분화는 화산 활동의 중요한 현상으로, 마그마가 지표로 분출하는 과정을 의미한다. 분화는 감압, 가스 방출, 증기 분출, 물과의 접촉 등 다양한 메커니즘에 의해 발생하며, 폭발적 분출과 용암 분출의 두 가지 주요 활동 유형으로 구분된다. 분화는 강도와 형태에 따라 수증기 폭발, 하와이식 분화, 스트롬볼리식 분화, 플리니식 분화 등 여러 유형으로 분류되며, 분출하는 마그마의 유동성과 휘발성 성분 함량에 따라 다양한 양상을 보인다. 분출물의 양과 분출 속도는 분화의 규모와 피해 정도에 큰 영향을 미치며, 화산 폭발 지수(VEI)는 분화의 세기를 나타내는 척도로 사용된다. 화산 분화는 지구 역사 전반에 걸쳐 발생해 왔으며, 기후 변화와 생물 다양성에 큰 영향을 미쳤다.
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화산 분화 유형 - 플리니식 분화 플리니식 분화는 마그마 압력 감소로 다량의 테프라를 분출하여 높은 분연주와 화쇄류를 동반하는 화산 폭발의 한 형태로, 플리니우스의 기록에서 유래했으며 역사적으로 다양한 사례가 존재하고 울트라 플리니식 분화로 분류되기도 한다.
화산 분화 유형 - 스트롬볼리식 분화 스트롬볼리식 분화는 화산 가스 거품이 마그마 기둥을 상승시켜 폭발적인 분출을 일으키는 화산 활동의 한 형태로, 약한 폭발과 함께 용암 조각과 화산재를 간헐적으로 분출하는 특징을 보이며, 격렬한 경우에는 더 강력한 폭발과 지속적인 용암 분출, 화산재 낙하 등을 동반하기도 한다.
화산학 - 초화산 초화산은 1,000 km³ 이상의 분출물을 내뿜는 대규모 폭발성 화산으로, 토바 호, 옐로스톤, 라 가리타 칼데라 등이 대표적인 사례이며 지구 기후와 생태계에 막대한 영향을 미치고 전 세계적인 사회경제적 붕괴를 야기할 수 있다는 우려가 존재한다.
화산학 - 환태평양 조산대 환태평양 조산대는 태평양 주변에서 지진과 화산 활동이 활발하게 일어나는 지역으로, 여러 지각판의 상호 작용으로 섭입대와 해구가 존재하며 화산의 분포가 뚜렷하다.
지질학 - 판 구조론 판 구조론은 암석권이 여러 개의 판으로 나뉘어 연약권 위를 이동하며 지진, 화산 활동, 산맥 형성 등의 지질학적 현상을 일으키는 이론으로, 1960년대 후반에 정립되어 해저 자기 줄무늬 패턴과 고지자기 자료로 뒷받침되며 지구과학의 핵심 이론으로 자리 잡았으나, 판 운동의 원동력에 대한 연구는 현재도 진행 중이다.
지질학 - 판 (지각) 판은 지구 표면을 덮는 조각으로, 대륙판과 해양판으로 구분되며, 유라시아판, 태평양판, 아프리카판 등 14~15개의 주요 판과 40여 개의 소규모 판으로 구성되어 있다.
화산 활동으로 가열된 지하수나 수증기가 지표면의 고형물을 날려 급격히 방출되며 본질물을 어느 정도 포함하는 현상이다. 울트라 불카노식 분화(Ultravulcanian영어), 술트세이식 분화（a Surtseyan영어）라고도 하며, 특히 대규모의 것은 수증기 플리니식 분화（Phreatoplinian영어）라고 불린다.
좁은 의미에서는, 고철질 마그마의 화산에서 적열 용암 조각이 화구에서 순간적이고 주기적으로 방출되어, 화산재는 거의 수반하지 않는 분화를 가리킨다. 넓은 의미에서는, 분연의 높이가 1000m 정도 이하이고 스코리아나 용암류를 주체로 하여 스코리아 언덕을 형성하는 분화를 가리킨다.
연속적이며 분연이 성층권에 도달하는 폭발적인 분화가 수 시간~수일 지속되는 분화. 종종 분연주 붕괴형의 화쇄류가 발생한다. 플리니식 중에서도 특히 대규모(분출율이 높다)인 것은, 초 플리니식 분화（ultraplinian영어）, 대분화（super-eruption영어）등이라고도 한다.
=== 마그마 분화 ===
마그마 분화는 마그마가 직접 지표로 분출하는 형태이다.[1]
하와이식 분화: 킬라우에아 산, 마우나케아 산 등 하와이 섬의 화산에서 볼 수 있는 분화 양식이다. 유동성이 높고 휘발성 성분이 적은 현무암질 마그마가 분화된다. 폭발은 일어나지 않고, 대량의 용암이 빠른 속도로 유출된다. 용암호가 생기는 경우가 있다.[7]하와이형 분화킬라우에아, 하와이에서 온 로프형 파호이호이 용암 하와이형 분화에서 용암류는 현무암질이며 파호이호이 용암과 아아 용암으로 나눌수 있다.[8][9]
스트롬볼리식 분화: 현무암질 또는 안산암질의 유동성이 풍부한 마그마가 수십 초에서 수십 분 간격으로 작은 폭발을 일으키면서 화구에서 분출하는 분화이다. 스트롬볼리 산의 이름을 따서 명명되었다.[12]스트롬볼리식 분화
불카노식 분화: 스트롬볼리식 분화보다 점성이 큰 안산암질 마그마가 분출할 때 용암 파편이나 화산탄 등이 검은 연기가 되어 폭발적으로 분출한다. 지중해의 불카노 화산에서 명명되었으며, 현재는 분화하지 않는다.[23]벌칸식 분화파푸아뉴기니의 타부르부르 화산 분화
펠레식 분화: 안산암의 용암 돔 붕괴로 인해 발생하며, 거대한 분화 기둥을 형성한다. 몽펠레 화산의 이름을 따서 명명되었다.[31]펠레식 분화
플리니식 분화: 안산암질 또는 유문암질 마그마가 스코리아나 경석, 화산재로 격렬한 폭발을 수반하여 분출하는 형태이다. 분출물은 버섯 모양의 연기가 되어 하늘 높이까지 올라간다.[38]플리니식 분화1990년 4월 21일 레다우트 화산에서 서쪽으로 본 분화 기둥
준 플리니식 분화: 플리니식 분화와 스트롬볼리식의 중간과 같은 분화를 준 플리니식 분화라고 하며, 간헐적으로 부석의 강회나 공진을 동반하는 분화를 반복한다.
