간헐천
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1. 개요
간헐천은 지하의 열, 물, 그리고 적절한 지질 구조의 조합으로 인해 발생하는 비영구적인 지질 현상이다. 지하의 뜨거운 물이 끓으면서 발생하는 증기압으로 인해 물과 증기가 지표면으로 분출하는 현상을 보이며, 분출 방식에 따라 분수 간헐천과 원뿔 간헐천으로 구분된다. 간헐천은 주로 화산 지역에서 발견되며, 간헐천암과 규질 소결암으로 덮여 있는 경우가 많다. 간헐천은 지열 에너지 생산, 관광, 농업 등 다양한 분야에서 활용되며, 지구 외 행성에서도 유사한 현상이 관찰되기도 한다.
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2. 형성 원리 및 구조
간헐천은 뜨거운 물과 증기가 간헐적으로 분출되는 온천의 일종이다. 이는 지구상 특정 지역에서만 발견되는 드문 현상으로, 특별한 수문지질학적 조건이 필요하다.
간헐천은 일반적으로 화산 활동 지역 근처에서 발견되며, 마그마의 열에 의해 물이 데워져 발생한다. 땅 속으로 스며든 지표수는 평균 2000m 깊이에서 뜨거운 암석과 만나 끓게 되고, 이로 인해 발생한 압력으로 뜨거운 물과 증기가 지표면으로 분출된다.[6]
간헐천 형성은 화산 지형에서 흔히 발견되는 세 가지 지질학적 조건, 즉 강렬한 열, 물, 적절한 기하학적 구조의 지하 수압 시스템의 조합을 필요로 한다.[6]
- 열: 간헐천 형성에 필요한 열은 지구 표면 가까이에 있는 마그마에서 나온다.[7]
- 물: 지하수는 단층, 지열 갈라진 틈 등 다양한 형태의 틈을 통해 땅 속 깊이 스며든다.
- 지하 수압 시스템: 물이 끓는 동안 저장소 역할을 하는 공간이 필요하며, 이는 균열, 다공성 공간, 때로는 공동(空洞) 등으로 구성된다.[6]
간헐천 주변은 간헐천암 또는 규질 소결암으로 덮여 있는 경우가 많다. 간헐천의 물은 유문암과 같이 뜨거운 실리카를 함유한 암석과 접촉하면서 실리카를 용해한다. 이 물이 지표면 근처에서 식으면 실리카가 침전되어 무정형 오팔을 형성하고, 시간이 지나면서 석영으로 변하여 간헐천암을 형성한다. 간헐천암은 종종 미생물 매트로 덮여 있으며, 이 매트는 간헐천암 부피의 최대 50%를 차지하기도 한다.[8]
간헐천의 분출 원리는 다음과 같다. 지표수가 땅 속으로 스며들어 지열로 가열된 암석과 만나면,[9] 비분출성 온천과 달리 간헐천에서는 물이 아래에서 끓을 때 생성되는 높은 증기 압력에 의해 폭발적으로 위로 밀려 올라간다.[9] 간헐천은 지하 구조에 압력 축적을 생성하는 협착(좁아지는 부분)이 있어 비분출성 온천과 구별된다.[10]
간헐천 분출 메커니즘에 대한 가설로는 "공동설"과 "수직관설"이 있다.
