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성층 화산

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1. 개요

성층 화산은 섭입대, 판 내부 화산 활동, 대륙 리프트 등 다양한 지질 환경에서 형성되는 원뿔 모양의 화산이다. 해양 지각판이 대륙 지각판 또는 다른 해양 지각판 아래로 섭입되는 섭입대에서 흔히 발생하며, 폭발적인 분화를 특징으로 한다. 이러한 화산은 판 내부 화산 활동이나 대륙 리프트에서도 나타나며, 화산재, 화쇄류, 라하르, 용암류, 화산탄, 화산 가스 등 다양한 위험 요소를 동반한다. 대규모 분화는 지구 기후에 영향을 미치기도 하며, 대표적인 예시로 후지산, 백두산, 베수비오 산 등이 있다.

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성층 화산
지도 정보
기본 정보
유형원뿔형 화산
구성용암과 화산 쇄설물 층
높이4,400미터
형성다양한 화산 폭발 유형을 통해 형성
특징가파른 경사, 주기적인 폭발, 다층 구조
관련 위험화산재, 화쇄류, 용암류, 이류
일반적인 위치판 경계, 섭입대
지질학적 특징
암석 유형안산암, 데사이트, 유문암
화산재화산재, 화산탄
용암용암류
쇄설물화산쇄설류
폭발
폭발 유형폭발적인 폭발, 용암류, 화쇄류
관련 현상화산재, 화쇄류, 용암류
빈도불규칙하고 주기적임
주요 위험
화산재호흡기 질환, 항공 운항 장애
화산쇄설류고온의 화산재와 가스 구름, 매우 파괴적
용암류느리게 이동하는 용암
이류화산재와 물의 혼합물, 매우 위험
대표적인 예
후지산일본의 대표적인 성층 화산
마욘 화산필리핀의 대칭적인 원뿔형 화산
스트롬볼리 화산이탈리아의 활화산
베수비오 산이탈리아의 활화산
크라카타우 화산인도네시아의 화산
세인트헬렌스 산미국의 활화산
테이데 산스페인의 화산
바크 강 화산 복합체캐나다의 성층 화산
팝카테페틀 산멕시코의 화산
추가 정보
형성 환경섭입대와 관련된 지역에서 자주 발견됨
일반적인 지형지각판 경계에서 흔히 발견됨

2. 분포

성층화산은 주로 섭입대에서 해양판이 대륙판 아래로 섭입하면서 발생하는 마그마 활동으로 형성된다. 환태평양 조산대(불의 고리)에 속하는 일본, 필리핀, 인도네시아 등이 대표적인 예이다. 판 내부의 열점이나 대륙 열곡대에서도 성층화산이 형성될 수 있다.

다음은 주요 성층화산의 분포이다.



한국의 백두산조선민주주의인민공화국중화인민공화국 국경에 걸쳐 있으며, 섭입대와 관련된 화산 활동으로 형성되었다.

2. 1. 섭입대 화산

섭입대 단면과 관련 성층화산


섭입대에서는 판구조론적 경계를 따라 해양 지각판이 대륙 지각판 아래로 섭입되거나(대륙 호상 화산활동, 예: 캐스케이드 산맥, 안데스 산맥, 캄파니아) 다른 해양 지각판 아래로 섭입되는 곳(섬 호상 화산활동, 예: 일본, 필리핀, 알류산 열도)에서 사슬이나 무리를 이루어 성층 화산이 형성된다.[13]

섭입대 화산은 판이 맨틀로 끌려 들어갈 때 수화된 광물이 함께 끌려 들어가면서 형성된다. 녹니석이나 사문석과 같은 수화 광물은 맨틀에 물을 방출하고, 이는 맨틀의 녹는점을 섭씨 60~100도 낮춘다. 수화물 광물에서 물이 방출되는 현상은 "탈수작용"이라고 하며, 각 광물마다 특정 압력과 온도에서 발생하며, 판이 더 깊은 곳으로 내려갈수록 일어난다.[18] 이를 통해 맨틀이 부분적으로 녹아 마그마를 생성한다. 이를 용융작용이라고 한다. 마그마는 지각을 통해 상승하면서 실리카가 풍부한 지각 암석을 포함하여 최종적으로 중간 성분을 형성한다. 마그마가 지표면에 가까워지면 성층화산 아래 지각 내부의 마그마 방에 모인다.[19]