울트라 플리니식 분화: 플리니식 분화 중에서도 화산 폭발 지수 (VEI) 6 이상의 분화를 가리킨다.
홍수 현무암: 지표가 대규모로 갈라져, 대량의 용암이 단기간에 지표에 공급되는 현상이다.
=== 수증기 분화 (프레아틱 분화) ===
프레아틱 분화
수증기 분화(프레아틱 분화)는 지하수나 지표수가 마그마에 의해 가열되어 발생하는 분화 유형이다.[65] 차가운 지표수 또는 지하수가 뜨거운 암석 또는 마그마와 접촉하면 과열되어 증기 폭발을 일으켜 주변 암석을 파괴하고[65] 증기, 물, 화산재, 화산탄, 화산 쇄설류의 혼합물을 분출시킨다.[63] 마그마는 직접 분출하지 않으며, 화산 통로에서 기존의 고체 암석 조각만을 분출한다는 특징이 있다.[64]
프레아틱 활동은 압력 하에서 암석층의 균열로 인해 발생하기 때문에 항상 분화로 이어지지는 않는다. 암반이 폭발력을 견딜 수 있을 만큼 강하면 직접적인 분화가 발생하지 않을 수 있지만 암석에 균열이 생겨 약해져 향후 분화를 촉진할 수 있다.[65]
프레아틱 분화는 종종 향후 화산 활동의 전조이며,[66] 일반적으로 약하지만 예외도 있다.[64] 일부 프레아틱 사건은 지진 활동에 의해 촉발될 수 있으며, 암맥 선을 따라 이동할 수도 있다.[65] 프레아틱 분화는 베이스 서지, 라하르, 사태, 화산 쇄설류 "비"를 형성하며, 분화 범위 내의 모든 사람을 질식시킬 수 있는 치명적인 유독 가스를 방출할 수 있다.[66]
프레아틱 활동을 보이는 것으로 알려진 화산은 다음과 같다.
세인트헬렌스 산, 치명적인 1980년 분화 직전에 프레아틱 활동을 보였다(이는 자체적으로 플리니식 분화였다).[63]
탈 화산, 필리핀, 1965년[64] 2020년[67]
과들루프 (소앤틸리스 제도)의 라 수프리에르, 1975–1976년 활동.[64]
몬트세랫, 서인도 제도의 수프리에르 힐스 화산, 1995–2012년.
포아스 화산, 분화구 호수에서 간헐천과 같은 프레아틱 분화를 자주 일으킨다.
불루산 산, 갑작스러운 프레아틱 분화로 잘 알려져 있다.
온타케 산, 이 화산의 모든 역사적 분화는 치명적인 2014년 분화를 포함하여 프레아틱 분화였다.
케린치 산, 인도네시아, 거의 매년 프레아틱 분화를 일으킨다.[68][69]
화산 폭발은 다양한 조건에서 여러 가지 형태를 띤다. 화산학자는 이를 대표적인 유형으로 분류하고 명명한다. 수증기 폭발은 화산체 내부의 물이 마그마에 간접적으로 데워져 마그마를 동반하지 않고 분출하는 현상을 말한다. 폭발적인 분화이지만 규모는 그다지 크지 않고 화산재를 분출하는 정도의 분화도 포함되기 때문에, 일본에서는 '''수증기 분화'''라고 호칭하는 것이 일부 화산학자로부터 제안되고 있다[77].
=== 마그마 수증기 분화 (프레아토마그마 분화) ===
마그마 수증기 분화는 물과 마그마의 상호작용으로 발생하는 분화이다.[1][49] 물과 접촉할 때 마그마의 열 수축에 의해 발생하며, 이 두 가지 사이의 온도 차이는 분화를 구성하는 격렬한 물-용암 상호 작용을 일으킨다.[1][49] 마그마 수증기 분화의 산물은 분출 메커니즘의 차이로 인해 마그마 분화의 산물보다 모양이 더 규칙적이고 미세한 입자를 가질 것으로 여겨진다.[1][49]
연료-냉각제 반응이 열 수축보다 폭발적인 특성에 더 중요하다는 주장이 있으며, 일부 과학자들은 이에 대해 논쟁을 벌이고 있다.[49] 연료 냉각제 반응은 응력파를 전파하여 화산 물질을 파편화시키고, 균열을 넓히고 표면적을 증가시켜 궁극적으로 빠른 냉각과 폭발적인 수축 유도 분화를 유발할 수 있다.[1]
물이 마그마에 직접 접촉하여 수증기 폭발을 일으키고 마그마와 함께 분출하는 현상을 마그마 수증기 폭발이라고 하며, 폭발적인 분화의 형태를 보인다.
