 146호 「왜관 금무봉 화석 고사리 포함지」라는 명칭으로 지정되었으며 이후, 1962년 우리나라 문화재보호법이 시행되면서 일제강점기에 관리되었던 천연기념물 목록이 그대로 이어져 천연기념물 146호 「칠곡 금무봉 나무고사리 화석산지」로 지정되었다. 당시, 금무봉 나무고사리 화석산지의 문화재 구역은 일제강점기의 천연기념물 지정 자료에 의거하여 설정되었다(Fig. 8). 당시 자료에 의하면, 화석산지의 소재지는 왜관면 낙산동(현재의낙산리)와 지천면 금호동(현재의 금호리)로 금무봉 일대를 광범위하게 포함하고 있는데, 이 기준이 지금까지 이어져 오고 있다. 따라서, 금무봉 화석산지는 일제강점기부터 현재까지 약 80~90 년 동안 문화재 보존과 보호를위한 각종 규제 정책이 이어져 오고 있어 이에 따른 사회적 갈등과 민원이 발생하고 있으며, 일부에서는 지정해제와 문화재 구역 축소 조정을 요구하고 있다. 반면, 2014년 칠곡군이 실시한 학술용역에 참가한 연구자들은지정구역(core zone) 옆 허용기준 제1구역에서 공룡 골격과 나무고사리 화석이 퇴적층에서 발견된 것을 근거로확대를 건의하기도 하였다(Kim et al., 2015).

Figure 8. Classification of cultural property management area for Chilgok Geummubong Tree Fern Fossil Site.

지정구역 조정의 핵심은 정확한 화석 산출 위치를 모르는 상태에서 국가가 광범위한 지역을 문화재 구역(지정구역, 1구역, 2구역, 3구역)으로 설정하였다는 것에 있다(Fig. 8). 특히, 문화재 구역 중 지정구역(core zone)에서 지금까지 나무고사리가 함유된 화석층이 발견되지 않은 것이 꾸준히 문제 제기 되고 있으나, 1) 선행연구(Ogura, 1927; Cheong and Paik, 1992; Kong et al., 2010) 에서 나무고사리 줄기 화석이 금무봉 일대에 널리 분포하는 낙동층 내 역암층준에서 산출될 것으로 판단한 점, 2) 지정구역은 아니지만, 지정구역 인접(허용기준 1구역과 3구역) 지역에서 2003 년과 2007년 및 2014 년에 퇴적암 내 보존된 나무고사리 화석이 발견되었다는 사실(Kong et al., 2010; Kim et al., 2015), 3) 2014 년, 칠곡군의 의뢰를 받아 문화재 구역 안에서 이루어진 기초 및 표본 조사에서 100 여점의 화석들이 전석으로 발견된 점(Kim et al., 2015) 등은 금무봉 일대에 넓게 분포하는 낙동층내역암/사암층준이 함화석층일 가능성을 의미한다(Fig. 1). 또한, 현지 주민들의 증언에 따르면 1980 년대까지 화석산지 인근의 면사무소와 초등학교에 다수의 나무고사리화석들이 보관되어 있었다고 하며, 이러한 사실은 1980 년대까지만 해도 금무봉 일대에서 나무고사리 화석을 쉽게 찾을 수 있었음을 의미한다. 지금까지 확인된 자료와증언을 통해 금무봉 나무고사리 화석은 낙동층의 역암/ 사암층 내에 광범위하게 보존되어 있고, 금무봉 지역의계곡과 토양 퇴적층에 산재되어 있는 것으로 해석된다. 따라서, 금무봉 나무고사리 화석산지의 지정 해제는 설득력이 없으며 지정구역(core zone) 확대 의견을 낸 연구자들도 전체 지정구역(core zone) 확대가 아닌 공룡골격등이 발견된 허용기준 제1구역의 일부를 지정구역(core zone)으로 편입할 것을 건의한 것으로 판단된다. 따라서, 약 80~90년 동안 이어져 내려온 현재의 지정구역과 허용기준 구역(1~3구역) 등 문화재 구역은 시대환경 변화에 맞게 적정성 검토를 통한 문화재 구역의 조정이 필요하다. 문화재는 예전부터 그 지역사회와 개인이 향유하던 삶의 공유터전이자 공유자산이었으므로 그들과의 공존과 상생 협력이 무엇보다 중요하다. 이에 지금까지 조사·발견된 나무고사리 화석들을 근거로, 기존 지정구역(core zone)에 허용기준 제1구역의 일부를 편입하는 대신,북쪽과 남쪽 일부를 허용기준 제1·2구역으로 조정하고기존 허용기준 1·2 구역도 큰 폭의 재조정이 필요할 것으로 판단된다.

