화산에 대해알아보자

지구 속 마그마가 지표면을 뚫고 나와 용암 등이 쌓여 만들어진 산체이다. 지구의 화산활동 대부분은 바다 밑에서 일어나며,[] 바다 밑 화산의 분출물이 해수면보다 높이 쌓이면 화산섬이 된다. 독도, 제주도, 하와이, 카나리아 제도, 아이슬란드, 산토리니 등이 대표적인 화산섬이다.

법률상 화산은 '땅속 깊은 곳에 있는 마그마가 지표 또는 지표 가까이에서 분화하여 화산재·화산가스 등이 발생하는 현상'이다(지진ㆍ지진해일ㆍ화산의 관측 및 경보에 관한 법률 제2조 제3호). 법률상 화산의 정의는 지형이 아니라 화산 분출 '현상'을 뜻한다.

화산 마그마의 형성과 상승

지구 속 암석은 특별한 조건[]이 갖춰지면 녹는다. 녹은 암석은 처음엔 광물 사이에 방울방울 있다가 여러 작용을 통해 뭉친다. 뭉친 덩어리가 바로 마그마이다. 마그마의 규모가 화산 활동의 공급원이 될 만큼 충분하다면 마그마굄(magma chamber)이라고 부른다. 마그마굄의 임계점이 넘으면 화산이 폭발한다. 휘발성 물질은 화산 가스로 바뀌어 대기 중으로 흩어지며, 나머지는 용암이나 화산 쇄설물이 되어 화구 주변에 쌓인 뒤 식는다.

마그마는 대부분 액체 상태라서 주위 암석보다 밀도가 낮기 때문에 지표면 부근까지 서서히 상승한다. 마그마가 지표면에 다다르면 분출하기 시작하고, 분출물이 쌓여 화산암체(extrusive body)가 된다. 화산암체 중 산 모양인 것이 화산이다.[4] 화산은 모양과 성질에 따라 더 자세히 나뉜다.

지하 깊은 곳의 암석은 유동적(ductile)인 반면 지표면에 가까운 암석은 온도가 낮기 때문에 더 단단(brittle)하다. 유동적인 마그마는 주변 암석에 균열을 내거나 균열을 따라 이동한다(이때 화산성 지진이 발생할 수 있다). 마그마의 구조는 매우 복잡하고, 상승하는 시간도 제각각이다. 따라서 마그마의 형성 기원이 같더라도 그 성질과 화산 분출 양상이 매우 다를 수 있다. 후술할 옐로스톤 화산은 분출주기만 수십만 년이다.

화산 분출물의 종류

화산으로부터 분출되는 물질은 그 종류가 다양한데, 크게 세 가지로 구분된다.

1. 용암류 (lava flow) : 마그마가 분쇄되지 않아 지표에서 덩이져 흘러내리는 흐름을 말한다. 화산의 대표적인 분출물이다.

2. 화산쇄설물 (pyroclast) : 화산 분출 시 만들어지는 모든 종류의 파편을 이르는 말이다. 마그마에 용해되어 있던 휘발성 성분이 여러 이유로 용출(exsolve)되면서 기체압 혹은 응력을 가한 결과 주변 암석과 마그마가 파열되어 만들어진다. 파편은 공중에 날아갈 때 고체일 수도 있고 액체일 수도 있다. 액상의 화산쇄설물이 굳기 전에 퇴적되어 다시 흐르면서 용암류를 만드는 것도 가능하다. 화산쇄설물은 성분이나 형성 과정, 그 결과 만들어지는 형태가 매우 다양한 '파편'이기 때문에 크기에 따라 세분한다.