=== 해저 분화 ===
해저 분화는 수중에서 발생하는 분화이다. 추정되는 화산 분출량의 75%가 대양 중앙 해령 인근의 해저 분화에 의해 발생한다.[54]심해 화산 분화를 감지하는 데 어려움이 있어 1990년대의 기술 발전으로 관측이 가능해지기 전까지는 세부 사항을 거의 알 수 없었다.[54] 해저 화산 활동은 다양한 과정에 의해 발생하며, 판 경계 및 대양 중앙 해령 근처의 화산은 대류 세포의 상승 부분에서 지각 표면으로 상승하는 맨틀 암석의 감압 용융에 의해 형성된다. 반면, 섭입대와 관련된 분화는 섭입하는 판이 상승하는 판에 휘발성 물질을 추가하여 융점을 낮춤으로써 발생한다.[55]
해저 분화
해저 분화는 해산을 생성할 수 있으며, 이는 수면을 뚫고 화산섬을 형성할 수 있다. 해저 화산 등이 수심이 깊은 곳에서 분화한 경우, 수압이 높기 때문에 폭발은 일어나지 않고, 분출된 용암은 해수에 의해 급격히 냉각되어 베개 용암 또는 히알로클라스타이트가 된다.
대양 중앙 해령을 따라 펼쳐지는 속도는 대서양 중앙 해령에서 연간 2 cm에서 동태평양 해팽을 따라 최대 16 cm까지 매우 다양하다. 더 높은 확산 속도가 더 높은 수준의 화산 활동의 원인일 가능성이 있다.[54] 해산 분출을 연구하는 기술은 수중 음파 탐지기 기술의 발전으로 해저 화산 분출과 관련된 음파인 T파를 "청취"할 수 있게 되기 전까지는 존재하지 않았다. 그 이유는 육상 기반 지진계는 리히터 규모 4 미만의 해상 지진을 감지할 수 없지만 음파는 물 속에서 잘 이동하고 오랜 시간 동안 전달되기 때문이다. 미국 해군이 유지하고 원래 잠수함을 탐지하기 위해 고안된 북태평양의 시스템은 평균 2~3년에 한 번씩 이벤트를 감지했다.[54]
가장 흔한 수중 용암류는 베개 용암이다. 덜 일반적인 것은 더 큰 규모의 흐름을 나타내는 유리질의 변두리 층 흐름이다. 화산쇄설암 퇴적암은 얕은 수심 환경에서 흔하다. 판의 이동이 화산을 분출원으로부터 멀리 이동시키기 시작하면 분출 속도가 줄어들기 시작하고, 물 침식이 화산을 깎아내린다. 분출의 마지막 단계는 알칼리성 흐름으로 해산을 덮는다.[55] 전 세계에는 약 10만 개의 심해 화산이 있지만,[56] 대부분은 활동 단계가 아니다.[55]
=== 빙하 밑 분화 (Subglacial eruption) ===
빙하 밑 분화(Subglacial eruption)는 용암과 얼음 사이의 상호 작용을 특징으로 하는 화산 폭발의 한 유형으로, 종종 빙하 아래에서 발생한다. 빙하 화산 활동의 특성상 높은 위도와 높은 고도의 지역에서 발생한다.[58] 빙하 하 화산은 활동적인 폭발을 하지 않을 때 종종 덮고 있는 얼음에 열을 쏟아 부어 녹은 물을 생성한다고 제안되었다.[57] 이러한 녹은 물 혼합은 빙하 하 폭발이 종종 위험한 요쿨라우프(홍수)와 라하르를 생성한다는 것을 의미한다.[58]
빙하 밑 분화
빙하 화산 활동 연구는 비교적 새로운 분야이다. 초기 보고서에서는 아이슬란드에서 얼음 아래에서 폭발하여 형성된 것으로 추정되는 특이한 평평한 꼭대기, 가파른 측면을 가진 화산(투야)을 설명했다. 이 주제에 대한 최초의 영어 논문은 1947년 윌리엄 헨리 매튜스가 발표했으며, 캐나다, 브리티시컬럼비아 북서부의 투야 뷰트 지역을 설명했다.[58]
빙하 아래에서 화산 성장은 다음과 같은 과정을 거친다:
# 처음에는 폭발이 깊은 바다에서 발생하는 것과 유사하며 화산 구조의 기저부에 베개 용암을 쌓는다.
# 용암의 일부는 차가운 얼음과 접촉하면 파편화되어 유리질 각력암인 히알로클라사이트를 형성한다.
# 잠시 후 얼음이 마침내 호수로 녹아들고, 더 격렬한 술트세이 활동이 시작되어 대부분 히알로클라사이트로 구성된 측면이 형성된다.
# 결국 화산 활동이 계속되어 호수가 끓어오르고 용암 흐름은 더 분출하여 용암이 훨씬 더 느리게 냉각되면서 두꺼워져 종종 주상 절리를 형성한다.
잘 보존된 투야는 이러한 모든 단계를 보여준다(예: 아이슬란드의 효르레이프쇼프디).[59]
화산과 얼음의 상호 작용의 결과는 다양한 구조로 나타나며, 그 모양은 복잡한 폭발 및 환경적 상호 작용에 따라 달라진다. 빙하 화산 활동은 과거 얼음 분포의 좋은 지표이며, 중요한 기후 지표가 된다. 빙하 얼음이 전 세계적으로 후퇴함에 따라 빙하 속에 묻혀 있기 때문에 투야 및 기타 구조물이 불안정해져 대규모 산사태가 발생할 수 있다는 우려가 있다. 화산-빙하 상호 작용의 증거는 아이슬란드와 브리티시컬럼비아 일부 지역에서 뚜렷하며, 심지어 빙하기의 탈빙에도 역할을 할 수 있다.[58]
빙하 하 활동이 있는 것으로 알려진 화산은 다음과 같다.
