초화산

1. 개요

초화산은 화산 폭발 지수 7 또는 8 이상의 대규모 분화를 일으키는 화산을 의미하며, 일반적으로 1,000 km³ 이상의 겉보기 분출량을 보이는 화산을 지칭하기도 한다. 지하 마그마의 급격한 감압으로 인한 폭발적인 분화는 화쇄류, 화산재, 화산 가스 등을 광범위하게 방출하여 지구 기온 저하, 생태계 파괴 등 심각한 영향을 미칠 수 있다. 과거 초화산 분화는 지구 역사상 대량 멸종 사건과 관련이 있으며, 옐로스톤 국립공원, 토바호 등 전 세계 여러 지역에서 초화산 분화의 징후가 관찰되어 과학자들은 이에 대한 연구와 대비를 진행하고 있다. 특히, 일본과 한반도 또한 초화산 분화의 위험에서 안전하지 않으며, 백두산과 규슈 지역의 화산 활동에 대한 지속적인 관찰이 필요하다.

2. 용어

"초화산"이라는 용어는 1949년에 화산 관련 문맥에서 처음 사용되었으며, 2000년 BBC의 과학 프로그램 호라이즌을 통해 대중화되었다.

일본에서는 "파국분화(破局噴火)"라는 용어가 사용되기도 하는데, 이는 2002년 소설 사도 일본에서 처음 등장한 용어이다. 소설 속에서는 화산분화예지연락회(火山噴火予知連絡会)가 가쿠토 칼데라의 초대규모 분화를 “깔때기형 칼데라 화산의 파국'적' 분화”라고 발표했지만, NHK의 긴급 보도 프로그램 캐스터가 “파국분화(破局噴火)”라고 잘못 말하면서 일본 국내는 물론 해외에서도 “근대 국가가 멸망할 규모의 폭발적인 거대 분화”를 'Hakyokuhunka'라고 부르게 되었다고 설정되어 있다. 이 용어는 소설의 작중 용어를 넘어, 실제로 일어났거나 앞으로 일어날 수 있는 대규모 분화를 나타내는 말로 일부 화산학자와 언론 보도에서 사용되기도 한다. 하지만, 국제적 또는 학술적인 용어로 'Hakyokuhunka'가 통용되지는 않고 일본에서만 사용되는 용어이며, 영어로는 “Supervolcano”가 유사한 용어로 사용된다.

"초화산"에 대한 명확한 정의는 없지만, 일반적으로 VEI 7 또는 8 이상의 분화를 일으키는 화산을 의미한다.

3. 메커니즘

지하 수 킬로미터(km)에 있는 마그마 덩어리의 마그마에는 지압에 의해 다양한 기체가 녹아 있다. 특히 유문암질 마그마에 그 경향이 강하다. 어떤 원인에 의해 마그마가 갑자기 감압되면 마그마는 발포하여 많은 기체를 분출하고, 마그마 덩어리 자체가 폭발하여 지각 표층부를 날려 버리는 대분화가 된다.

일반적인 분화와 달리, 분화의 파괴력은 엄청난 위력이 되며, 화쇄류도 방사상 360도 방향으로 흘러 넓은 면적을 덮는다. 반경 수십km 범위에서 생물이 멸종할 뿐만 아니라, 많은 분출물이 성층권 계면(고도 약 50 km)이나 그 위의 중간권에까지 도달한 결과, 지구의 기온이 내려가거나, 종족의 멸망의 원인이 되기도 한다. 폭발 후에는 지표가 크게 함몰되어 칼데라가 형성된다.

파국 분화를 일으키는 마그마 덩어리는 납작한 형태로 존재하는 경우가 많으며, 분화하지 않고 지하에서 고결된 유문암질 화성암체의 형태가 납작하다는 최근의 지질학적 지견도 그것을 뒷받침하고 있다.

4. 초화산 분화의 영향

아이슬란드, 시베리아 트랩, 데칸 트랩, 온통 자바 고원과 같은 대규모 마그마 지방은 홍수 현무암 분출의 결과로 형성되며, 이들은 많은 양의 가스를 방출한다. 레위니옹 열점이 생성한 데칸 트랩은 백악기-팔레오기 멸종 사건과 시기적으로 일치하며, 화산 활동이 멸종에 영향을 주었을 가능성이 있다. 시베리아 트랩은 페름기-트라이아스기 멸종 사건과 관련이 있지만, 멸종의 유일한 원인인지는 불분명하다.

일반적인 분화와 달리 초화산 분화는 엄청난 파괴력을 가지며, 화쇄류가 360도 방향으로 흘러 광범위한 지역을 덮친다. 대량의 분출물은 성층권이나 중간권까지 도달하여 지구 기온을 낮추고, 생물 종의 멸망을 초래할 수 있다. 분화 후에는 지표가 크게 함몰되어 칼데라가 형성된다.

화산폭발지수(VEI)는 화산 분출물의 양에 따라 결정되는데, 초화산 분출은 VEI 7~8에 해당한다. 1991년 피나투보산 분출은 VEI 6이었지만, 라 가리타 칼데라 등에서는 1000 km³ 규모의 분출이 발생하여 화쇄류 규모가 훨씬 컸다.

5. 과거의 초화산 분화

다음은 과거에 발생했던 초화산 분화 기록이다. 화산 폭발 지수(VEI) 8과 7에 해당하는 분화들을 포함한다.