최종 분출을 유발하는 과정은 추가 연구가 필요한 문제이다. 가능한 메커니즘은 다음과 같다.[20]

  • 마그마 분화: 가장 가벼운 실리카가 풍부한 마그마와 물, 할로겐 및 이산화황과 같은 휘발성 물질이 마그마 방의 최상부에 축적된다. 이는 압력을 급격히 증가시킬 수 있다.[21]
  • 마그마의 분별 결정작용: 무수 광물인 장석이 마그마에서 결정화되면 나머지 액체에 휘발성 물질이 농축되어 두 번째 비등을 일으켜 기체 상(이산화탄소 또는 물)이 액체 마그마에서 분리되어 마그마 방의 압력을 높인다.[22][23]
  • 새로운 마그마가 마그마 방으로 유입되어 이미 존재하는 차가운 마그마와 섞이고 가열된다. 이는 용액에서 휘발성 물질을 방출하고 차가운 마그마의 밀도를 낮추어 압력을 증가시킬 수 있다. 많은 분출 직전에 마그마 혼합에 대한 상당한 증거가 있으며, 최근에 분출된 실리카가 풍부한 용암에서 발견되는 마그네슘이 풍부한 감람석 결정에는 반응 가장자리가 없다. 이는 용암이 혼합 직후에 분출된 경우에만 가능한데, 감람석은 실리카가 풍부한 마그마와 빠르게 반응하여 휘석 가장자리를 형성하기 때문이다.[24]
  • 주변 국반암의 점진적인 용융.[20]


이러한 내부적 요인은 사면 붕괴, 지진 또는 지하수와의 상호 작용과 같은 외부적 요인에 의해 변형될 수 있다. 이러한 요인 중 일부는 제한된 조건하에서만 작용한다. 예를 들어, 사면 붕괴(화산의 사면 일부가 대규모 산사태로 붕괴되는 경우)는 매우 얕은 마그마 방의 분출만을 유발할 수 있다. 마그마 분화 및 열팽창은 또한 깊은 마그마 방의 분출을 유발하는 요인으로는 효과적이지 않다.[20]

2. 2. 판 내부 화산

판 내부에서는 열점이나 대륙 열곡대와 같은 지질학적 환경에서 성층화산이 형성될 수 있다. 카나리아 제도의 테이데 산[14], 카보베르데의 피쿠 두 포구[15], 탄자니아의 올 도이뇨 렝가이[16], 케냐의 롱고노트 산[17]이 그 예이다.

3. 형성 과정

섭입대 화산은 판이 맨틀로 끌려 들어갈 때 수화된 광물이 함께 끌려 들어가면서 형성된다. 녹니석이나 사문석과 같은 수화 광물은 맨틀에 물을 방출하고, 이는 맨틀의 녹는점을 섭씨 60~100도 낮춘다.[18] 수화물 광물에서 물이 방출되는 현상은 "탈수작용"이라고 하며, 각 광물마다 특정 압력과 온도에서 발생하며, 판이 더 깊은 곳으로 내려갈수록 일어난다. 이를 통해 맨틀이 부분적으로 녹아 마그마를 생성한다. 이를 용융작용이라고 한다. 마그마는 지각을 통해 상승하면서 실리카가 풍부한 지각 암석을 포함하여 최종적으로 중간 성분을 형성한다. 마그마가 지표면에 가까워지면 성층화산 아래 지각 내부의 마그마 방에 모인다.[19]

최종 분출을 유발하는 과정은 추가 연구가 필요한 문제이다. 가능한 메커니즘은 다음과 같다.[20]