열대 하와이의 마우나 케아. 화산 정상에 빙하 하 퇴적층 형태로 과거 빙하 하 폭발 활동의 증거가 있다. 폭발은 마지막 빙하기 동안 마우나 케아 정상이 얼음으로 덮여 있던 약 10,000년 전에 시작되었다.[60]
2008년, 영국 남극 조사소는 2,200년 전에 남극 빙상 아래에서 화산 폭발을 보고했다. 이것은 지난 10,000년 동안 남극에서 가장 큰 폭발로 여겨진다. 화산에서 나온 화산재 퇴적물은 허드슨 산맥의 파인 아일랜드 빙하 근처에서 나중에 내린 눈 속에 묻혀 있는 공중 레이더 조사를 통해 확인되었다.[57]
빙하와 화산이 모두 잘 알려진 아이슬란드는 종종 빙하 하 폭발의 현장이다. 예로는 1996년 바트나외쿨 빙모 아래에서 발생한 폭발이 있으며, 이는 약 762m의 얼음 아래에서 발생했다.[61]
거대한 빙하 아래에서 화산이 분화한 경우에는 해저 화산과 유사한 형태가 되지만, 분화 규모가 크고 빙상을 녹여버린 경우, 빙하 아래에 거대한 호수(빙저호)가 생기고, 빙하 벽은 대량의 물의 무게를 견디지 못하고 붕괴되어 집과 다리까지 쓸어버리는 대규모 홍수가 발생한다. 이 대홍수를 요클라우프뢰이프라고 부른다.
3. 1. 마그마 분화
마그마 분화는 마그마가 직접 지표로 분출하는 형태이다.[1]
하와이식 분화: 킬라우에아 산, 마우나케아 산 등 하와이 섬의 화산에서 볼 수 있는 분화 양식이다. 유동성이 높고 휘발성 성분이 적은 현무암질 마그마가 분화된다. 폭발은 일어나지 않고, 대량의 용암이 빠른 속도로 유출된다. 용암호가 생기는 경우가 있다.[7] 하와이형 분화에서 용암류는 현무암질이며 파호이호이 용암과 아아 용암으로 나눌수 있다.[8][9]
스트롬볼리식 분화: 현무암질 또는 안산암질의 유동성이 풍부한 마그마가 수십 초에서 수십 분 간격으로 작은 폭발을 일으키면서 화구에서 분출하는 분화이다. 스트롬볼리 산의 이름을 따서 명명되었다.[12]
불카노식 분화: 스트롬볼리식 분화보다 점성이 큰 안산암질 마그마가 분출할 때 용암 파편이나 화산탄 등이 검은 연기가 되어 폭발적으로 분출한다. 지중해의 불카노 화산에서 명명되었으며, 현재는 분화하지 않는다.[23]
펠레식 분화: 안산암의 용암 돔 붕괴로 인해 발생하며, 거대한 분화 기둥을 형성한다. 몽펠레 화산의 이름을 따서 명명되었다.[31]
플리니식 분화: 안산암질 또는 유문암질 마그마가 스코리아나 경석, 화산재로 격렬한 폭발을 수반하여 분출하는 형태이다. 분출물은 버섯 모양의 연기가 되어 하늘 높이까지 올라간다.[38]
준 플리니식 분화: 플리니식 분화와 스트롬볼리식의 중간과 같은 분화를 준 플리니식 분화라고 하며, 간헐적으로 부석의 강회나 공진을 동반하는 분화를 반복한다.
울트라 플리니식 분화: 플리니식 분화 중에서도 화산 폭발 지수 (VEI) 6 이상의 분화를 가리킨다.
|100px]] || 비폭발적 || - || ~수십 년 || 용암류 || 스패터 언덕・용암류 || 현무암 || 고철질 마그마로 퇴적물이 용암류 위주인 것을 가리킨다. 화구가 점 모양이 아니라 선 모양인 것은 열하 분화（）라고 불린다. 복성 화산의 경우 순상 화산을 형성한다.
용암 돔
lava dome
|100px]] || 비폭발적 || - || ~수년 || 용암 돔・화쇄류 || 용암 돔 || 유문암・데이사이트 || 규장질 마그마가 천천히 분출하여 화구 위에 축적되어 돔 모양으로 성장한 것.
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3. 2. 수증기 분화 (프레아틱 분화)
수증기 분화(프레아틱 분화)는 지하수나 지표수가 마그마에 의해 가열되어 발생하는 분화 유형이다.[65] 차가운 지표수 또는 지하수가 뜨거운 암석 또는 마그마와 접촉하면 과열되어 증기 폭발을 일으켜 주변 암석을 파괴하고[65] 증기, 물, 화산재, 화산탄, 화산 쇄설류의 혼합물을 분출시킨다.[63] 마그마는 직접 분출하지 않으며, 화산 통로에서 기존의 고체 암석 조각만을 분출한다는 특징이 있다.[64]
프레아틱 활동은 압력 하에서 암석층의 균열로 인해 발생하기 때문에 항상 분화로 이어지지는 않는다. 암반이 폭발력을 견딜 수 있을 만큼 강하면 직접적인 분화가 발생하지 않을 수 있지만 암석에 균열이 생겨 약해져 향후 분화를 촉진할 수 있다.[65]
프레아틱 분화는 종종 향후 화산 활동의 전조이며,[66] 일반적으로 약하지만 예외도 있다.[64] 일부 프레아틱 사건은 지진 활동에 의해 촉발될 수 있으며, 암맥 선을 따라 이동할 수도 있다.[65] 프레아틱 분화는 베이스 서지, 라하르, 사태, 화산 쇄설류 "비"를 형성하며, 분화 범위 내의 모든 사람을 질식시킬 수 있는 치명적인 유독 가스를 방출할 수 있다.[66]
프레아틱 활동을 보이는 것으로 알려진 화산은 다음과 같다.
세인트헬렌스 산, 치명적인 1980년 분화 직전에 프레아틱 활동을 보였다(이는 자체적으로 플리니식 분화였다).[63]
탈 화산, 필리핀, 1965년[64] 2020년[67]
과들루프 (소앤틸리스 제도)의 라 수프리에르, 1975–1976년 활동.[64]
몬트세랫, 서인도 제도의 수프리에르 힐스 화산, 1995–2012년.