7. 결론

1. 「칠곡 금무봉 나무고사리 화석산지」는 우리나라 중생대 고식물학 연구에 있어 상징적인 곳으로서, 1927년Cyathocaulis naktongensis가 보고된 이후 오늘날까지 종합학술연구나 환경 개선 사업이 미비하여 천연기념물 지정구역 조정과 나무고사리 화석의 산출 특성 파악, 분류학적 고찰 필요성이 꾸준하게 제기되었다.

2. 금무봉 나무고사리 화석은 지정구역 내 분포하는 낙동층의 역암/사암층이 함화석층으로 해석되며, 금무산 일대의 계곡과 토양 퇴적층의 넓은 범위에 걸쳐 흩어져 산출되는 것으로 판단된다.

3. 중생대의 나무고사리는 대부분 가지가 없는 줄기와이를 둘러싼 잎자루 기부/부정형 뿌리, 상부에 우산 형태의 잎을 가졌으며, Cyathocaulis naktongensis를 포함, 다양한 나무고사리가 한국과 일본, 필리핀에서 발견된 것으로 보아, 동북아시아가 중생대 백악기동안 목성양치과의 생물지리적 중심지로서 아열대~온대의 따뜻하고 습한기후조건이었음을 유추할 수 있다.

4. 나무고사리 화석의 외형과 해부학적 특징을 확인한결과, Cyathocaulis에 속하는 다양한 모습들(8개 내외로분주하는 중심주와 후막조직대, 줄기를 둘러싸는 근괴, 분주가 외측으로 열린 엽격과 엽적 등)이 관찰되며, 줄기표면에서 확인되는 엽흔 구조, 횡단면에서의 엽적 발달양상, 칠곡 금무봉 일원에서 산출된 표본임을 종합하여 Cyathocaulis naktongensis 로 동정된다.

5. 나무고사리 줄기 화석의 엽흔 구조와 횡단면에서 관찰되는 해부학적 특징을 종합해 볼 때, 잎의 배열과 잎자루의 탈락 위치는 조사자의 관점에 따라 달리 해석될여지가 있으며, 표본 내에서 뚜렷이 구분되지 않는다. 또한, 풍화·침식으로 인한 근괴 훼손, 퇴적 당시 상부 압력에 따른 눌림 현상 등으로 줄기와 이를 둘러싸고 있는근괴 두께 역시 상당한 변형이 예상된다. 따라서, 이러한기준은 Cyathocaulis 속의 두 종을 구분하는 데 적합하지않다.

6. 일제강점기에 지정되어 약 80~90 년 동안 이어져 내려온 현재의 지정구역과 허용기준 구역(1~3구역) 등 문화재 구역은 시대환경 변화에 맞게 적정성 검토를 통한재조정이 필요하다. 지금까지 조사·발견된 나무고사리 화석들을 근거로, 기존 지정구역(core zone)에 허용기준 제1구역의 일부를 편입하는 대신, 북쪽과 남쪽 일부를 허용기준 제1·2구역으로 조정하고 기존 허용기준 1·2 구역도 큰 폭의 재조정을 위한 검토가 필요하다.

