키카이 칼데라

1. 개요

키카이 칼데라는 일본 규슈 남쪽에 위치한 활화산 칼데라로, 지름 20km x 17km의 타원형 구조를 가지고 있다. 최소 14만 년 전부터 칼데라 형성이 시작되었으며, 7,300년 전의 아카호야 분화는 지난 1만 년 동안 가장 강력한 폭발 중 하나였다. 현재도 이오 산 등에서 소규모 분화가 지속적으로 발생하고 있으며, 2015년에는 일본 지오파크로 인증되었다.

2. 지질

키카이 칼데라는 지름 약 20km × 17km인 쌍둥이 타원형 칼데라이다. 칼데라 외륜에 위치한 야하즈다케(사쓰마 이오지마 북서부)와 다케시마는 칼데라 형성 이전의 화산이다. 화산 활동의 칼데라 형성 이전 단계는 유문암, 현무암, 안산암 단계를 포함했다. 최초의 확실한 칼데라 형성은 최소 14만 년 전으로 거슬러 올라가며, 코아비야마 화산쇄설류 분화로 인해 발생했다. 칼데라 형성은 최소 3번의 대규모 점결응회암 분화와 관련이 있다. 또한, 키카이 칼데라와 관련이 있는지는 논란이 있지만, 인근 지역에 대규모 칼데라 형성 분화의 두 개의 더 오래된 퇴적물(코세다 화산쇄설류와 안보 테프라)이 있다.

칼데라는 동서 약 21 km, 남북 약 18km의 타원형이며, 약 7300년 전의 분화로 형성된 내측 칼데라와 그 이전에 형성된 외측 칼데라의 이중 구조를 이루고 있다. 칼데라 바닥의 수심은 400 - 500 m이다. 해저에는 다수의 해저 화산이 있어 기복이 풍부한 지형을 이루고 있다. 칼데라 외륜산으로는 죽도, 이오섬이 해수면 위에 있다. 이오섬의 황산, 이나무라다케 및 쇼와이오섬은 후 칼데라 화산이다. 외륜산의 야하즈다케, 이오섬 서부의 평탄부는 선 칼데라 화산이다. 이오섬에서 남동쪽 방향의 중심부 부근에는 해저 융기가 있으며, 후 칼데라 화산 활동에 의해 형성된 중앙 화구구로 추정된다. 이 중 하나의 얕은 여울은 해수면 위에 있으며, 3개의 암초로 이루어져 있다. 고베 대학 등의 연구팀이 2016년부터 2017년에 걸쳐 실시한 해저 조사에서는, 직경 약 10km, 높이 약 600m, 부피 약 40 km³의 용암 돔을 확인했다.

위 내용은 "칼데라 형성 과정"이라는 하위 섹션에서 자세히 다루고 있으므로, 여기서는 간략하게 언급하거나 생략한다.

2.1. 칼데라 형성 과정

키카이 칼데라 복합체는 지름이 20km × 17km인 쌍둥이 타원형 칼데라이다. 칼데라 외륜에 위치한 야하즈다케(사쓰마 이오지마 북서부)와 다케시마는 칼데라 형성 이전의 화산이다. 화산 활동의 칼데라 형성 이전 단계는 유문암, 현무암, 안산암 단계를 포함했다. 최초의 확실한 칼데라 형성은 최소 14만 년 전으로 거슬러 올라가며, 코아비야마 화산쇄설류의 분화로 인해 발생했다. 칼데라 형성은 최소 3번의 대규모 점결응회암 분화와 관련이 있다. 키카이 칼데라와 관련이 있는지는 논란이 있지만, 인근 지역에 대규모 칼데라 형성 분화의 두 개의 더 오래된 퇴적물(코세다 화산쇄설류와 안보 테프라)이 있다.