2. 1. 공동설 (空洞說)
공동설은 지하에 있는 공동(空洞)에 고인 지하수가 지열에 의해 데워져 수증기가 되어 지표로 분출한다는 설이다.[1] 1811년 아이슬란드에서 연구와 조사를 실시한 J. 매켄지가 처음으로 공동설을 제창하였다.[1] 일본에서는 혼다 고타로, 데라다 토라히코 등에 의해 연구되었다.[1] 혼다와 데라다는 아타미 온천에 있던 오유 간헐천을 모델로 이론을 구축했다.[1]공동설 개요도에서 공동설을 설명한다.[1] 그림과 같이 지하에 공동 A가 존재하고, 분출관 a를 통해 지상과 연결되어 있다.[1] 공동 내의 물이 지열에 의해 가열되어 공동 A 내의 수증기압이 상승하면 분출관 a에 고인 물을 밀어낸다.[1] 일정량이 분출되면 분출관 a 내의 수증기압이 저하되어 분출이 정지된다.[1] 도관 c에서 지하수가 공급되어 다시 공동 A의 수증기압이 상승하면 분출이 다시 일어난다.[1] 몇 번 분출과 휴지를 반복하는 동안 도관 b 및 도관 c에서 공동 A에 저온의 지하수가 공급되어 공동 A의 수증기압이 대폭 저하되어 장기간의 휴지 기간에 들어간다는 것이다.[1]
공동설은 대량의 온천을 장시간 분출하는 대규모 간헐천은 설명할 수 있으나, 지하 공동이 인정되지 않는 소규모 간헐천의 원리를 설명하는 것은 어려웠다.[1]
2. 2. 수직관설 (垂直管說)
1847년 로베르트 분젠이 수직관설을 제창하였다.[57]수직관설은 지면에 대해 비교적 수직으로 뻗은 분출관(a) 내에 지하수가 고이는 것으로 시작한다. 고인 지하수는 지열에 의해 가열되어 하층부가 비등점에 도달한다. 하층부가 비등을 시작하면 발생하는 수증기 거품이 분출관 a 내를 상승하고, 이에 밀려나오는 형태로 완만한 용출이 지표에서 시작된다. 분출관 내의 거품이 증가함에 따라 관내 수압이 저하되어 하층부의 비등점이 낮아진다. 이로 인해 급격하게 비등(돌비)이 시작되고, 격렬한 분출이 일어난다.
분출이 잠시 계속되면 관내의 열수가 없어지고 분출은 종료되며 휴지 기간에 들어간다. 이후 분출관 a에 연결된 도관 b에서 새로운 지하수가 유입되어 다음 비등 개시까지 가열된다.
1939년 일본의 노구치 키사오는 간헐천 내의 염화물 이온 등의 변화량을 분석하여 수직관설을 지지하는 논문을 발표했다.
일반적으로 1회 분출량이 적고, 분출 주기가 수 분에서 수십 분인 간헐천 설명에 적합하다고 여겨진다. 또한 온천 탐사 보링 등으로 발생하는 간헐천의 메커니즘을 완전히 설명할 수 있다(오이타현 시바세키 온천의 용권지옥). 1997년, 시마네현 쓰와노정에서 실시된 시굴에 의해 다량의 이산화탄소를 포함하는 온수(저온) 간헐천의 분출이 시작되었는데, 이 역시 수직관 내의 돌비(정확하게는 캐비테이션) 메커니즘으로 설명할 수 있다. 시마네현 키베다니 온천이나 야마가타현 유노사와 온천의 탄산 간헐천도 같은 종류의 예이다.
2. 3. 간헐천 형성에 필요한 조건
간헐천 형성은 지구상의 몇몇 장소에만 존재하는 특별한 수문지질학적 조건으로 인해 발생한다. 이러한 조건에는 강렬한 열, 물, 그리고 적절한 기하학적 구조의 지하 수압 시스템이 포함된다.[6]- 열: 간헐천 형성에 필요한 열은 지구 표면에 가까이 있는 마그마에서 발생한다.[7]
- 물: 지표수는 뜨거운 암석과 접촉하는 약 2000m 깊이까지 내려간다.
- 지하 수압 시스템: 가열된 물이 간헐천을 형성하려면 배관 시스템(단층, 지열 갈라진 틈, 다공성 공간, 때로는 공동으로 구성됨)이 필요하며, 여기에는 물이 가열되는 동안 물을 담아두는 저장소가 포함된다.[6]
간헐천은 일반적으로 간헐천암 또는 규질 소결암으로 덮여 있다. 간헐천의 물은 유문암과 같이 뜨거운 실리카 함유 암석과 접촉한다. 가열된 물은 실리카를 용해하며, 표면에 가까워질수록 물이 식고 실리카가 용액에서 떨어져 나와 무정형 오팔의 침전물을 남긴다. 점차적으로 오팔은 석영으로 어닐링되어 간헐천암을 형성한다. 간헐천암은 종종 간헐천에서 자라는 미생물 매트를 덮는다. 매트가 자라고 실리카가 침착되면서 매트는 간헐천암 부피의 최대 50%를 형성할 수 있다.[8]
모든 온천 활동과 마찬가지로 간헐천 활동은 지표수가 서서히 땅 속으로 스며들어 지열로 가열된 암석을 만나는 것으로 인해 발생한다.[9] 비분출성 온천의 경우, 가열된 물은 다공성 및 균열된 암석을 통해 대류에 의해 표면으로 다시 상승하지만, 간헐천에서는 물이 대신 물이 아래에서 끓을 때 생성되는 높은 증기 압력에 의해 폭발적으로 위로 밀려 올라간다.[9] 간헐천은 지하 구조에서 비분출성 온천과 다르다. 간헐천은 압력 축적을 생성하는 배관에 협착이 있다.[10]
3. 분출 유형
간헐천은 증기와 함께 격렬하게 분출되는 간헐적인 물 배출이 특징인 샘이다.[9] 간헐천의 분출 활동은 간헐천 배관 내 진행 중인 광물 퇴적, 인근 온천과의 기능 교환, 지진 영향 및 인간 개입으로 인해 변경되거나 중단될 수 있다.