포아스 화산, 분화구 호수에서 간헐천과 같은 프레아틱 분화를 자주 일으킨다.
불루산 산, 갑작스러운 프레아틱 분화로 잘 알려져 있다.
온타케 산, 이 화산의 모든 역사적 분화는 치명적인 2014년 분화를 포함하여 프레아틱 분화였다.
케린치 산, 인도네시아, 거의 매년 프레아틱 분화를 일으킨다.[68][69]
화산 폭발은 다양한 조건에서 여러 가지 형태를 띤다. 화산학자는 이를 대표적인 유형으로 분류하고 명명한다. 수증기 폭발은 화산체 내부의 물이 마그마에 간접적으로 데워져 마그마를 동반하지 않고 분출하는 현상을 말한다. 폭발적인 분화이지만 규모는 그다지 크지 않고 화산재를 분출하는 정도의 분화도 포함되기 때문에, 일본에서는 '''수증기 분화'''라고 호칭하는 것이 일부 화산학자로부터 제안되고 있다[77].
[72][73][74]
양식명
영명
이미지
격렬도
분연 꼭대기 높이
시간 규모
주요 분출물
주요 형성 지형[75]
주요 암석[76]
비고
수증기 폭발
phreatic eruption
|80px]] || 폭발적 || 10km 이하 정도 || 수 시간~1일 || 수증기・물・화구 주변의 고형물 || 마르 || - || 화산 활동으로 가열된 지하수나 수증기가 지표면의 고형물을 날려 급격히 방출되며 본질물을 포함하지 않는 이벤트를 수증기 폭발 또는 수증기 폭발이라고 한다. 종종 화구 분출형 라하르를 동반한다.
3. 3. 마그마 수증기 분화 (프레아토마그마 분화)
마그마 수증기 분화는 물과 마그마의 상호작용으로 발생하는 분화이다.[1][49] 물과 접촉할 때 마그마의 열 수축에 의해 발생하며, 이 두 가지 사이의 온도 차이는 분화를 구성하는 격렬한 물-용암 상호 작용을 일으킨다.[1][49] 마그마 수증기 분화의 산물은 분출 메커니즘의 차이로 인해 마그마 분화의 산물보다 모양이 더 규칙적이고 미세한 입자를 가질 것으로 여겨진다.[1][49]
연료-냉각제 반응이 열 수축보다 폭발적인 특성에 더 중요하다는 주장이 있으며, 일부 과학자들은 이에 대해 논쟁을 벌이고 있다.[49] 연료 냉각제 반응은 응력파를 전파하여 화산 물질을 파편화시키고, 균열을 넓히고 표면적을 증가시켜 궁극적으로 빠른 냉각과 폭발적인 수축 유도 분화를 유발할 수 있다.[1]
물이 마그마에 직접 접촉하여 수증기 폭발을 일으키고 마그마와 함께 분출하는 현상을 마그마 수증기 폭발이라고 하며, 폭발적인 분화의 형태를 보인다.
3. 4. 해저 분화
해저 분화는 수중에서 발생하는 분화이다. 추정되는 화산 분출량의 75%가 대양 중앙 해령 인근의 해저 분화에 의해 발생한다.[54]심해 화산 분화를 감지하는 데 어려움이 있어 1990년대의 기술 발전으로 관측이 가능해지기 전까지는 세부 사항을 거의 알 수 없었다.[54] 해저 화산 활동은 다양한 과정에 의해 발생하며, 판 경계 및 대양 중앙 해령 근처의 화산은 대류 세포의 상승 부분에서 지각 표면으로 상승하는 맨틀 암석의 감압 용융에 의해 형성된다. 반면, 섭입대와 관련된 분화는 섭입하는 판이 상승하는 판에 휘발성 물질을 추가하여 융점을 낮춤으로써 발생한다.[55]
해저 분화는 해산을 생성할 수 있으며, 이는 수면을 뚫고 화산섬을 형성할 수 있다. 해저 화산 등이 수심이 깊은 곳에서 분화한 경우, 수압이 높기 때문에 폭발은 일어나지 않고, 분출된 용암은 해수에 의해 급격히 냉각되어 베개 용암 또는 히알로클라스타이트가 된다.
대양 중앙 해령을 따라 펼쳐지는 속도는 대서양 중앙 해령에서 연간 2 cm에서 동태평양 해팽을 따라 최대 16 cm까지 매우 다양하다. 더 높은 확산 속도가 더 높은 수준의 화산 활동의 원인일 가능성이 있다.[54] 해산 분출을 연구하는 기술은 수중 음파 탐지기 기술의 발전으로 해저 화산 분출과 관련된 음파인 T파를 "청취"할 수 있게 되기 전까지는 존재하지 않았다. 그 이유는 육상 기반 지진계는 리히터 규모 4 미만의 해상 지진을 감지할 수 없지만 음파는 물 속에서 잘 이동하고 오랜 시간 동안 전달되기 때문이다. 미국 해군이 유지하고 원래 잠수함을 탐지하기 위해 고안된 북태평양의 시스템은 평균 2~3년에 한 번씩 이벤트를 감지했다.[54]
가장 흔한 수중 용암류는 베개 용암이다. 덜 일반적인 것은 더 큰 규모의 흐름을 나타내는 유리질의 변두리 층 흐름이다. 화산쇄설암 퇴적암은 얕은 수심 환경에서 흔하다. 판의 이동이 화산을 분출원으로부터 멀리 이동시키기 시작하면 분출 속도가 줄어들기 시작하고, 물 침식이 화산을 깎아내린다. 분출의 마지막 단계는 알칼리성 흐름으로 해산을 덮는다.[55] 전 세계에는 약 10만 개의 심해 화산이 있지만,[56] 대부분은 활동 단계가 아니다.[55]
3. 5. 빙하 밑 분화 (Subglacial eruption)
빙하 밑 분화(Subglacial eruption)는 용암과 얼음 사이의 상호 작용을 특징으로 하는 화산 폭발의 한 유형으로, 종종 빙하 아래에서 발생한다. 빙하 화산 활동의 특성상 높은 위도와 높은 고도의 지역에서 발생한다.[58] 빙하 하 화산은 활동적인 폭발을 하지 않을 때 종종 덮고 있는 얼음에 열을 쏟아 부어 녹은 물을 생성한다고 제안되었다.[57] 이러한 녹은 물 혼합은 빙하 하 폭발이 종종 위험한 요쿨라우프(홍수)와 라하르를 생성한다는 것을 의미한다.[58]
빙하 화산 활동 연구는 비교적 새로운 분야이다. 초기 보고서에서는 아이슬란드에서 얼음 아래에서 폭발하여 형성된 것으로 추정되는 특이한 평평한 꼭대기, 가파른 측면을 가진 화산(투야)을 설명했다. 이 주제에 대한 최초의 영어 논문은 1947년 윌리엄 헨리 매튜스가 발표했으며, 캐나다, 브리티시컬럼비아 북서부의 투야 뷰트 지역을 설명했다.[58]
빙하 아래에서 화산 성장은 다음과 같은 과정을 거친다:
# 처음에는 폭발이 깊은 바다에서 발생하는 것과 유사하며 화산 구조의 기저부에 베개 용암을 쌓는다.
# 용암의 일부는 차가운 얼음과 접촉하면 파편화되어 유리질 각력암인 히알로클라사이트를 형성한다.
# 잠시 후 얼음이 마침내 호수로 녹아들고, 더 격렬한 술트세이 활동이 시작되어 대부분 히알로클라사이트로 구성된 측면이 형성된다.
# 결국 화산 활동이 계속되어 호수가 끓어오르고 용암 흐름은 더 분출하여 용암이 훨씬 더 느리게 냉각되면서 두꺼워져 종종 주상 절리를 형성한다.
잘 보존된 투야는 이러한 모든 단계를 보여준다(예: 아이슬란드의 효르레이프쇼프디).[59]
화산과 얼음의 상호 작용의 결과는 다양한 구조로 나타나며, 그 모양은 복잡한 폭발 및 환경적 상호 작용에 따라 달라진다. 빙하 화산 활동은 과거 얼음 분포의 좋은 지표이며, 중요한 기후 지표가 된다. 빙하 얼음이 전 세계적으로 후퇴함에 따라 빙하 속에 묻혀 있기 때문에 투야 및 기타 구조물이 불안정해져 대규모 산사태가 발생할 수 있다는 우려가 있다. 화산-빙하 상호 작용의 증거는 아이슬란드와 브리티시컬럼비아 일부 지역에서 뚜렷하며, 심지어 빙하기의 탈빙에도 역할을 할 수 있다.[58]
빙하 하 활동이 있는 것으로 알려진 화산은 다음과 같다.
열대 하와이의 마우나 케아. 화산 정상에 빙하 하 퇴적층 형태로 과거 빙하 하 폭발 활동의 증거가 있다. 폭발은 마지막 빙하기 동안 마우나 케아 정상이 얼음으로 덮여 있던 약 10,000년 전에 시작되었다.[60]
2008년, 영국 남극 조사소는 2,200년 전에 남극 빙상 아래에서 화산 폭발을 보고했다. 이것은 지난 10,000년 동안 남극에서 가장 큰 폭발로 여겨진다. 화산에서 나온 화산재 퇴적물은 허드슨 산맥의 파인 아일랜드 빙하 근처에서 나중에 내린 눈 속에 묻혀 있는 공중 레이더 조사를 통해 확인되었다.[57]
빙하와 화산이 모두 잘 알려진 아이슬란드는 종종 빙하 하 폭발의 현장이다. 예로는 1996년 바트나외쿨 빙모 아래에서 발생한 폭발이 있으며, 이는 약 762m의 얼음 아래에서 발생했다.[61]
거대한 빙하 아래에서 화산이 분화한 경우에는 해저 화산과 유사한 형태가 되지만, 분화 규모가 크고 빙상을 녹여버린 경우, 빙하 아래에 거대한 호수(빙저호)가 생기고, 빙하 벽은 대량의 물의 무게를 견디지 못하고 붕괴되어 집과 다리까지 쓸어버리는 대규모 홍수가 발생한다. 이 대홍수를 요클라우프뢰이프라고 부른다.
3. 6. 홍수 현무암
홍수 현무암은 수천만 년에 한 번 정도로 발생하는 대규모 분화이다.[72][73][74] 대량의 현무암질 용암이 단기간에 지표로 공급되는 현상으로, 예를 들어 인도의 데칸고원 현무암 면적은 한반도의 약 3배에 해당한다.[72] 발생 원인에 관해서는 플룸 구조론으로 의론되고 있다.[72] 화산학자들은 화산 폭발을 여러 유형으로 분류하는데, 분출량・분출율이 매우 큰 이벤트를 홍수 현무암이라고 한다.[72][73][74]
4. 분출물의 성분에 따른 영향
화산 분화 양식은 분출하는 마그마의 유동성과 휘발성 성분 함량에 크게 영향을 받는다. 휘발성 성분은 마그마의 폭발성을 좌우하며, 그 양이 많을수록 화산재와 용암이 높게 분출되어 더 큰 폭발로 이어진다.
유동성이 높고 휘발성 성분이 적은 경우: 하와이섬의 화산처럼 용암이 조용히 흐르는 분화가 일어난다.
유동성이 높고 휘발성 성분이 많은 경우: 1986년이즈 제도의 미하라산 분화 초기처럼 용암이 높고 넓게 분출되는 현상이 발생한다.