칼데라는 동서 약 21 km, 남북 약 18km의 타원형이며, 약 7300년 전의 분화로 형성된 내측 칼데라와 그 이전에 형성된 외측 칼데라의 이중 구조를 이루고 있다. 칼데라 바닥의 수심은 400 - 500 m이다. 해저에는 다수의 해저 화산이 있어 기복이 풍부한 지형을 이루고 있다. 칼데라 외륜산으로는 죽도, 이오섬이 해수면 위에 있다. 이오섬의 황산, 이나무라다케 및 쇼와이오섬은 후 칼데라 화산이다. 외륜산의 야하즈다케, 이오섬 서부의 평탄부는 선 칼데라 화산이다. 이오섬에서 남동쪽 방향의 중심부 부근에는 해저 융기가 있으며, 후 칼데라 화산 활동에 의해 형성된 중앙 화구구로 추정된다. 이 중 하나의 얕은 여울은 해수면 위에 있으며, 3개의 암초로 이루어져 있다. 고베 대학 등의 연구팀이 2016년부터 2017년에 걸쳐 실시한 해저 조사에서는, 직경 약 10km, 높이 약 600m, 부피 약 40 km³의 용암 돔을 확인했다.

2.2. 주요 분출물

키카이 칼데라의 주요 분출물은 다음과 같다.

2.3. 후기 칼데라 화산 활동

키카이는 여전히 활화산이다. 이오다케(이오 산), 이나무라다케(사쓰마이오지마 남쪽 해안), 토카라이오지마(사쓰마이오지마 북동쪽 해안), 쇼와이오지마(신이오지마)는 칼데라 내의 후기 칼데라 화산이다. 소규모 분화는 이오지마에 있는 후기 칼데라 육상 화산 봉우리 중 하나인 이오 산에서 자주 발생한다. 이오지마는 3개의 화산섬 중 하나이며, 그 중 두 개는 칼데라 가장자리에 있다. 2013년 6월 4일, 미약한 흔들림이 기록되었고 얼마 지나지 않아 분화가 시작되어 몇 시간 동안 간헐적으로 계속되었다. 이오다케는 지진, 가스 및 증기 기둥 활동을 감시하고 있으며, 2020년과 2023년 분화 사이에도 지속적인 저강도 활동을 보였다.

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이오다케, 이나무라다케, 토카라이오지마 등에서 발생한 분화는 다음과 같다:

3. 역사 시대 이후의 화산 활동

이 칼데라는 홀로세 (10,000년 전부터 현재까지) 동안 발생한 가장 큰 분화 중 하나인 키카이-아카호야 분화의 근원지였다. 약 7,200년에서 7,300년 전 사이, 이 분화로 발생한 화쇄류는 최대 100km 떨어진 규슈 남부 해안까지 도달했으며, 화산재는 홋카이도까지 떨어졌다. 이 분화는 약 133km³에서 183km³ DRE의 테프라를 생성했으며 이는 화산 폭발 지수 7을 기록하여 지난 10,000년 동안 가장 강력한 폭발 중 하나였다.

이 분화는 규슈 남부의 조몬 문화에 큰 영향을 미쳤지만, 분화 이전에 시작된 니시노조노 하위 유형의 도기 전통은 규슈에서 유지되었다. 일본 과학자들은 분출된 화산 물질의 부피를 332에서 457 세제곱 킬로미터로 추정했으며, 7,300년 전에 일어난 이 지역에서 지난 11,700년 동안 가장 큰 분화였음을 증명했다.

해양 탐사의 세부 사항에는 지진학적 연구 수행과 키카이 칼데라 주변의 퇴적물 샘플 수집이 포함된다. 과학자들은 해저 및 인근 섬의 화산 지형이 공통적인 위치를 가지고 있음을 확인했다. 분화구 주변의 이러한 퇴적물의 분포를 분석하면 화쇄류와 물이 어떻게 상호 작용했는지 이해하는 데 도움이 된다. 분출은 파편과 화산재의 강한 분출과 함께 일어났는데, 이는 플리니식 분화의 일반적인 단계에 해당하며, 이 단계에서 파쇄된 용암과 부석이 가스-재 혼합물의 형태로 고압 하에서 일련의 장기간의 방출이 있었다. 이것은 최종 단계로서 부피가 큰 화쇄류였으며, 부분적으로 해저를 따라 퍼져나가 분출 기둥(화산재, 부석 조각, 작은 결정 및 테프라)의 형태로 대기 중으로 방출되었다. 테프라 구름은 280만 km2가 넘는 지역을 덮었다. 화산재 물질의 부피는 경암 기준으로 370 km3가 넘었다. 플리니식 단계는 분출 기둥의 붕괴로 끝났다. 뜨거운 테프라의 거대한 기둥이 분화 중심에서 수백 미터 떨어진 곳에 떨어져 화쇄류를 형성했다.