간헐천이 채워짐에 따라 기둥 상단의 물이 식지만, 채널이 좁기 때문에 대류 냉각이 불가능하다. 위의 차가운 물은 아래의 더 뜨거운 물을 누르는데, 이는 압력솥의 뚜껑과 유사하며, 저장소의 물이 과열될 수 있게 하여, 즉 표준 압력 비등점보다 훨씬 높은 온도에서 액체 상태를 유지할 수 있게 한다.[11]
궁극적으로, 간헐천 바닥 근처의 온도가 끓기 시작하는 지점까지 상승하여 증기 기포가 기둥 상단으로 올라가게 된다. 기포가 간헐천의 통풍구를 통해 터지면서 일부 물이 넘치거나 튀어 나와 기둥의 무게와 그에 따른 아래 물의 압력을 감소시킨다. 이러한 압력 해제와 함께 과열된 물은 증기로 팽창하여 기둥 전체에서 격렬하게 끓는다. 그 결과 팽창하는 증기와 뜨거운 물의 거품이 간헐천 통풍구에서 뿜어져 나온다.[6][12]
결국 간헐천에 남아있는 물이 다시 끓는점 이하로 식고 분출이 종료된다. 가열된 지하수가 저장소로 다시 스며들기 시작하고, 전체 주기가 다시 시작된다. 분출의 지속 시간과 연속적인 분출 사이의 시간은 간헐천마다 크게 다르다. 아이슬란드의 스트로쿠르 간헐천은 몇 분마다 몇 초 동안 분출하는 반면,[13], 미국에 있는 그랜드 간헐천은 8~12시간마다 최대 10분 동안 분출한다.[14]
전 세계에는 온천, 머드팟, 푸마롤이 있는 화산 지역이 많지만, 분출하는 간헐천이 있는 곳은 매우 드물다. 간헐천은 취약하며, 조건이 바뀌면 휴면 상태가 되거나 소멸될 수 있다. 많은 간헐천은 단순히 사람들이 파편을 던져 넣어 파괴되었으며, 다른 간헐천은 지열 발전소의 탈수로 인해 분출을 멈추었다. 그러나 아이슬란드의 게이시르는 활동기와 휴면기를 거쳐 왔다. 오랜 휴면 기간 동안에는 종종 특별한 경우에 물에 계면활성제 비누를 첨가하여 인위적으로 분출을 유도하기도 했다.[17]
3. 1. 분수형 간헐천
간헐천에는 두 가지 유형이 있다. '''분수형 간헐천'''은 일반적으로 일련의 격렬하고 강렬한 분출로 물웅덩이에서 분출한다. '''원뿔형 간헐천'''은 규산염 소결물(간헐천석)의 원뿔이나 언덕에서 분출하며, 보통 몇 초에서 몇 분 동안 지속되는 꾸준한 분출을 보인다. 옐로스톤 국립공원에서 가장 잘 알려진 간헐천인 올드 페이스풀 간헐천은 원뿔형 간헐천의 예이다. 지구상에서 가장 키가 큰 예측 가능한 간헐천인 그랜드 간헐천도 옐로스톤 국립공원에 있으며, (아이슬란드의 게이시르가 더 키가 크지만 예측 가능하지 않다) 분수형 간헐천의 예이다.[15]3. 2. 원뿔형 간헐천
간헐천에는 두 가지 유형이 있다. '''분수 간헐천'''은 일반적으로 일련의 격렬하고 강렬한 분출로 물웅덩이에서 분출하고, '''원뿔 간헐천'''은 규산염 소결물(간헐천석)의 원뿔이나 언덕에서 분출하며, 보통 몇 초에서 몇 분 동안 지속되는 꾸준한 분출을 보인다.[15] 옐로스톤 국립공원에서 가장 잘 알려진 간헐천인 올드 페이스풀 간헐천은 원뿔 간헐천의 한 예이다.[15]4. 생물학적 특징
일부 간헐천은 가혹한 환경에도 불구하고, 온도가 높은 서식지에서 흔히 발견되는 고온성 세균과 같은 생명체 때문에 특정한 색상을 띤다. 알려진 진핵생물은 60°C 이상에서는 생존할 수 없다.[18]
1960년대에 간헐천의 생물학 연구가 처음 등장했을 때, 과학자들은 일반적으로 약 73°C 이상에서는 생명체가 생존할 수 없다고 확신했다. 이것은 주요 세포 단백질과 DNA의 구조가 파괴되기 때문에 시아노박테리아의 생존 상한선이었다. 고온성 세균의 최적 온도는 55°C 정도로 더 낮게 여겨졌다.[18]