  • 마그마 분화: 가장 가벼운 실리카가 풍부한 마그마와 물, 할로겐 및 이산화황과 같은 휘발성 물질이 마그마 방의 최상부에 축적된다. 이는 압력을 급격히 증가시킬 수 있다.[21]
  • 마그마의 분별 결정작용: 무수 광물장석이 마그마에서 결정화되면 나머지 액체에 휘발성 물질이 농축되어 두 번째 비등을 일으켜 기체 상(이산화탄소 또는 물)이 액체 마그마에서 분리되어 마그마 방의 압력을 높인다.[22][23]
  • 새로운 마그마가 마그마 방으로 유입되어 이미 존재하는 차가운 마그마와 섞이고 가열된다. 이는 용액에서 휘발성 물질을 방출하고 차가운 마그마의 밀도를 낮추어 압력을 증가시킬 수 있다. 많은 분출 직전에 마그마 혼합에 대한 상당한 증거가 있으며, 최근에 분출된 실리카가 풍부한 용암에서 발견되는 마그네슘이 풍부한 감람석 결정에는 반응 가장자리가 없다. 이는 용암이 혼합 직후에 분출된 경우에만 가능한데, 감람석은 실리카가 풍부한 마그마와 빠르게 반응하여 휘석 가장자리를 형성하기 때문이다.[24]
  • 주변 국반암의 점진적인 용융.[20]


이러한 내부적 요인은 사면 붕괴, 지진 또는 지하수와의 상호 작용과 같은 외부적 요인에 의해 변형될 수 있다. 이러한 요인 중 일부는 제한된 조건하에서만 작용한다. 예를 들어, 사면 붕괴(화산의 사면 일부가 대규모 산사태로 붕괴되는 경우)는 매우 얕은 마그마 방의 분출만을 유발할 수 있다. 마그마 분화 및 열팽창은 또한 깊은 마그마 방의 분출을 유발하는 요인으로는 효과적이지 않다.[20]

4. 위험 요소

이탈리아 남부 시칠리아 섬의 에트나 산


기록된 역사에서 섭입대(판구조론적 수렴 경계) 화산의 폭발적인 분출은 문명에 가장 큰 위협을 가해왔다.[25] 세인트헬렌스 산, 에트나 산, 피나투보 산과 같은 섭입대 성층화산은 일반적으로 마그마의 점성이 높아 화산 가스가 쉽게 빠져나가지 못하기 때문에 폭발적인 힘으로 분출된다.[26] 결과적으로, 가두어진 화산 가스의 엄청난 내부 압력이 끈적끈적한 마그마 속에 남아 서로 섞이게 되고, 분출구가 무너지고 분화구가 열린 후, 마그마는 폭발적으로 가스를 방출하며, 마그마와 가스는 고속으로 엄청난 힘을 가지고 폭발적으로 분출된다.[25]

1600년 이후, 약 30만 명이 화산 분출로 사망했는데, 사망자 대부분은 화쇄류와 라하르로 인한 것이었다.[25]

1991년에 분출한 10년 화산 중 피나투보 산과 운젠산은 성층화산의 위험을 보여주는 사례이다. 피나투보 산은 마닐라에서 서북서쪽으로 90km 떨어진 중부 루손에 위치하며, 1991년 분출 전 6세기 동안 휴화산 상태였다가 1991년 6월 15일 분출하여 화산재 구름이 40km 상공까지 치솟았다. 이로 인해 대규모 화쇄류와 라하르 홍수가 발생하여 주변 지역에 큰 피해를 입혔으며, 이 분출은 20세기 두 번째로 큰 분출 중 하나였다.[25][27] 이로 인해 발생한 대규모 화산재 구름은 지구 온도에 영향을 미쳐 일부 지역의 온도를 0.5°C까지 낮추었다.[27] 화산재 구름은 2200만 톤의 SO2로 구성되었는데, 이는 물방울과 결합하여 황산을 생성했다.[25] 같은 해 일본의 운젠산도 200년 만에 분출했는데, 규슈 섬에 위치하며 나가사키에서 동쪽으로 약 40km 떨어져 있다.[25]

서기 79년의 베수비오 산 분출은 위험한 성층화산 분출의 가장 유명한 사례이다. 이 분출은 인근 고대 도시인 폼페이헤르쿨라네움을 두께 6~7m의 화쇄류와 부석으로 완전히 뒤덮었다. 당시 폼페이에는 1만~2만 명의 주민이 살고 있었다.[29] 베수비오 산은 강력한 폭발적인 분출 능력과 주변 나폴리 광역시 지역(총 약 360만 명)의 높은 인구 밀도로 인해 세계에서 가장 위험한 화산 중 하나로 인식되고 있다.[30]

성층 화산은 화쇄류, 라하르, 화산재, 화산탄, 용암류, 화산 가스 등 다양한 위험 요소를 가지고 있다.