감사의 글

이 연구를 위해 많은 도움을 준 국립문화재연구원의 김태형 박사, 나무고사리 화석 표본을 제공해 주신 동아대학교 박인석 교수, 경북대학교 고생물학연구실 및 칠곡군 관계자와 주민분들께 감사드리며, 논문의 심사과정에서 세심한 검토와 지적으로 논문의 질을 높여주신 세분의 심사위원님께 감사드린다. 이 논문은 문화재청 국립문화재연구원의 지질유산 보존관리를 위한 기초조사 및활용 연구(NRICH-2405-A71F-1)의 일환으로 수행되었으며, 2008~2011 년 실시한 」천연기념물 화석산지 모니터링조사 보고서」의 내용 중 일부를 발췌·수정하였다.

Fig 1.

Figure 1.Geological map of the Geummubong area where tree fern fossils are found (modified from Tateiwa, 1928).
Economic and Environmental Geology 2024; 57: 93-105https://doi.org/10.9719/EEG.2024.57.1.93

Fig 2.

Figure 2.Diverse specimens of tree fern fossil collected from the Gummubong area. A: fragments of fossil tree fern that fell from an outcrop (Cheong and Paik, 1992), B: tree fern fossils preserved as outcrop within the coarse sandstone beds (KNUP, 2003), C: specimens found in the conglomerate bed out of the designated area (Kong et al., 2010), D: specimens discovered during the basic research of the tree fern fossil site (Kim et al., 2015), white arrows indicate leaf scars of tree fern.
Economic and Environmental Geology 2024; 57: 93-105https://doi.org/10.9719/EEG.2024.57.1.93

Fig 3.

Figure 3.Early Cretaceous phytogeographic region of East Asia (Kimura, 1987) and locality that the genus Cyathocaulis fossils were reported. See Table 2 for detailed information on each number (modified from Yabe et al., 2003).
Economic and Environmental Geology 2024; 57: 93-105https://doi.org/10.9719/EEG.2024.57.1.93

Fig 4.

Figure 4.Specimen NHCG-XX01 of tree fern fossil. A: gross morphology, B: leaf scar structures on the stem surface and schematic diagram of vascular bundles of the leaf scars (Ogura, 1927), C: cross-sectional location of tree fern stem (1.5 cm interval), D: cross-sectional view in C. Scale bar represents 2 cm.
Economic and Environmental Geology 2024; 57: 93-105https://doi.org/10.9719/EEG.2024.57.1.93

Fig 5.

Figure 5.Anatomical characteristics of tree fern stem fossil shown in cross section (specimen NHCG-XX01).
Economic and Environmental Geology 2024; 57: 93-105https://doi.org/10.9719/EEG.2024.57.1.93

Fig 6.

Figure 6.Anatomical features of Cyathocaulis naktongensis (NHCG-XX01). A: pith, B and C: stele and sclerenchymatous sheath, D: sclerenchymatous sheath, E: medullary root-trace, F: cortical root-trace, G: medullary bundle, H: root-mass, I: vascular bundles of heart shaped.
Economic and Environmental Geology 2024; 57: 93-105https://doi.org/10.9719/EEG.2024.57.1.93

Fig 7.

Figure 7.Sketch of tree fern stem and cross-sectional structure (A), and middle section (B) and bottom view (C) of specimen NHCGXX01, white arrows indicate stele (A from Large and Braggins, 2004).
Economic and Environmental Geology 2024; 57: 93-105https://doi.org/10.9719/EEG.2024.57.1.93

Fig 8.

Figure 8.Classification of cultural property management area for Chilgok Geummubong Tree Fern Fossil Site.
Economic and Environmental Geology 2024; 57: 93-105https://doi.org/10.9719/EEG.2024.57.1.93

Table 1 . Morphometric data of tree fern fossil specimens collected from the Chilgok Geummubong fossil site.

Specimen collectorAverage size (cm)Minor/major aixs ratioAmount of specimen
LengthMajor axisMinor axis
Ogura (1927)18.017.610.60.65
Cheong & Paik (1992)21.517.010.00.594
KNUP (2003)13.9214.05.860.425
Kong et al. (2010)41.016.514.50.881
Kim et al. (2015)13.6013.457.220.53109

Table 2 . Information of 7 species belonging to the tree fern genus Cyathocaulis, reported in Asia (Korea, Japan, and Philippines).