그러나 관찰 결과, 고온에서도 생명체가 존재할 수 있으며, 일부 세균은 물의 끓는점보다 높은 온도를 선호한다는 것이 밝혀졌다. 이러한 세균이 수십 종 알려져 있다.[19] 호열성 세균은 50°C에서 70°C의 온도를 선호하는 반면, 초고온성 세균은 80°C에서 110°C의 온도에서 더 잘 성장한다. 이들은 고온에서도 활성을 유지하는 열 안정성 효소를 가지고 있기 때문에, 의학 및 생명 공학에서 중요한 열 안정성 도구의 원천으로 사용되어 왔다.[20] 예를 들어 항생제, 플라스틱, 세제 (열 안정성 효소 리파아제, 풀루라나아제 및 프로테아제 사용) 및 발효 제품 (예: 에탄올 생산) 제조에 사용된다. 이 중에서 가장 먼저 발견되었고 생명 공학에 가장 중요한 것은 ''Thermus aquaticus''이다.[21]
5. 전 세계 주요 간헐천 분포 지역
간헐천은 매우 드문 현상으로, 물, 열, 그리고 우연한 배관의 조합을 필요로 한다. 이러한 조합은 지구상의 몇몇 장소에서만 존재한다.[22][3][23]
전 세계 주요 간헐천 분포 지역은 다음과 같다.
| 국가 | 지역 | 설명 |
|---|---|---|
| 미국 | 옐로스톤 국립공원 | 세계 최대의 간헐천 지역으로, 수천 개의 온천과 약 300~500개의 간헐천이 있다. |
| 러시아 | 캄차카 반도 간헐천 계곡 | 세계에서 두 번째로 큰 간헐천 밀집 지역으로, 약 200개의 간헐천이 있다. |
| 칠레 | 엘 타티오 | 남반구에서 가장 큰 간헐천 지대이자 세계에서 세 번째로 큰 간헐천 지대로, 약 80개의 간헐천이 있다. |
| 뉴질랜드 | 타우포 화산대 | 지열 발전과 수력 발전 댐 건설로 인해 많은 간헐천이 파괴되었지만, 와카레와레와에 간헐천 지대가 남아있다. 20세기 초에는 세계에서 가장 큰 와이망구 간헐천이 있었으나, 1904년 활동을 멈췄다. |
| 아이슬란드 | Haukadalur 등 | 유라시아 판과 북아메리카 판 경계에 위치하여 화산 활동이 활발하며, The Great Geysir와 Strokkur 등 유명한 간헐천들이 분포한다. |
| 미국 | 네바다 | 과거 비오와베와 스팀보트 스프링스에 큰 간헐천 지대가 있었으나, 지열 발전소 설치로 인해 파괴되었다. |
| 일본 | 홋카이도 | 라우스 온천, 시카베 온천(미치노에키 시카베 간헐천 공원 내), 노보리베츠 온천 |
| 미야기현 | 오니코베 온천 (분출공 2곳) | |
| 야마가타현 | 히로가와라 온천 | |
| 도치기현 | 가와마타 온천 | |
| 나가노현 | 가미스와 온천(1983년 분출, 1990년 스와호 간헐천 센터 설치, 1993년 자연 분출 중단 후 콤프레서 이용, 2021년 기계 고장, 2022년 3월 작동 중단[58]), 지옥계곡 온천 | |
| 시즈오카현 | 아타미 온천 오유 간헐천(혼다 고타로, 테라다 토라히코 등이 연구, 메이지 시대 중기 분출 중단, 관동 대지진 이후 재개, 쇼와 초기 다시 중단, 현재는 인공 간헐천) | |
| 오카야마현 | 쿠사마 간헐 냉천(온천이 아닌 냉천, 간헐천과 다른 용출 메커니즘, 국가지정 천연기념물) | |
| 시마네현 | 키베타니 온천(20~30분 간격 자연 분출, 20.5℃ 냉천) | |
| 오이타현 | 시바세키 온천 용오름 지옥(2009년 벳푸 지옥으로 국가지정 명승 지정) |
5. 1. 미국 옐로스톤 국립공원
옐로스톤 국립공원은 가장 큰 간헐천 지역으로, 수천 개의 온천과 약 300~500개의 간헐천을 포함하고 있다. 세계 전체 간헐천의 절반이 9개의 간헐천 분지에 위치해 있다. 대부분 미국 와이오밍주에 위치하며, 일부는 몬태나주와 아이다호주에 걸쳐 있다.[24] 옐로스톤에는 세계에서 가장 높은 활성 간헐천(노리스 간헐천 분지의 스팀보트 간헐천)이 있다.[25]
옐로스톤 국립공원에는 크고 작은 200개 이상의 간헐천이 존재한다. 그 중에서도 최대인 '''자이언트 간헐천'''은 7일에서 12일 주기로 분출하며, 1회 분출 시간은 1시간 이상, 높이는 최대 75m에 달한다.