4. 1. 화쇄류

화쇄류는 빠르고 눈사태와 같은, 지면을 휩쓰는, 백열 상태의 뜨거운 화산 잔해, 미세한 화산재, 부서진 용암, 그리고 과열된 가스의 혼합물로, 시속 150km/h 이상의 속도로 이동할 수 있다.[25] 1600년 이후, 약 30만 명이 화산 분출로 사망했으며, 사망자 대부분은 화쇄류와 라하르로 인한 것이었다. 이들은 섭입대 성층화산의 폭발적인 분출을 종종 수반하는 치명적인 위험 요소이다.[25]

1902년 마르티니크 섬의 펠레 산 분출 당시 약 3만 명이 화쇄류로 사망했다.[25] 1982년 3월과 4월, 멕시코 남동부 치아파스 주의 엘 치촌 화산이 3번 분출하여, 멕시코 역사상 최악의 화산 재난을 초래했으며 화쇄류로 2,000명 이상이 사망했다.[25]

4. 2. 라하르 (화산 이류)

라하르(자바어로 화산 진흙류를 뜻하는 용어에서 유래)는 화산 쇄설물과 물이 섞인 혼합물이다. 라하르는 분출 중 또는 분출 전의 폭우, 또는 얼음과 눈과의 상호 작용으로 인해 발생할 수 있다. 녹은 물이 화산 쇄설물과 섞여 빠르게 움직이는 진흙류를 형성한다. 라하르는 일반적으로 약 60%의 퇴적물과 40%의 물로 구성되어 있다.[40] 화산 쇄설물의 양에 따라 라하르는 유동성이 있거나 콘크리트처럼 걸쭉할 수 있다.[41] 구조물을 파괴하고 심각한 인명 피해를 야기할 만큼 강력하고 빠르며, 시속 수십 킬로미터에 달하는 속도를 낼 수 있다.[40] 1985년 콜롬비아의 네바도 델 루이스 화산 분출 당시, 화쇄류가 해발 5321m의 안데스 산맥에 있는 화산 정상의 눈과 얼음을 녹였다. 이로 인해 발생한 라하르는 2만 5천 명의 사망자를 냈으며, 아르메로시와 인근 마을들을 덮쳤다.[41]

4. 3. 화산재

1991년 6월 15일 클락 공군기지에 쌓인 피나투보 산 화산재


폭발적 분화로 생기는 화산재 구름은 항공 안전에 큰 위협이 된다.[25] 화산재는 미세한 암석, 광물, 화산 유리 조각으로 이루어져 있으며, 거칠고 마모성이 강하며 물에 녹지 않는다.[31] 1982년 인도네시아 자바섬의 갈룽궁 산 분화 때 영국항공 9편이 화산재 구름 속을 지나가다 엔진이 일시 정지되고 기체가 손상되는 사고가 있었다.[32] 화산재로 인한 항공기 추락 사고는 없었지만, 60대가 넘는 여객기가 피해를 입었고, 일부는 비상 착륙을 해야 했다.[33][25] 화산재는 사람의 건강에도 해로우며, 재산 피해도 일으킨다. 1제곱야드 넓이에 4인치(약 10cm) 두께로 쌓인 화산재의 무게는 약 54.43kg에서 약 90.72kg 정도이며, 젖으면 무게가 두 배로 늘어난다. 젖은 화산재는 전기가 통해 전자기기에 위험하다.[31] 분화 기둥이나 화산체, 용암 돔 일부가 붕괴하면 뜨거운 화산재 구름이 발생할 수 있다. 화쇄류라고 불리는 이 구름은 화산재뿐만 아니라 뜨거운 용암, 부석, 암석, 화산 가스를 포함하며, 시속 약 80.47km 이상, 온도 200°C~700°C로 이동하여 경로에 있는 모든 것을 파괴할 수 있다.[34]

4. 4. 용암류

2009년 12월 29일 용암류를 분출하는 필리핀 마욘산


성층화산의 용암류는 점성이 높아 느리게 움직여 사람이나 동물에게 큰 위협이 되지 않는다. 용암으로 인한 사망은 대부분 폭발이나 유독가스로 인한 질식 등 다른 원인 때문이다.[35] 용암류는 주택과 농장을 두꺼운 화산암으로 덮어 재산 피해를 일으킬 수 있다.[35]