화산탄과 화산 암괴 (volcanic bombs & volcanic blocks) : 화산쇄설물 중 직경이 64 mm를 넘는 것으로 쇄설성 퇴적물의 대력(cobble) 혹은 그 이상의 크기에 상응한다. 공중에 튕겨져 나갈 때 액상이었다면 이를 화산탄이라고 하며, 고체 상태의 암석 파편이었다면 화산 암괴라고 구분한다. 화산탄은 포물선을 그리면서 날아갈 때 액체였기 때문에 흔히 구형이나 유선형 혹은 그에 준하는 독특한 조직을 보이게 된다. 또한 겉부분만 굳고 내부는 아직 뜨거운 액체인 경우가 있어 겉부분이 파열되면서 '빵껍질' 같은 조직을 보이기도 한다. 화산 암괴는 많은 경우 화산이 분출할 때 파쇄하거나 밀어낸 주변 암석인 경우가 많으며 그렇기 때문에 다양한 크기의, 날카롭게 각진 암석 덩이들이 많다. '주변 암석'에는 화산체의 기반을 이루는 기반암인 경우도 있고, 같은 화산에서 이전에 분출하였던 화산 분출물인 경우도 있다. 간혹 하나의 분출에서 먼저 굳은 마그마 조각이 휩쓸려 화산 암괴를 이루기도 한다. 화산탄은 액체였기 때문에 대부분 크기가 주먹만한 크기에서 사람만한 크기에 그친다. 그러나 화산 암괴는 주먹만한 크기에서 집채만한 크기까지 다양하게 발견되는데 강력한 화산 분출에서는 집채만한 화산 암괴가 킬로미터 단위까지 튕겨져 나간다. 급작스러운 화산 분출로 화산탄이 날아들면 고개를 돌리거나 머리를 감싸는 것보다는 그것을 잘 관찰해 궤도를 파악하여 몸을 틀어 피해야 한다. 이 방법은 이론에 그치는 것이 아니라 실제로 화산학자들이 분화구 근처에서 일하다 예기치 못한 소규모 분출을 겪을 때 이 방법으로 화산탄을 피한다. 이것은 영화 볼케이노에서도 소개되었었다.

화산력 (volcanic lapilli) : 화산쇄설물 중 직경이 2-64 mm인 경우를 말한다. 다양한 화산쇄설성 분출에 수반되는 입자들로서, 공중에서 액체였던 마그마 파편들인 경우, 물방울이나 구, 버튼 모양 등으로 발견된다. 크기가 중간 정도의 크기인 만큼 거의 모든 화산쇄설물 퇴적층에서 발견된다고 말할 만큼 화산 분출에서 흔하게 발견되고 또 만들어지는 양도 무척 많다. 마그마가 물과 반응해서 분출하는 수성분출의 경우, 화산재가 주변의 물기에 의해 엉겨붙으면서 동그란 구형의 덩이가 만들어지기도 하는데 이를 특히 첨가화산력(accretionary lapilli)라고 한다.

화산재 (volcanic ash) : 화산쇄설물 중 직경이 2 mm 이하인 것이다. 화산재가 가장 많이 만들어지는 방식은 폭발적인 화산 분출이 일어날 때이다. 마그마의 점성이 상당히 올라가고 내부의 기체 함량이 높은 상태에서, 감압이 일어나게 되면 마그마는 끓어오르게 된다. 물과 달리 마그마는 기본적으로 녹은 암석이므로 끓어오를 때 만들어지는 많은 기체 방울에 의해 마그마는 산산히 부서진다. 그러면서 엄청난 양의 마그마가 파편화(fragmentation)되는데, 이 파편들이 화산재가 된다. 이런 경우 전형적인 화산재는 녹은 암석이 급랭한 파편으로서 보통은 작고 날이 선 유리 조각이라고 생각하면 된다. 이러한 마그마 파편화는 안산암질에서 유문암질에 이르는 산성질 마그마 분출에서 자주 발견되나, 드물게 더 고철질 마그마에서도 일어난다. 또한, 용암이 주를 이루는 하와이식 분출일지라도 바람이나 휘발성 기체의 응력에 의해 화산재가 만들어지기도 한다.

3. 화산 가스 (volcanic gas) : 화산이 분출시키는 기체상을 총칭한다. 물과 이산화 탄소가 주구성 성분이지만, 황, 염소, 불소 등의 성분도 꽤 들어있다. 화산 주변에서 나는 계란 썩는 냄새는 화산 가스의 황 성분 때문이다. 화산 가스는 성분이 모두 수용액에서 유해한 산을 만들고, 숨을 쉬기 어렵게 만들기 때문에, 유독 가스이며 인명 피해를 낼 수 있다. 마그마에서 휘발성 성분이 분리되어 화산 가스가 주로 나오는 지형을 분기공(fumaroles)이라고 하며, 이런 곳에서는 유황과 같은 광물질이 퇴적되어 광상으로 활용되기도 한다. 또한 주변의 호수 및 토양의 산성화의 원인이 되기도 하며 화산 분출이 임박했을 때 그 전조 현상을 만들어내는 대표적인 분출물이다.