5. 2. 러시아 캄차카 반도 간헐천 계곡
Долина гейзеров|돌리나 게이제로프ru라고 불리는 간헐천 계곡은 러시아 캄차카 반도에 있으며, 세계에서 두 번째로 큰 간헐천 밀집 지역이다. 1941년 타티아나 우스티노바가 이 지역을 발견하고 탐사했다. 약 200개의 간헐천과 많은 온천, 영구 분출구가 있다. 활발한 화산 활동으로 형성되었으며, 분출 방식이 특이하다는 점이 이 간헐천의 중요한 특징이다. 대부분의 간헐천은 각도로 분출하며, 세계 다른 많은 간헐천 지대에 있는 간헐천 원뿔을 가진 곳은 극히 소수이다.[23] 2007년 6월 3일, 대규모 진흙 사태가 계곡의 3분의 2에 영향을 미쳤다.[26] 이후 계곡 위에 온천 호수가 형성되고 있다는 보고가 있었다.[27] 계곡의 8개 온천 지역 중 4곳이 산사태 또는 호수에 의해 덮였다.[28] 이 지역에서 가장 큰 벨리칸 간헐천은 산사태에 묻히지 않았으며, 분출 주기는 산사태 전 379분에서 산사태 후 339분으로 짧아졌다 (2010년까지).[29]
5. 3. 칠레 엘 타티오
"엘 타티오"라는 이름은 '오븐'을 뜻하는 케추아어 단어에서 유래했다. 엘 타티오는 칠레의 안데스 산맥 고지대에 위치하며, 여러 개의 활화산으로 둘러싸여 있고, 해발 약 4200m 높이에 있다. 현재 이 계곡에는 약 80개의 간헐천이 있다. 뉴질랜드의 많은 간헐천이 파괴된 후, 엘 타티오는 남반구에서 가장 큰 간헐천 지대가 되었고, 세계에서 세 번째로 큰 간헐천 지대이다. 이 간헐천의 특징은 분출 높이가 매우 낮다는 점으로, 가장 높은 것이 6m에 불과하지만, 증기 기둥은 20m 이상 높이로 솟아오를 수 있다. 엘 타티오의 평균 간헐천 분출 높이는 약 750mm이다.[23][30]
5. 4. 뉴질랜드 타우포 화산대
뉴질랜드 북섬에 위치한 타우포 화산대는 길이가 350km, 폭이 50km이며, 지구 지각의 섭입대 위에 놓여 있다. 루아페후 산은 남서쪽 끝을, 해저 와카타네 해산(85km 와카아리 / 화이트 섬에서)은 북동쪽 경계를 나타낸다.[31] 지열 개발과 수력 발전 댐으로 인해 이 지역의 많은 간헐천들이 파괴되었으며, 와카레와레와의 단 하나의 간헐천 지대만이 남아있다.[32]
20세기 초, 역사상 가장 큰 간헐천이었던 와이망구 간헐천이 이 지역에 있었다. 1900년에 분출을 시작하여 4년 동안 주기적으로 분출하다 산사태로 인해 지역 지하수위가 바뀌면서 멈추었다. 와이망구 간헐천의 분출은 보통 160m에 달했고, 일부 초대형 분출은 500m까지 도달한 것으로 알려져 있다.[23] 최근 연구에 따르면 이 지역 아래의 지구 지각 두께는 5km에 불과할 수 있으며, 그 아래에는 50km 너비와 160km 길이에 걸친 마그마 층이 존재한다.[33]
5. 5. 아이슬란드
아이슬란드는 화산 활동이 활발하여 세계에서 가장 유명한 간헐천들이 많이 분포하는 곳이다. 아이슬란드에는 약 20~29개의 활성 간헐천과 과거에 활동했던 다수의 간헐천이 있다.[34] 아이슬란드의 간헐천은 유라시아 판과 북아메리카 판의 경계를 따라 남서부에서 북동부로 뻗어 있는 지역에 분포한다. 아이슬란드의 간헐천 대부분은 비교적 수명이 짧으며, 지진 후에 다시 활성화되거나 새롭게 생성되었다가 몇 년 또는 몇십 년 후에 휴면 상태가 되거나 사라지는 특징을 보인다.[35]