모든 성층화산이 점성이 높은 용암을 분출하는 것은 아니다. 중앙아프리카 키부호 근처 니라공고산마그마실리카 함량이 매우 낮아 점성이 낮기 때문에 위험하다. 점성이 낮은 용암은 거대한 용암 분천을 만들 수 있지만, 점성이 높은 용암은 통로 안에서 굳어 화산 마개를 만들 수 있다. 화산 마개는 화산 가스를 가두어 마그마 방에 압력을 높여 격렬한 분출을 일으킬 수 있다.[36] 용암의 온도는 보통 700°C에서 1200°C 사이이다.[37]

4. 5. 화산탄

화산탄화산 분출 시 굳지 않은 암석과 용암 덩어리가 분출되는 것이다. 화산탄은 크기가 64mm(2.5인치) 이상인 것을 말하며, 2~64mm 크기는 화산력으로 분류된다.[38] 화산탄은 분출될 때 용융 상태이며, 떨어지면서 부분적으로 식어 굳는다. 땅에 떨어질 때는 띠 모양이나 타원형 모양을 띠거나 평평해지기도 한다.[39] 화산탄은 스트롬볼리식불카노식 분화, 그리고 현무암질 용암과 관련이 있다. 분출 속도는 200~400 m/s로 기록되어, 화산탄은 파괴적인 피해를 일으키는 원인이 된다.[38]

4. 6. 화산 가스

화산이 형성될 때 여러 화산 가스가 화산 챔버 내부의 마그마와 섞인다. 분출하는 동안 가스는 대기로 방출되어 인체에 유독한 영향을 미칠 수 있다. 이러한 화산 가스 중 가장 많은 것은 이며, 그 다음으로 이산화탄소, 이산화황, 황화수소, 불화수소가 있다.[40]

  • 이산화탄소는 공기 중 농도가 3%를 넘으면 어지러움과 호흡 곤란을 유발할 수 있으며, 15%를 넘으면 사망에 이를 수 있다. 이산화탄소는 지표면의 저지대에 고여 치명적이고 무취의 가스 주머니를 형성할 수 있다.[42]
  • 이산화황은 접촉 시 호흡기, 피부 및 눈을 자극한다. 매캐한 계란 냄새와 오존층 파괴의 원인으로 알려져 있으며, 분출 후 바람이 부는 쪽에 산성비를 내리게 할 수 있다.[42]
  • 황화수소는 이산화황보다 훨씬 더 강한 냄새를 가지고 있으며, 독성이 더 강하다. 500ppm 이상의 농도에 1시간 미만 노출되면 사망할 수 있다.[42]
  • 불화수소 및 유사한 물질은 화산재 입자에 달라붙어 침착되면 토양과 물을 오염시킬 수 있다.[42]


휴지기 동안 가스가 수동적으로 방출되는 화산 가스 방출 과정에서도 가스가 배출된다.[42]

5. 지구 기후에 미치는 영향

1991년 피나투보 산 분화 당시 클라크 공군기지에서 본 화산재 구름. 1991년 6월 12일


운젠 산 분화는 사망자와 지역적 피해를 야기했지만, 1991년 6월 피나투보 산 분화의 영향은 전 세계적으로 나타났다.[33] 분출 기둥은 40km 높이에 달했고, 17메가톤의 이산화 황(SO2)을 성층권 하부에 방출했다.[43] 이산화황, 이산화 탄소(CO2) 및 기타 화산 가스에서 생성된 에어로졸이 전 세계로 확산되었다. 이 구름 속의 이산화황은 물과 결합하여 황산을 형성하여 일부 태양광이 대류권에 도달하는 것을 차단했다.[33] 이로 인해 1992년부터 1993년까지 지구 온도가 약 0.4°C 감소했다. 이러한 에어로졸로 인해 오존층이 당시 기록된 최저 농도에 도달했다.[43] 피나투보 산 규모의 분화는 몇 년 동안 날씨에 영향을 미쳤으며, 더 따뜻한 겨울과 더 서늘한 여름이 관찰되었다.[43]