 

화산 분출의 종류

모든 화산이 항상 쿠쾅하고 터지는 것은 아니다. 폭발을 일으키는 직접적인 원인은 마그마 내에 녹아있는 휘발성 성분, 즉 가스(대부분 수증기와 이산화 탄소)의 압력 때문인데, 중앙해령 현무암질 마그마의 경우, 고온의 낮은 압력에서 탈기된(degassed) 채로 분화하여 상대적으로 조용히 분출한다. 반대로 규산염 비율이 높아 점성(viscosity)이 높은 마그마, 혹은 물이나 빙하와 접촉한 마그마는 강력한 폭발을 수반하여 위험하다. 전자의 전형적인 예로는 아이슬란드 화산 등이 있으며, 후자의 예는 미국의 세인트 헬렌즈와 필리핀의 피나투보 등이 있다.

이러한 구분은 반드시 엄밀한 것은 아니며, 단 1번의 폭발이었는가, 지속된 분출인가, 지속된 폭발인가 여부에 따라서도 달라진다. 겉모습은 비슷하지만 전혀 다른 과정을 거쳐 나온 화산도 있다. 이런 때는 조사하면 구성암석이나 지질구조가 전혀 다르다. 심지어는 한 화산에서 시기에 따라 점성(viscosity)이 다른 용암이 나오기도 한다. 예컨대 한라산의 경우에는 용암 분출(lava flow)과 폭발형 분출(explosive eruption)이 모두 일어난 기록이 있다.[]

단일한 화산이라도 다양한 방식의 분화를 보여줄 수 있다. 예컨대 일본의 후지산도 커다란 성층 화산이지만, 최근 분출은 용암이 흐르는 방식이 주를 이루었다. 사람들에게 많이 알려진 화산 분류 방식은 화산이 활동하는지의 여부에 따라 사화산, 휴화산, 활화산으로 구분하는 것이다. 그렇지만, 오늘날 화산학계에서는 이러한 임의적이고 불확실한 분류는 지양하고 있는 추세이다. 왜냐하면 화산마다 활동 주기가 모두 다르고 주기 자체가 불규칙한 경우가 많기 때문이다. 사화산이라고 해도 언제 다시 활동을 시작할지 확신할 수 없는 것이 화산이다.

화산 분출 양상에 따른 분류

보통 화산의 분출을 묘사할 때는 하와이, 불칸, 스트롬볼, 펠레[], 플리니[] 방식으로 구분하는 경우가 종종 있다[].
하와이식: 용암이 주를 이루는 것으로 보통 조용히 분출하는데 말 그대로 하와이가 대표적인 예이다.

스트롬볼리식: 질척한 화산탄과 화산 가스가 펑펑펑 터지는 것으로 짧은 시간 내에 여러 차례 단발성으로 터지는 게 특징적이다. [] 화산탄이 흩날리는 것이 아름답기 때문에 사진 작품으로 많이 활용되는 분출이다.[]

불칸식: 스트롬볼리식처럼 짧은 시간 내에 단발성으로 터지지만 주로 분출되는 게 용암이 아니라 화산재이다. 좀 더 폭발성이 강하다.

펠레식: 화산돔의 붕괴, 고밀도 화산쇄설류의 강하 등으로 특징지어지는데, 무척 위험하지만 플리니식 분출보다 그 강도는 보통 약하다.

플리니식: 불칸의 상위버전이라고 생각하면 되는데, 막강한 폭발로 인해 수직 분출 기둥(eruption column)이 구축되는 것을 말한다. 보통 플리니식 분출이 일어나면 주변은 반드시 대피해야한다. 다량의 화산재와 화산 가스, 화산탄이 뒤섞여 터져오르며 심한 경우 화쇄류가 함께 발생하게 된다.

한편, 외부의 물[]이 들어가 반응하여 폭발하는 경우, 수성 분출(hydromagmatic eruption)이라고 한다. 지하수와 접촉해 강하게 폭발하면 이를 프레아틱 분출(phreatic eruption)이라고 한다. 해수와 접촉하며 분출하는, 화산섬 형성 초기의 분출 양상을 프레아토마그마식 분출(phreatomagmatic eruption)이라고 한다. 특히 후자의 경우에는 써체이[]식 분출(Surtseyan eruption)이라고 말하기도 한다.

화산재

종합적으로 볼 때 가장 큰 피해를 입히는 것. 화산이 폭발하면 다량의 화산가스와 함께 무지막지한 양의 잿더미가 함께 뿜어져나오는데 근처에 두껍게 쌓이는 큰 입자의 화산재와 대기를 타고 넓게 확산되는 작은 입자의 화산재로 나뉜다. 큰 입자의 화산재는 멀리 퍼지진 않지만 화산이 폭발한 일대에 매우 두껍게 눈처럼 쌓여서 문제고 작은 입자는 기관지에 문제를 일으키거나 멀리까지 피해를 확산시켜 문제다. 화산 주위의 식물들은 화산재를 뒤집어 쓰기 때문에 고사하기 쉽다. 거기에 농경지라도 있으면 망했어요.