아이슬란드의 가장 유명한 두 간헐천은 Haukadalur에 위치해 있다. 14세기에 처음 분출한 ''The Great Geysir''는 'geyser'(간헐천)라는 단어의 어원이 되었다. 1896년까지 게이시르는 거의 휴면 상태였지만, 그해 지진으로 인해 분출이 다시 시작되어 하루에 여러 번 발생했다. 그러나 1916년에는 분출이 거의 중단되었다. 20세기 대부분의 기간 동안 지진 발생 후 가끔 분출이 일어났으며, 특별한 경우에는 비누를 사용하여 인위적으로 샘을 개선하고 분출을 유도하기도 했다. 2000년 6월의 지진으로 한동안 다시 활동했지만, 현재는 정기적으로 분출하지 않는다. 근처에 있는 Strokkur 간헐천은 약 5~8분마다 분출한다.[23]
6. 한국의 간헐천
한국에는 간헐천이 없는 것으로 알려져 있다. 다만, 다음은 간헐천과 유사한 현상이 나타나거나 간헐천으로 오인되는 경우이다.
- '''일본의 간헐천'''
일본에는 여러 간헐천이 존재하며, 일부는 한국인 관광객에게도 잘 알려져 있다.
| 이름 | 위치 | 설명 |
|---|---|---|
| 라우스 온천 간헐천 | 홋카이도 | |
| 시카베 온천 간헐천 | 홋카이도 | 미치노에키 시카베 간헐천 공원 내에 위치. |
| 노보리베츠 온천 간헐천 | 홋카이도 | |
| 오니코베 온천 오니코베 간헐천 | 미야기현 | 분출공 2곳. |
| 히로가와라 온천 유노사와 간헐천 | 야마가타현 | |
| 가와마타 온천 간헐천 | 도치기현 | |
| 가미스와 온천 간헐천 | 나가노현 | 1983년 분출[58]. 1990년 스와시는 스와호 간헐천 센터 설치[58]. 1993년 자연 분출 중단, 콤프레서로 분출[58]. 2021년 기계 고장, 임시 기계로 재개[58]. 2022년 3월 다시 정지, 스와시는 스와호 간헐천 센터 지정 관리, 민간 활용, 개수, 폐지 등 검토[58]. |
| 지옥계곡 온천 간헐천 | 나가노현 | |
| 아타미 온천 오유 간헐천 | 시즈오카현 | 혼다 고타로, 테라다 토라히코 등이 연구. 메이지 시대 중기 분출 중단. 관동 대지진 이후 재분출, 쇼와 초기 다시 중단. 현재는 관광용 인공 간헐천. |
| 쿠사마 간헐 냉천 | 오카야마현 | 온천이 아닌 냉천. 국가지정 천연기념물. |
| 키베타니 온천 간헐천 | 시마네현가노아시군요시카정 | 20~30분마다 자연 분출. 20.5℃ 냉천. |
| 시바세키 온천 용오름 지옥 | 오이타현 | 2009년 벳푸 지옥으로 국가지정 명승 지정. |
7. 간헐천의 활용
간헐천은 발전, 난방, 관광 등 다양한 활동에 사용되며, 농업에도 활용된다. 특히 아이슬란드에서는 1920년대부터 간헐천에서 나오는 뜨거운 물을 온실 난방에 사용하여 아이슬란드의 혹독한 기후에서는 재배할 수 없는 식량을 재배했다.[44]
7. 1. 지열 에너지
간헐천은 전기 생산, 난방, 지열 관광 등 다양한 활동에 사용된다. 전 세계적으로 많은 지열 매장량이 발견된다. 아이슬란드의 간헐천 지대는 세계에서 가장 상업적으로 유망한 간헐천 위치 중 하나이다. 1920년대부터 간헐천에서 나오는 뜨거운 물은 온실 난방에 사용되었고, 아이슬란드의 혹독한 기후에서는 재배할 수 없는 작물을 재배하는 데 사용되었다. 1943년부터 간헐천에서 나오는 증기와 뜨거운 물은 아이슬란드 가정 난방에도 사용되었다.[44] 1979년 미국 에너지부(DOE)는 다양한 연구 프로그램과 지열 대출 보증 프로그램을 통해 캘리포니아주 캘리스토가 인근의 "게이저스-캘리스토가 지열 자원 지역(KGRA)"에서 지열 에너지 개발을 적극적으로 추진했다.[44] DOE는 법적으로 지열 개발의 잠재적인 환경 영향을 평가할 의무가 있다.[44]7. 2. 관광