유사한 현상은 1815년 4월 인도네시아 숨바와 섬의 탐보라 산 분화에서도 발생했다. 이 분화는 기록상 가장 강력한 분화로 인정받고 있다.[33] 이 분화로 인한 분출 구름은 지구 온도를 0.4°C만큼 낮추었다.[44] 분화 다음 해에 북반구 대부분 지역은 여름철에 더 서늘한 기온을 경험했다. 북반구에서는 1816년을 "여름 없는 해"로 알고 있다. 이 분화로 농작물 실패, 식량 부족, 홍수가 발생하여 유럽, 아시아, 북미 전역에서 10만 명 이상이 사망했다.[44]

6. 대표적인 성층화산

전 세계에는 여러 성층화산이 분포하고 있다. 주요 성층화산은 다음과 같다.[13]

대표적인 성층화산
대륙국가산 이름높이(m)
아시아후지산3,776
사쿠라지마1,117
요테이산1,898
다마반드산5,610
rowspan=4|브로모산2,329
스메루산3,676
시나붕산2,460
아궁산3,142

백두산2,744
마욘산2,463
유럽클류쳅스카야산4,750
rowspan=2|베수비오산1,281
에트나산3,329
아프리카킬리만자로산5,895

엘곤산4,321
앵글로아메리카후드산1,817
라틴아메리카rowspan=2|오리사바산5,636
포포카테페틀산5,426

오호스델살라도산6,891


6. 1. 아시아



일본일본어후지산시즈오카현고텐바, 스소노, 후지, 후지노미야시슨토군 오야마정, 그리고 야마나시현후지요시다시미나미쓰루군 나루사와촌에 걸쳐 위치하며 높이는 3,776m이다.[13] 사쿠라지마는 가고시마현 사쿠라지마섬에 있으며 높이는 1,117m이다.[13] 요테이산홋카이도 도야호 북쪽의 기모베쓰정루스쓰촌에 걸쳐 있으며 높이는 1,898m이다.[13]

이란fa다마반드산마잔다란주에 위치하며 높이는 5,610m이다.[13]

인도네시아id브로모산스메루산자와섬 동부에 위치하며, 각각 높이는 2,329m와 3,676m이다.[13] 시나붕산수마트라섬에 위치하며 높이는 2,460m이다.[13] 아궁산발리섬에 위치하며 높이는 3,142m이다.[13]

대한민국한국어과 중화인민공화국중국어국경에 위치한 백두산함경남도 혜산군, 함경북도 무산군, 량강도 삼지연시지린성 바이산시에 걸쳐 있으며, 높이는 2,744m이다. 특히 백두산은 한국에서 가장 높은 산으로, 역사적, 문화적으로 중요한 의미를 가진다.[13]

필리핀tl 마욘산루손섬 남동부 알바이주에 위치하며 높이는 2,463m이다.[13]

아시아의 주요 성층 화산
국가산 이름높이 (m)
후지산3,776
사쿠라지마1,117
요테이산1,898
다마반드산5,610
브로모산2,329
스메루산3,676
시나붕산2,460
아궁산3,142
/백두산2,744
마욘산2,463


6. 2. 유럽

Ключевская сопка|클류쳅스카야 산ru[13]캄차카반도에 위치한 해발 4,750m의 성층 화산이다.

Vesuvio|베수비오 산it[13]캄파니아주에 위치한 해발 1,281m의 성층 화산이다. Etna|에트나 산it[13]시칠리아섬 동부, 카타니아시 북부에 위치한 해발 3,329m의 성층 화산이다.

6. 3. 아프리카

킬리만자로 산은 탄자니아 북동부에 위치한 성층 화산으로 높이는 5,895m이다.[16]

엘곤 산은 우간다케냐 국경에 위치한 성층 화산으로 높이는 4,321m이다.

6. 4. 아메리카

후드산(Mount Hood), 레이니어 산(Mount Rainier), 세인트헬렌스 산(Mount St. Helens)은 미국에 있다. 오리사바산(Pico de Orizaba)과 포포카테페틀산(Popocatépetl)은 멕시코에 있다. 오호스델살라도산(Ojos del Salado)은 칠레아르헨티나 국경에 걸쳐 있다.

참조

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