화산재는 상술했듯 주위 지역에 눈처럼 쌓이는데 문제는 얼음의 비중이 0.9인데 반해 화산재의 비중은 약 2.7로 3배나 무거운데다 일반적인 눈이랑은 비교도 안될 정도로 두껍게 쌓이기 때문에 눈이 쌓이는 것에 비해 피해가 막심하다. 화산재가 쌓인 무게를 못 견디고 지붕이나 차량이 무너지는건 기본이고 비가 와서 높은 지대에 쌓인 화산재가 진흙처럼 변하면 흙사태를 일으킬 수 있는데, 이를 라하르라고 한다. 마침 화산 가스의 대부분은 수증기가 차지하기 때문에 화산 분출 후에는 비가 올 가능성이 높아지기 때문에 더욱 위험하다.

쉽게 가라앉지 않는 더 작은 입자들은 약 10km 높게 올라가 대기 중에 떠돌게 된다. 이는 여러 환경적인 문제를 일으킨다. 화산 주변은 말할 것도 없고 대기를 타고 넓게 퍼진 화산재에 의해 멀리 떨어진 일부 식물들까지 화산재를 뒤집어쓰고 죽어버려서 일대가 황무지가 된다. 세인트헬렌스 화산이 터졌을 때 일대의 국립공원이 죄다 사막처럼 변한 것이 예. 하지만 화산재에 포함된 풍부한 무기 염류 덕분에 오랜 시간이 지나면 풍화 작용이 일어나 지력을 향상시키기 때문에 심하지 않은 정기적인 화산폭발은 오히려 농업에 도움을 주기도 한다. 남태평양과 오세아니아의 섬들이 화산재의 혜택을 입은 경우. 세인트 헬렌스 화산 또한 인근에 대규모 침엽수림이 있던 곳이라, 초토화된 대지는 수 년이 되지 않아 회복되기 시작했다. 다만 화산재는 인산과 결합력이 강하므로 식물이 화산재와 결합된 인산을 이용할 수 없어져서 인산비료를 어지간히 많이 뿌리지 않으면 화산재 베이스 토양은 인산부족에 시달린다.

화산재는 항공기 운항에도 지대한 영향을 끼친다. 현대의 항공기들은 주로 제트 엔진을 사용하기 때문에 화산재에 취약하다. 제트 엔진은 외부 공기를 빨아들여 압축했다가 배출하는 힘으로 추진력을 얻는데, 공기를 빨아들이면서 화산재까지 흡입하면 엔진이 망가질 수 있다. 이 때문에 항공기가 비행 중에 화산폭발 인근 지역을 비행하게 되면 혼비백산 도망할 수밖에 없다. 대표적인 사례로 영국항공 9편 사건, KLM 867편 사고 등이 있다. 전자는 인도네시아 갈룽궁 화산 폭발의 여파에, 후자는 리다우트 화산 폭발에 휘말려 추락할 뻔했으나, 두 비행기 모두 엔진 재시동에 성공하여 희생자 없이 전원 생존했다. 이 사건들 이후 화산 폭발에 대비한 비행 규정이 대대적으로 마련되었다

한국의 화산 활동

중생대 시절 한반도는 일본과 붙어 있는 대륙의 연변 지역이었다. 약 1~2억년 전에는 한반도 아래로 태평양 판이 섭입하고 있었으며, 수많은 화산활동이 있었다. 이 결과 한반도에는 당시 산성질 마그마가 식어 만들어진 화강암이 널리 분포하고 있다. 그러나 이후 지구조 환경이 본격적으로 변하면서 오늘날 한반도는 섭입대 환경과 상당히 동떨어진 상태로 유지되고 있다.
당시 한반도 동남부는 일본과 붙어있던 상태로써 지질학적으로 일본과 혼연일체나 마찬가지였고, 옛 태평양판인 이자나기 판이 섭입된, 일본과 이어진 화산대에 속했으며 백악기 말엔 시호테알린부터 한반도 동남부를 거쳐 중국 광둥성 동쪽에 이르는 거대한 화산벨트가 있었던 것으로 추정된다. 장산범으로 유명한 부산의 장산도 지금은 600m 높이의 평범한 산이지만 당시엔 높이 3,000m 이상에 5km 둘레의 초대형 화산체였을 것으로 추정될 정도.