간헐천은 전기 생산, 난방, 지열 관광 등 다양한 활동에 사용된다.[44] 전 세계적으로 많은 지열 매장량이 발견되며, 특히 아이슬란드의 간헐천 지대는 세계에서 가장 상업적으로 유망한 곳 중 하나이다.[44] 1920년대부터 아이슬란드에서는 간헐천의 뜨거운 물을 온실 난방에 이용하여 혹독한 기후에서도 작물을 재배할 수 있었다.[44] 또한 1943년부터는 주택 난방에도 사용되었다.[44]1979년 미국 에너지부(DOE)는 캘리포니아 칼리스토가 근처의 "간헐천-칼리스토가 알려진 지열 자원 지역"(Geysers-Calistoga Known Geothermal Resource Area, KGRA)에서 지열 에너지 개발을 적극적으로 장려했다.[44] DOE는 지열 개발이 환경에 미칠 수 있는 잠재적 영향을 평가할 법적 의무가 있다.[44]
일본에도 여러 간헐천 관광지가 있다.
| 지역 | 간헐천 이름 및 설명 |
|---|---|
| 홋카이도 | 라우스 온천의 간헐천 |
| 홋카이도 | 시카베 온천의 간헐천 (미치노에키 시카베 간헐천 공원 내) |
| 홋카이도 | 노보리베츠 온천의 간헐천 |
| 미야기현 | 오니코베 온천의 오니코베 간헐천 (분출공 2곳) |
| 야마가타현 | 히로가와라 온천의 유노사와 간헐천 |
| 도치기현 | 가와마타 온천의 간헐천 |
| 나가노현 | 가미스와 온천의 간헐천 (1983년 분출[58], 1990년 스와시 스와호 간헐천 센터 설치[58], 1993년 자연 분출 중단 후 콤프레서로 분출[58], 2021년 기계 고장으로 임시 기계 가동[58], 2022년 3월 다시 정지[58]) |
| 나가노현 | 지옥계곡 온천의 간헐천 |
| 시즈오카현 | 아타미 온천의 오유 간헐천 (혼다 고타로, 테라다 토라히코 등이 연구, 메이지 시대 중기 분출 중단, 관동 대지진 이후 재분출, 쇼와 초기 다시 중단, 현재는 관광용 인공 간헐천) |
| 오카야마현 | 쿠사마 간헐 냉천 (온천이 아닌 냉천, 국가지정 천연기념물) |
| 시마네현가노아시군요시카정 | 키베타니 온천 (20~30분 간격 자연 분출, 20.5℃ 냉천) |
| 오이타현 | 시바세키 온천의 용오름 지옥 (2009년 벳푸 지옥으로 국가지정 명승) |
7. 3. 농업
1920년대부터 아이슬란드의 간헐천에서 나오는 뜨거운 물은 온실을 데우고, 아이슬란드의 혹독한 기후에서는 재배할 수 없는 식량을 재배하는 데 사용되었다.[44]8. 지구 외 간헐천
태양계에는 표면적으로 지구의 간헐천과 유사한 분출이 관찰되거나 일어날 것으로 여겨지는 많은 천체가 존재한다. 이들은 일반적으로 간헐천이라고 불리지만, 근본적으로 다른 과정에 의해 발생하고, 광범위한 휘발성 물질로 구성되어 있으며, 화성 이산화탄소 분출과 같은 작은 규모에서 거대한 엔켈라두스의 플룸에 이르기까지 매우 다른 규모로 발생할 수 있다. 일반적으로 간헐천이라고 불리는 특징에는 승화 플룸과 극저온 화산 플룸(극저온 간헐천이라고도 함)의 두 가지 범주가 있다.[45]