화산의 중심이 물 속에 있었기 때문에, 아카호야 분화는 뜨거운 마그마가 물과 접촉하면서 즉시 증기가 방출되어 증기 폭발(또는 일련의 폭발)의 특징을 보였다. 그 결과 이중 칼데라가 형성되었다.

해저 화산층의 파편의 질감과 특성을 분석한 후, 연구자들은 이것이 경사면을 따라 멀리까지 이동할 수 있는 현탁류에 의해 형성되었다고 결론지었다. 키카이-아카호야 분화 모델을 구축한 연구자들은 해저 화쇄류와 테프라 구름의 강력한 대기 방출 외에도, 가장 가까운 섬까지 수면을 따라 퍼진 얇은 화산 물질의 세 번째 흐름이 있었다는 것을 발견했다.

키카이는 여전히 활화산이다. 이오다케(이오 산), 이나무라다케(사쓰마이오지마 남쪽 해안), 토카라이오지마(사쓰마이오지마 북동쪽 해안), 그리고 쇼와이오지마(신이오지마)는 칼데라 내의 후기 칼데라 화산이다. 소규모 분화는 이오지마에 있는 후기 칼데라 육상 화산 봉우리 중 하나인 이오 산에서 자주 발생한다. 이오지마는 3개의 화산섬 중 하나이며, 그 중 두 개는 칼데라 가장자리에 위치해 있다. 2013년 6월 4일, 미약한 흔들림이 기록되었다. 얼마 지나지 않아 분화가 시작되어 몇 시간 동안 간헐적으로 계속되었다. 이오다케는 지진, 가스 및 증기 기둥 활동을 감시하고 있으며, 2020년과 2023년 분화 사이에도 지속적인 저강도 활동을 보인 것으로 알려져 있다.

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분화 기록은 다음과 같다.

* 옛 이오다케 단계(OIo-I-II 단계)
프레아토마그마 분화와 부석 낙하(OIo-I 단계), 이어서 연속적인 테프라를 동반한 유문암질 용암으로 화산 구조 형성(OIo-II 단계)
* 기원전 3250년 ± 75년(비보정) 옛 이오다케
OIo1a,b 테프라
* 기원전 2450년 ± 840년 (테프로연대기) 옛 이오다케
OIo2a,b 테프라
* 이나무라다케 단계(In-I-IV 단계)
현무암질 용암류 및 스코리아 원뿔 형성(In-I-II 단계), 그 다음 프레아토마그마 분화(In-III 단계), 그 다음 안산암질 용암(In-IV 단계)
* 기원전 1830년 ± 75년(비보정) 이나무라다케
In-I 테프라
* 기원전 1090년 ± 100년(비보정) 이나무라다케
* 젊은 이오다케 단계(YIo-I-IV 단계)
유문암질 용암과 간헐적인 부석을 포함한 다른 마그마원과 계속됨
* 기원전 280년 ± 75년(비보정) 이오다케
* 390 ± 100년(비보정) 이오다케
* 750 (테프로연대기) 이오다케
* 830 ± 40년(비보정) 이오다케
K-Iw-P1 테프라
* 1010 ± 40년(비보정) 이오다케
K-Sk-u-3 테프라
* 1030 ± 40년(비보정) 이오다케
K-Sk-u-4 테프라
* 1340 ± 30년(비보정) 이오다케
K-Iw-P2 테프라
* 1430 ± 75년(비보정) 이오다케
* 1914년 2월 13일 토카라이오지마
* 1934년 9월-11월
부석과 함께 해저 분화
* 1934년 12월 7일 - 1935년 3월 토카라이오지마 동쪽 2km
새로운 섬 쇼와이오지마(신이오지마)는 1935년 1월 19일에 용암이 마침내 안정됨
* 1997-2003 이오다케
정상 분화구 내에 새로운 피트 분화구 형성 및 확장
* 1998년 4월-11월 이오다케
화산재
* 1999년 5월-8월 이오다케
화산재
* 2000년 1월, 3월, 10월-12월 이오다케
화산재
* 2001년 2월, 4월-12월 이오다케
화산재
* 2002년 5월-7월 이오다케
화산재
* 2003년 2월, 4월-10월 이오다케
화산재
* 2004년 5월-4월, 6월, 8월-10월 이오다케
화산재
* 2013년 5월 3-5일, 6월 3-5일 이오다케
소규모 분화
* 2019년 11월 2일 이오다케
소규모 분화
* 2020년 4월 29일 이오다케
소규모 분화
* 2020년 10월 6일 이오다케
소규모 분화
2023년 3월 27일 – 2023년 11월 22일
* 소규모 분화
1934년(쇼와 9년) - 1935년(쇼와 10년): 이오 섬에서 약 2km 동쪽 해저에서 해저 분화.
: 직경 약 300 m, 해발 약 50 m의 쇼와이오 섬이 형성되었다.
1936년(쇼와 11년): 사쓰마이오 섬의 이오다케에서 분연을 관측.
1988년(쇼와 63년): 사쓰마이오 섬의 이오다케에서 분연을 관측.
** 1999년(헤이세이 11년) - 2004년(헤이세이 16년): 사쓰마이오 섬의 이오다케에서 단속적인 분화.