5.1. VEI 8

5.2. VEI 7

6. 한반도와 초화산

한반도는 지리적으로 환태평양 조산대에 속하지 않아 직접적인 초화산 분화 위험은 낮다. 그러나 일본의 초화산, 특히 규슈 지역의 화산 활동은 한반도에 큰 영향을 줄 수 있다.

7,300년 전 키카이 칼데라 분화는 죠몬 문화를 멸망시킨 것으로 알려져 있으며, 도호쿠 지방과 한반도에서도 "아카호야"라 불리는 화산쇄설물이 발견되었다. 이는 당시 분화가 매우 컸음을 보여주는 증거이다. 오이타현에서는 50cm 두께의 화산재층이 관찰되기도 했다.

아소산은 과거 4차례의 대규모 분화를 일으켰으며, 약 9만 년 전의 분화는 산체가 붕괴될 정도였다.

6.1. 일본의 초화산

일본은 환태평양 조산대에 위치하여 초화산 분화 가능성이 높은 지역이다. 특히 규슈 지역의 아이라 칼데라, 아소산, 키카이 칼데라는 과거 대규모 분화를 일으킨 바 있으며, 미래에도 분화 가능성이 제기되고 있다.

일본에서 VEI 7 이상의 분화는 7,000년에서 1만 년에 한 번 정도의 빈도로 발생하고 있으며, 마지막 사건은 약 7,300년 전 키카이 칼데라 분화였다.

다음은 일본에서 발생한 주요 초화산 분화 목록이다. 볼드체는 VEI 8 규모의 분화를 나타낸다.

아소산은 과거 4회 큰 분화를 일으켰으며, 약 9만 년 전 분화는 최대 규모의 "파국 분화"였다. 이로 인해 아소산은 산체가 붕괴되었고, 네고다케만이 유일하게 남았다. 이후 칼데라호가 생겨났다가 중앙화구구가 융기, 분화하여 현재의 모습이 되었다.

7,300년 전 가고시마현 남쪽 해상의 해저 화산(키카이 칼데라)에서 발생한 거대 분화는 당시 남규슈에서 번영했던 죠몬 문화를 멸망시켰다고 알려져 있다. 도호쿠 지방이나 한반도에서도 적황색을 띤 "아카호야"라고 불리는 화산쇄설물이 발견되어, 매우 규모가 큰 파국 분화였음을 알 수 있다. 화쇄류는 반경 100km 범위에 퍼졌고, 오이타현에서도 50cm 두께의 화산재층이 관찰된다.

7. 미래의 초화산 분화

과학자들은 옐로스톤 국립공원, 인도네시아 토바호 등 전 세계 여러 지역의 초화산을 주시하고 있다. 이들 화산이 다시 분화할 경우, 전 지구적인 재앙을 초래할 수 있다.

미국 옐로스톤 국립공원에는 공원 면적과 맞먹는(8980km²) 초대형 마그마 웅덩이가 존재하는 것이 확인되었다. 약 220만 년 전, 약 130만 년 전, 약 64만 년 전 총 3차례의 초대형 분화를 일으켰으며, 현재 저장되어 있는 9000km³의 마그마가 분출될 경우 인류의 생존 위기가 예상된다. 약 64만 년 전의 비교적 작은 규모의 분화조차도 워싱턴주 세인트헬렌스 산의 1980년 분화(VEI=5)의 1,000배 규모였다. 그리고 분화 주기는 약 60만 년이며, 이미 마지막 분화 이후 64만 년이 경과했다.

옐로스톤 국립공원에서는 지진 활동이 활발하며, 21세기 초 10년 동안 공원 전체가 10cm 이상 융기하고, 호수가 말라붙거나, 분기 활동이 활발해지는 등 위험한 징후가 관찰되어 새로운 출입 금지 구역을 설치하고 관측 장비를 증설하고 있다. 미국 지역 신문인 The Denver Post는 미국 지질조사국(USGS)의 리즈 지질 과학자가 옐로스톤 공원 내 호수 바닥에서 높이 30m 이상, 지름 600m 이상의 거대한 융기를 발견했다고 보도하고 있다.

영국 과학자들의 시뮬레이션에 따르면, 옐로스톤 국립공원의 초대형 분화가 발생할 경우 3~4일 이내에 다량의 화산재가 유럽 대륙에 도착하고, 미국의 75%의 토지 환경이 변화하며, 화산으로부터 반경 1000km 이내에 거주하는 90%의 사람들이 화산재로 질식사하고, 지구의 연평균 기온이 10도(장소에 따라 12도) 하강하며, 그 추운 기후는 6~10년간 지속될 것이라고 한다.

고베 대학 연구팀은 2014년 10월 22일, 칼데라를 형성하는 대규모 분화가 일본 열도에서 향후 100년 이내에 발생할 확률을 약 1%로 추산하는 결과를 발표했다. 2014년에 시작된 일본 원자력규제위원회의 가와치 원자력발전소 재가동을 둘러싼 논의에서는, 여러 칼데라가 존재하는 남큐슈에서의 대규모 분화 위험을 어느 정도로 평가할 것인가가 논의되고 있다. 그러한 초대형 분화가 발생할 경우 가고시마시를 포함한 가고시마현 본토 대부분이 거의 전역에 걸쳐 괴멸될 것을 의미하기 때문에 가고시마현의 집단 이주도 고려해야 하며, 그러한 사태가 현실적으로 고려될 수 있는지 신중하게 생각해야 한다는 의견도 있다.