유동성이 낮고 휘발성 성분이 적은 경우: 쇼와신산의 분화와 같이 큰 폭발이나 용암 유출 없이 종상 화산(용암 돔)이 형성된다.
유동성이 낮고 휘발성 성분이 많은 경우: 아사마산이나 사쿠라지마섬처럼 폭발적인 분화가 발생한다.
한 번의 분화가 단시간에 끝나는 경우도 있지만, 수개월에 걸쳐 분화가 지속되기도 한다. 장기간의 분화에서는 시간이 지나면서 분화 양상이 바뀌는 경향이 있다. 예를 들어, 초기에는 휘발성 성분이 많아 용암과 화산재가 높게 분출되지만, 시간이 지나면서 휘발성 성분이 감소하여 화산재 분출이 멈추고 가스와 용암 파편 혼합물이 분화구에서 사면을 따라 흐르기도 한다. 분화 후반부에는 휘발성 성분이 빠진 용암이 흘러나오면서 분화가 종료된다. 아사마산의 덴메이 대분화가 이러한 예시에 해당한다.
1783년아이슬란드의 라키산에서 일어난 분화는 분화구로부터 25km에 이르는 곳까지 용암을 분출했지만, 마을과 멀리 떨어져 있어 용암에 따른 피해는 경미했다. 그러나 유독한 화산 가스가 대량 방출되어 아이슬란드의 가축 50%와 인구의 20%가 줄어들었다. 또한, 성층권까지 상승한 화산 가스가 원인이 되어 일사량이 줄어들어 세계의 기온이 낮아졌다. 일본에서는 같은 해에 발생한 아사마산의 대분화의 영향도 겹쳐, 도호쿠 지방에서는 작황이 안 좋아 아사자(餓死者)가 속출했다. 이를 일본에서는 덴메이 대기근이라고 한다.
일본 열도에서는 9만 년 전의 아소 칼데라 분화나 아이라 칼데라 (사쿠라지마 북쪽의 긴코만) 분화가 대표적인 사례로 알려져 있다. 아소 칼데라의 분화에서는 화쇄류가 구마모토현과 오이타현의 대부분과 미야자키현 북부를 덮었다. 또한, 아이라 칼데라의 분화에서는 화쇄류에 의해 시라스 대지가 형성되었다. 이러한 분화로 분출된 화산재는 일본 전역에 쌓였고, 대량의 마그마가 빠져나간 자리에는 거대한 칼데라가 형성되었다.
6. 분화 규모
화산 폭발은 그 강도에 따라 매우 다양하다. 극단적인 예로 용암 분수와 점성이 낮은 용암의 흐름을 특징으로 하는 효율적인 하와이형 분화가 있는데, 이는 일반적으로 위험하지 않다. 다른 극단적인 예로는 플리니식 분화가 있는데, 이는 크고 격렬하며 매우 위험한 폭발성 분화 현상이다. 화산은 하나의 분화 스타일에 얽매이지 않으며, 심지어 단일 분화 주기 내에서도 수동적이고 폭발적인 다양한 유형을 자주 보인다.[43] 또한 화산은 항상 정상 부근의 단일 분화구에서 수직으로 분화하는 것도 아니다. 일부 화산은 측면 분화와 균열 분화를 나타낸다. 특히 많은 하와이형 분화는 열곡대에서 시작된다.[7] 과학자들은 마그마가 상승하기 전에 마그마 저장소에서 혼합되는 과정을 거치는 것으로 생각했는데, 이 과정은 수천 년이 걸리는 것으로 추정되었다. 컬럼비아 대학교의 화산학자들은 1963년 코스타리카의 이라수 화산 폭발이 불과 몇 달 만에 지구 맨틀에서 멈추지 않고 직접 올라온 마그마에 의해 촉발되었을 가능성이 높다는 것을 발견했다.[3]
조지 P. L. 워커는 다음과 같이 말했다.
{{Quote box|author=조지 P. L. 워커|text=폭발성 분화의 산물을 연구할 때 다음을 구별하는 것이 중요하다:
#''규모'' - 총 부피;
#''강도'' - 배출 속도;
#''분산력'' - 분산의 정도;
#''격렬함'' - 운동량의 중요성;
#''파괴력'' - 생명이나 재산의 파괴 정도 (실제 또는 잠재적);
|source=인용[4]}}
화산 폭발 규모 목록
==== 화산 폭발 지수 (VEI) ====
화산 폭발 지수(VEI)는 화산 폭발의 세기를 나타내는 척도로, 0에서 8까지의 등급으로 분류된다.[44] 이 지수는 스미소니언 협회의 세계 화산 활동 프로그램에서 역사적 및 선사 시대 용암류의 영향을 평가하는 데 사용된다.[44]지진의 리히터 규모와 유사하게 각 간격은 규모가 10배씩 증가하는 것을 나타내는 로그 척도이다.[44] 대부분의 화산 폭발은 VEI가 0에서 2 사이이다.[43]
대규모 화산 분화를 가리켜 '''대분화'''라고 부르기도 하는데, 화산학에서는 "도쿄 돔 약 250배 분량 이상(약 3억 m3 이상)의 분출물을 내는 분화(대략 VEI 2 이상)"를 대분화로 정의하고 있다.
==== 분화 마그니튜드 ====
하야카와 유키오가 1993년에 제안한 분화 마그니튜드는 분출물의 질량을 기준으로 화산 폭발의 규모를 나타내는 지표이다.[79] 분화 마그니튜드(M)는 log m - 7로 계산되며, 여기서 m은 분출물의 질량(kg)을 의미한다. 수증기 폭발의 경우 기존 암체를 포함한 분출물량을 사용하며, 암설 사태 등의 붕괴 퇴적물은 포함되지 않는다.