Species NameLocationGeological timeReferenceNote
C. naktongensisGeummusan, Chilgok, KoreaBarremianOgura (1927)Fig. 3-1.
Geummusan, Chilgok, KoreaBarremianCheong & Paik (1992)Fig. 3-2.
Naksan-ri, Chilgok, KoreaBarremianKNUP (2003)Fig. 3-3.
Geumsan-ri, Chilgok, KoreaBarremianKong et al. (2011)Fig. 3-4.
Wakayama, Japanlate HauterivianOgura (1927)Fig. 3-7.
Gunma, Japanlate Barremian~early AptianNishida & Tanaka (1982)Fig. 3-8.
Gifu, Japanlate Barremian~early AptianTerada et al. (2001)Fig. 3-9.
C. tateiwaiDoheung-ri, Seongju, KoreaBarremianOgura (1938)Fig. 3-5.
C. yabeiMindoro Island, PhilippinesCretaceous?Ogura (1941a)Fig. 3-10.
C. oguraeHokkaido, JapanTuronian~ConiacianHashomoto (1971)Fig. 3-11.
C. nihei-takagiiChiba, JapanBarremian~AptianNishida & Nishida (1983)Fig. 3-12.
C. yezopteroidesHokkaido, JapanSantonianNishida (1989)Fig. 3-13.
C. sp.Hapan-ri, Chilgok, KoreaAptian~early AlbianLee & Yang (2006)Fig. 3-6.