4. 연구사

이 칼데라는 홀로세 (10,000년 전부터 현재까지) 동안 발생한 가장 큰 분화 중 하나인 키카이-아카호야 분화의 근원지였다. 약 7,200년에서 7,300년 전 사이에 이 분화로 발생한 화쇄류는 최대 100km 떨어진 규슈 남부 해안까지 도달했으며, 화산재는 홋카이도까지 떨어졌다. 이 분화는 화산 폭발 지수 7을 기록하여 지난 10,000년 동안 가장 강력한 폭발 중 하나였다.

일본 과학자들은 키카이 해저 칼데라의 화산 활동에 대한 광범위한 연구를 수행했다. 그들은 분출된 화산 물질의 부피를 332에서 457 km³로 추정했으며, 7,300년 전에 일어난 이 지역에서 지난 11,700년 동안 가장 큰 분화였음을 증명했다. 분출은 파편과 화산재의 강한 분출과 함께 일어났는데, 이는 플리니식 분화의 일반적인 단계에 해당하며, 이 단계에서 파쇄된 용암과 부석이 가스-재 혼합물의 형태로 고압 하에서 일련의 장기간 방출이 있었다. 화산재 물질의 부피는 경암 기준으로 370 km³가 넘었다.

화산의 중심이 물 속에 있었기 때문에, 아카호야 분화는 뜨거운 마그마가 물과 접촉하면서 즉시 증기가 방출되어 증기 폭발(또는 일련의 폭발)의 특징을 보였다. 그 결과 이중 칼데라가 형성되었다.

쇼와 초기에 인근 섬들을 조사한 지질학자 마츠모토 유일은 이곳에 거대한 칼데라가 존재한다는 것을 지적하고, 귀계가 섬에 연유하여 귀계 화산이라고 명명했다. 1943년에 귀계 칼데라로 학계에 제창했다. 1976년에는 아카호야라고 불리던 지층이 이 칼데라를 기원으로 하고 있다는 것이 확인되었다.

2016년부터 2017년에 걸쳐 실시된 해저 조사 결과, 직경 약 10 km, 높이 약 600 m, 부피 약 30 km³에 달하는 거대한 용암 돔이 확인되었으며, 현재도 활발한 분화 활동이 계속되고 있다는 것이 밝혀졌다.

2018년에는 쟈니스 소속 배우이자 가수인 타키자와 히데아키와 고베 대학 해양저 탐사 센터와의 협력으로 이루어진 해저 지형 탐사에서 세계 최대 규모의 거대 용암 돔의 구조가 선명하게 드러났으며, NHK의 영상 기록이 타키자와 히데아키의 화산 탐험 기행: 거대 칼데라의 수수께끼에 다가가다에서 방송되었으며, 영국 네이처 웹 매거진 논문에도 이름을 올렸다.

고베 대학의 연습선 "후카에마루"보다 해저 지중 구조를 더 깊이 탐사할 수 있는 해양연구개발기구(JAMSTEC)의 해저 광역 연구선 "카이메이"가 2021년에 투입되었다.

5. 지오파크

2015년 9월 4일에 미시마촌·키카이 칼데라 지오파크가 일본 지오파크로 인증되었다.