신생대, 그 중에서도 특히 최근까지 활동이 있어서 번듯한 화산체를 유지하고 있는 경우는 한반도에 제주도, 백두산, 울릉도, 독도 등이 있으며, 북한에 위치해 아직 지질학적 연구가 미미한 오리산의 경우[]도 포함될 수 있다. 이들은 모두 신생대 제4기 이내에 화산활동을 보였던 경우에 속한다. 신생대에는 한반도 전역에서 크고 작은 화산활동들이 있어왔음이 알려져 있으며, 앞서 언급한 화산 활동 이외에도, 보은, 철원, 포항, 강원도, 함경도 등에서 해당 시기의 화산활동 흔적이 소규모로 남아있다. 대부분은 1400 만년 이내의 시기에 분출한 알칼리 현무암질 용암류로 구성되는데, 일부 더 오래된 화산 활동은 준알칼리 계열의 특성을 보여주며, 포항에 대표적인 암상이 분포한다. 이 때문에 화산호 환경에서 배호환경으로 한반도 지구조 환경을 변화시킨, 동해 확장과 밀접한 관련이 있으리라 여겨지고 있다.

현재 한반도는 동해 확장이 멈추고 다시 좌우 압축 응력장을 받게 되면서 사실상 화산 활동을 지속할만한 지구조적인 환경을 거의 상실한 상태다. 그러나 화산 활동은 지구조적 환경이 변해도 꽤 오랜 시간동안 유지되는 경향을 보이는 것이 알려져 있다. 특히, 제주도, 울릉도 및 백두산의 주요 산체는 약 5천 년 이내[]에 분출 활동이 있었으며, 백두산의 경우에는 수 백 년 이내까지 화산활동이 있었음을 암시하는 문헌 자료가 남아있다.[] 동해에는 원래 수천 만 년에 걸쳐 수많은 화산들이 있었으나, 대부분이 수장되어 있고 현재는 울릉도와 독도만이 남아있다.

2006년 백두산에서 산발적인 지진 활동이 급증하면서 백두산 화산 분출에 대한 경각심이 높아졌다. 백두산은 한반도에 분포하는 화산체 중에서 가장 폭발적인 분출 기록을 가지고 있기 때문에 언론의 관심을 더 많이 받았는데, 당시 백두산은 선행 연구가 무척 드물어 화산 분출을 점친다는 것이 사실상 불가능에 가까운 상태였다. 현재는 백두산에 대한 연구 결과가 조금씩 누적되고, 모니터링 시설이 조금씩 늘어나고 있다.[49] 특히 백두산은 그 규모에 비해 알려진 정보가 적고, 화산의 원동력이 오리무중이어서 최근 다양한 화산 생성 모델이 제시되어 오고 있으며, 세계적인 관심을 끌고 있다. 나머지 울릉도와 제주도 역시 지표 근처의 지온구배(geothermal gradient)가 무척 높아 아직 하부의 마그마가 완전히 식지 않은 상태라는 것이 확인되어 있으나 현재 어떤 상태인지, 폭발 가능성이 있는지는 알려져 있지 않다. 한편, 전곡-철원 등지에 분포하는 현무암질 용암류는 앞서 언급한 주요 화산체보다는 살짝 오래된 암석들로 구성되어 있다. 이는 철원 지역에서 북동 방향으로 이어지는 이른바 추가령 지구대와 관련이 있다고 생각되고 있으나, 대부분의 추가령지구대가 북한에 있기 때문에 연구하기가 매우 곤란한 상황이다. 추가령 지구대는 현재 한반도가 압축 응력장을 받는 상태이므로, 다시 정단층이 발달하며 화산 활동을 재개한다고 말하기 어렵다.

 

화산 이로운점

화산은 무섭기만 한 존재가 아니다.
다음은 화산이 우리에게 주는 이로운 점들이다.

온천 및 관광
온천욕을 즐길 수 있고 화산 자체가 관광명소로 활용이 되면 이득이다.
대표적으로 백두산이나 후지산 등이 있다.

지열발전 및 지역난방
화산의 열기로 전기 생산이 가능하다. 지역난방 역시 가능하다.

지질탐사
화산이 터졌을때 나온 분출물을 연구한다면 지질탐사에 도움이 될 수 있다. 게다가 화산 주변에는 유용한 광물이 많다.

농사
화산재는 비료나 다름없어 땅을 비옥하게 한다.

지구온난화 완화
화산재가 햇빛을 가려 지구 기온을 낮추는 효과가 있다.