References

  1. Chang, K.H. (1975) Cretaceous stratigraphy of Southeast Korea. Journal of the Geological Society of Korea, v.11(1), p.1-23.
  2. Chang, K.H., Suzuki, K., Park, S.O., Ishida, K. and Uno, K. (2003) Recent advances in the Cretaceous stratigraphy of Korea. Journal of Asian Earth Sciences, v.21(8), p.937-948. doi: https://doi.org/10.1016/S1367-9120(02)00142-6
    CrossRef
  3. Cheng, Y.M. and Yang, X.N. (2017) A new tree fern stem, Heilongjiangcaulis keshanensis gen. et sp. nov., from the Cretaceous of the Songliao Basin, Northeast China: a representative of early Cyatheaceae. Historical Biology, v.30, p.518-530. doi: https://doi.org/10.1080/08912963.2017.1301445
    CrossRef
  4. Cheong, C.H. and Paik, K.H. (1992) Study on tree fern fossil site at Mt. Geummubong. Report on Natural Monument and Dinosaur Tracks, The Geological Society of Korea, p.3-41(in Korean).
  5. Choi, S.J. (1989) Fossil charophytes from the Nagdong Formation in Seonsangun, Gyeongsangbukdo, Korea. Journal of the Paleontological Society of Korea, v.5, p.28-38.
  6. Han, S.H. (2017) Preservation and Practical Application of Stromatolites in Gyeong-san. Journal of the Korean Association of Regional Geographers, v.23(2), p.366-375.
    CrossRef
  7. Hashimoto, W. (1971) On a new Cretaceous tree fern from Nakagawa-machi, Teshio Province, Hokkaido. Science Reports of the Tokyo Gakugei Daigaku, Section C, v.11, p.1-10.
  8. Kang. H.C. and Paik, I.S. (2013) Review on the geological ages of the formations in the Gyeongsang Basin, Korea. Journal of the Geological Society of Korea, v.49(1), p.17-29. doi: https://doi.org/10.14770/jgsk.2013.49.1.17
    CrossRef
  9. Kim, K.S., Paik, I.S., Kim, K.S., Seo, S.J., Kang, H.C., Kim, H.J., Jeong, E.K., Kim, J.M., Seo, H.S., Seol, W.K., Kim, Y.H., Ha, S.W., Choi, J.W. and Son, M.J. (2015) Chilgok Geummubong Tree Fern Fossil Site Comprehensive Academic Survey and Sample Survey Report. Chilgokgun, 406p.
  10. Kimura, T. (2000) Notes on the two Early Cretaceous floras in South Korea, Geosciences Journal, v.4, p.11-14. doi: https://doi.org/10.1007/BF02910209
    CrossRef
  11. KNUP(Kyungpook National University Paleontologylab) (2003) Geological and fossil investigation in the Naksan-ri area, Waegwan-eup, Chilgok-gun, Gyeongsangbuk-do. unpublished.
  12. Kobayashi, T. and Suzuki, K. (1936) Non-marine shells of the Nakdong-Wakino Series. Japanese Journal of Geology and Geography, v.13, p.243-257.
  13. Kong, D.Y., Choi, D.W., Kim, T.,H. and Lim, J.D. (2010) Natural Monument Fossil Site Monitoring Survey Report. National Research Institute of Cultural Heritage, 303p.
  14. Kong, D.Y., Kim, T.H., Won, S.H., Jun, C.P. and Jung, S.H. (2011) Natural Monument Fossil Site Monitoring Survey Report. National Research Institute of Cultural Heritage, 353p.
  15. Kong, D.Y. and Lee, S.J. (2009) Reconsideration of the Natural Monument No.413 Mungokri Stromatolite, Yeongwol, Korea. Journal of the Geological Society of Korea, v.45(6), p.711-723.
  16. Kong, D.Y. and Lee, S.J. (2014) Significance of “Pre-study Post-designation” strategy in natural monument designation system: with special reference to geologic heritage. Journal of the Korean Earth Science Society, v.35(5), p.324-332. doi: https://doi.org/10.5467/JKESS.2014.35.5.324
    CrossRef
  17. Kong, D.Y. and Lee, S.J. (2023) Natural Monument Cretaceous Stromatolite at the Daegu Catholic University, Gyeongsan: Occurrences, Natural Heritage Values, and Plan for Preservation and Utilization. Munhwajae, v.56(3), p.214-232. doi: https://doi.org/10.22755/kjchs.2023.56.3.214
    CrossRef
  18. Large, M.F. and Braggins, J.E. (2004) Tree Ferns. Timber Press, Oregon, Portland, 360p.
  19. Lee, K.J. and Yang, S.Y. (2006) Fossil woods from the lower part of Gyeongsang Group, Korea. Journal of the Paleontological Society of Korea, v.22(2), p.263-280.
  20. Lee, T.H., Park, K.H. and Yi, K. (2012) SHRIMP U-Pb zircon ages of the Nakdong and Ulyeonsan Formations in the Gyeongsang Basin. 2012 Fall Joint Annual Conference of The Geological Societies in Korea (Abstract), Jeongseon, October 24-27, p.134(in Korean).
  21. Lee, T.H., Park, K.H. and Yi, K. (2018) SHRIMP U-Pb ages of detrital zircons from the Early Cretaceous Nakdong Formation, South East Korea: Timing of initiation of the Gyeongsang Basin and its provenance. Island Arc, v.27(5), e12258. doi: https://doi.org/10.1111/iar.12258