==== 마그마 분출량 ====
분화로 인해 발생하는 분출 퇴적물에는 원래 마그마의 것(본질 물질)과 분화로 파괴된 화산의 산체나 기반암에서 유래한 것(유질 물질)이 있는데, 각각의 엄밀한 양을 구하는 것은 어렵다.[80]
그 때문에, 마그마 유래의 본질 물질로 구성되어 있는 것과 근사하여 환산 산출한 것을 "마그마 분출량"이라고 부른다. 단위에는 km3 에 DRE : Dense Rock Equivalent영어(조밀 암석 상당량)가 부기 표기된다. 즉, 모든 분출물을 용암과 같은 비중으로 했을 경우의 상당 체적을 나타내는 지표이다.[80]
본질 물질에서도, 화쇄류나 화산재(강하 화쇄물) 등의 이벤트의 차이로, 분출 퇴적물은 비중이 다르며, 마그마가 대략 2.5g/cm3인 것에 비해, 화쇄류나 화산재에서의 퇴적물은 대략 1.0g/cm3으로 여겨진다[80]。 즉, DRE로 표시된 분출량보다, 화쇄류나 화산재에서의 퇴적물은 더욱 많아진다. 분출 퇴적물이 용암의 경우, 비중은 마그마와 동등하므로, DRE 환산 체적은 대략 마그마의 체적에 일치하지만, 겉보기 체적으로 2.5 km3의 강하 화쇄물의 경우, DRE 환산 체적에서는 1 km3이 된다.[80]
6. 1. 화산 폭발 지수 (VEI)
화산 폭발 지수(VEI)는 화산 폭발의 세기를 나타내는 척도로, 0에서 8까지의 등급으로 분류된다.[44] 이 지수는 스미소니언 협회의 세계 화산 활동 프로그램에서 역사적 및 선사 시대 용암류의 영향을 평가하는 데 사용된다.[44]지진의 리히터 규모와 유사하게 각 간격은 규모가 10배씩 증가하는 것을 나타내는 로그 척도이다.[44] 대부분의 화산 폭발은 VEI가 0에서 2 사이이다.[43]
대규모 화산 분화를 가리켜 '''대분화'''라고 부르기도 하는데, 화산학에서는 "도쿄 돔 약 250배 분량 이상(약 3억 m3 이상)의 분출물을 내는 분화(대략 VEI 2 이상)"를 대분화로 정의하고 있다.
6. 2. 분화 마그니튜드
하야카와 유키오가 1993년에 제안한 분화 마그니튜드는 분출물의 질량을 기준으로 화산 폭발의 규모를 나타내는 지표이다.[79] 분화 마그니튜드(M)는 log m - 7로 계산되며, 여기서 m은 분출물의 질량(kg)을 의미한다. 수증기 폭발의 경우 기존 암체를 포함한 분출물량을 사용하며, 암설 사태 등의 붕괴 퇴적물은 포함되지 않는다.
6. 3. 마그마 분출량
분화로 인해 발생하는 분출 퇴적물에는 원래 마그마의 것(본질 물질)과 분화로 파괴된 화산의 산체나 기반암에서 유래한 것(유질 물질)이 있는데, 각각의 엄밀한 양을 구하는 것은 어렵다.[80]
그 때문에, 마그마 유래의 본질 물질로 구성되어 있는 것과 근사하여 환산 산출한 것을 "마그마 분출량"이라고 부른다. 단위에는 km3 에 DRE : Dense Rock Equivalent영어(조밀 암석 상당량)가 부기 표기된다. 즉, 모든 분출물을 용암과 같은 비중으로 했을 경우의 상당 체적을 나타내는 지표이다.[80]
본질 물질에서도, 화쇄류나 화산재(강하 화쇄물) 등의 이벤트의 차이로, 분출 퇴적물은 비중이 다르며, 마그마가 대략 2.5g/cm3인 것에 비해, 화쇄류나 화산재에서의 퇴적물은 대략 1.0g/cm3으로 여겨진다[80]。 즉, DRE로 표시된 분출량보다, 화쇄류나 화산재에서의 퇴적물은 더욱 많아진다. 분출 퇴적물이 용암의 경우, 비중은 마그마와 동등하므로, DRE 환산 체적은 대략 마그마의 체적에 일치하지만, 겉보기 체적으로 2.5 km3의 강하 화쇄물의 경우, DRE 환산 체적에서는 1 km3이 된다.[80]
7. 화산재
화산재는 분화와 함께 생성되는 화산암이 직경 2mm 이하로 부서진 것을 가리킨다.[81] 주요 발생 원인으로는 화산 폭발, 고온의 암설류가 화산 산복을 흘러내리는 경우, 용암 비말 비산 등이 있다.
화산재의 색상, 크기는 화산 및 분화 종류에 따라 다르며, 색상은 밝은 회색에서 검은색까지, 크기는 자갈 크기에서 화장용 파우더 등 미세한 입자까지 다양하다.
공중을 부유하는 화산재는 햇빛을 차단하여 시야를 악화시키고, 미세한 입자끼리의 충돌·마찰로 전기를 띠어 번개나 벼락을 발생시키기도 한다. 또한, 미립자 크기의 화산재는 대규모 분연과 함께 바람의 영향을 받아 풍하로 흘러간다. 생성 직후 화산재는 산성 피막으로 덮여 있어 인체가 흡입하면 폐나 눈에 자극을 주어 건강 피해를 유발하고, 주변 지역의 수질, 식물, 농작물에도 악영향을 미친다. 이 피막은 강우에 의해 즉시 제거된다.
대량으로 쏟아진 화산재는 이전의 토양과 섞여 비옥한 표토층이 된다. 많은 화산 지역 주변에 비옥한 토양이 많은 것은 오래된 화산재 퇴적물 지층이 존재하기 때문이다.
8. 화산 분화의 역사
화산 분화는 지구 역사 전반에 걸쳐 발생해 왔으며, 기후 변화와 생물 다양성에 큰 영향을 미쳤다.
9. 한국의 화산
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