'''승화 플룸'''은 얼음 표면 아래의 얕은 근원에서 승화된 휘발성 물질과 먼지가 분출되는 것이다. 알려진 예로는 화성의 CO2 분출[46]과 해왕성의 위성 트리톤의 질소 분출이 있다.[48]
화성에서는 이산화 탄소 분출이 봄철에 화성의 남극 지역에서 발생하는 것으로 추정되는데, 이는 겨울 동안 축적된 드라이아이스 층이 햇빛에 의해 따뜻해지기 때문이다. 이러한 분출은 아직 직접 관찰되지 않았지만, 궤도에서 어두운 반점과 드라이아이스 위에 있는 밝은 팬의 형태로 증거를 남긴다. 이러한 특징은 주로 분출에 의해 날려온 모래와 먼지로 구성되어 있으며, CO2 가스의 빠른 흐름에 의해 얼음 아래에 생성된 거미 모양의 채널 패턴도 포함된다.[46] 햇빛, 화학 반응, 심지어 생물학적 활동 등 분출을 설명하는 수많은 이론이 있다.[47]
트리톤은 1989년 ''보이저 2호''가 위성을 지나갈 때 활발한 질소와 먼지 분출이 있는 것으로 밝혀졌다. 이 플룸은 높이가 8km에 달했고, 바람에 의해 최대 150km 아래로 불어, 그렇지 않으면 밝은 남극 얼음 캡에 길고 어두운 줄무늬를 만들었다.[48] 트리톤의 활동을 촉진하는 요인에 대한 다양한 이론이 있는데, 예를 들어 투명한 얼음을 통한 태양열,[49] 극저온 화산 활동, 질소 얼음 층의 기저 가열 등이 있다.[50]
'''극저온 화산 플룸''' 또는 '''극저온 간헐천'''은 일반적으로 특정 얼음 위성에서 활발한 극저온 화산 특징에서 주로 수증기가 대규모로 분출되는 것을 의미한다. 이러한 플룸은 토성의 위성 엔켈라두스[51]와 목성의 위성 유로파에서 발생한다.[53]
얼음 입자 및 소량의 다른 성분(예: 이산화 탄소, 질소, 암모니아, 탄화수소, 규산염)과 함께 수증기 플룸이 ''카시니'' 궤도선에 의해 엔켈라두스의 남극 지역의 "타이거 스트라이프"와 관련된 환기구에서 분출하는 것이 관찰되었다. 이 플룸은 토성의 E 고리의 물질 공급원이다. 이러한 분출을 일으키는 메커니즘과 그것이 엔켈라두스의 표면하 바다와 물리적으로 어느 정도 연관되어 있는지는 불확실하지만, 적어도 부분적으로 조석 가열에 의해 작동하는 것으로 여겨진다.[51] ''카시니''는 이러한 플룸을 여러 번 통과하여 다른 태양계 천체 내부의 물을 처음으로 직접 분석할 수 있게 되었다.[52]
2013년 12월, 허블 우주 망원경은 유로파의 남극 지역 상공 200km 높이에서 수증기 플룸을 감지했다.[53] ''갈릴레오'' 데이터의 재검토에서도 1997년 근접 비행 중에 플룸을 통과했을 수 있다는 점이 시사되었다.[54] 2016년에는 켁 천문대에서도 물이 감지되었으며, 2019년 네이처 논문에서 극저온 화산 분출로 추정되는 원인이 발표되었다.[55] 유로파의 선이 엔켈라두스의 "타이거 스트라이프"와 유사한 방식으로 이 수증기를 우주로 배출하고 있을 것으로 생각된다.[56]
지구 외에서 간헐천의 존재가 확인된 천체는 토성의 위성 엔켈라두스, 해왕성의 위성 트리톤이며, 엔켈라두스의 간헐천은 얼음과 수증기를 분출하고, 트리톤의 간헐천은 질소 가스를 분출한다. 또한 목성의 위성 유로파에도 수증기를 분출하는 간헐천이 존재할 가능성이 매우 높은 것으로 여겨지고 있다.
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