    CrossRef
  22. Lee, Y.I., Choi, T., Lim, H.S. and Orihashi, Y. (2010) Detrital zircon geochronology of the Cretaceous Sindong Group, Southeast Korea: implications for depositional age and Early Cretaceous igneous activity. Island Arc, v.19(4), p.647-658. doi: https://doi.org/10.1111/j.1440-1738.2010.00717.x
    CrossRef
  23. Miki, A. (1977) Late Cretaceous pollen and spore floras of northern Japan. Journal of the Faculty of Science, Hokkaido University, Series IV, Geology and Mineralogy, v.17(3), p.399-436.
  24. Nishida, H. (1989) Structure and affinities of the petrified plants from the Cretaceous of Japan and Saghalien. V. Tree fern stems from Hokkaido, Paracyathocaulis ogurae gen. et comb. nov. and Cyathocaulis yezopteroides sp. nov. Botanical Magazine of Tokyo, v.102, p.255-282. doi: https://doi.org/10.1007/BF02488568
    CrossRef
  25. Nishida, H. and Nishida, M. (1983) On some petrified plants from the cretaceous of Choshi, Chiba Prefecture VII. Botanical Magazine of Tokyo, v.96, p.93-101. doi: https://doi.org/10.1007/BF02491094
    CrossRef
  26. Nishida, H. and Tanaka, K. (1982) Anatomical studies of Cyathocaulis naktongensis Ogura from central Honshu, Japan. Bulletin of National Science Museum, Tokyo, Series C(Geology), v.8, p.19-30.
  27. Ogura, Y. (1927) On the structure and affinities of some fossil tree-ferns from Japan. Journal of the Faculty of Science, Imperial University of Tokyo, Section 3 Botany, v.1, p.351-380.
  28. Ogura, Y. (1938) Anatomie der Vegetationsorgane der Pteridophyten. Handbuch der pflanzenanat, Borntrager, Berlin, Germany, 476p.
  29. Ogura Y. (1941a) On the structure of a fossil tree fern from Mindoro, Philippine Islands. Jubilee Publication for Professor H Yabe’s 60 Birthday, v.2, p.911-917.
  30. Ogura, Y. (1941b) Additional notes on the structure of fossil tree ferns. Botanical Magazine of Tokyo, v.55, p.453-461.
    CrossRef
  31. Paik, I.S., Kim, H.J., Kang, H.C. and Lim, J.D. (2013) Dinosaur Tracksite at Jeori, Geumseongmyeon, Euiseonggun, Gyeongsangbukdo, Korea(National Monument No.373)-Occurrences, Significance in Natural History, and Preservation Plan-. Munhwajae, v.46(1), p.268-289. doi: https://doi.org/10.22755/kjchs.2013.46.1.268
    CrossRef
  32. Paik, I.S., Kim, H.J., Kang, H.C., Seol, W.K., Kim, K.S. and Jeong E.K. (2014) Sedimentary facies and depositional environments of the Nakdong Formation in the Geummubong Peak tree fern fossil site (Natural Monument No.146). 2014 Fall Joint Annual Conference of The Geological Societies in Korea (Abstract), Jeongseon, October 29-November 1, p.304(in Korean).
  33. PPG I (2016) A community-derived classification for extant lycophytes and ferns. Journal of Systematics and Evolution, v.54(6), p.563-603. doi: https://doi.org/10.1111/jse.12229
    CrossRef
  34. Tateiwa, I. (1928) Geological atlas of Chosen, no.10: Gyeongju, Yongcheon, Daegu and Waegwan sheet, Geological Survey of Chosen(Korea), 9p(in Japanese with English abstract).
  35. Taylor, T.N., Taylor, E.L. and Krings, M. (2010) Paleobotany, second edition: The biology and evolution of fossil plants. Academic Press, 1252p.
  36. Terada, K., Sekido, S. and Nishida, H. (2001) First record of fossil tree fern stem from the Tetori Group (Lower Cretaceous). Abstracts of the 16th Meeting of the Japanese Association of Historical Botany, p.37(in Japanese).
  37. Tidwell, W.D. and Ash, S.R. (1994) A review of selected triassic to Early Cretaceous ferns. Journal of Plant Research, v.107, p.417442. doi: https://doi.org/10.1007/BF02344066
    CrossRef
  38. Yabe, A., Terada, K. and Sekido, S. (2003) The Tetori-type flora, revisited: a review. Memoir of the Fukui Prefectural Dinosaur Museum, v.2, p.23-42.
  39. Yang, X., Liu, F. and Cheng, Y. (2018) A new tree fern stem, Tempskya zhangii sp. nov. (Tempskyaceae) from the Cretaceous of Northeast China. Cretaceous Research, v.84, p.188-199. doi: https://doi.org/10.1016/j.cretres.2017.11.016
    CrossRef
KSEEG
Apr 30, 2024 Vol.57 No.2, pp. 107~280

Stats or Metrics

Share this article on

  • kakao talk
  • line

Economic and Environmental Geology

pISSN 1225-7281
eISSN 2288-7962
qr-code Download