화산쇄설류

3. 발생 메커니즘

화산쇄설류는 고온의 가스와 화산재, 암석 조각들이 섞여 경사면을 따라 빠르게 흘러내리는 현상이다. 대규모 화쇄류는 화산재와 경석 등으로 이루어져 있으며, 화구에서 100km 이상 멀리까지 이동하기도 한다. 다량의 분출물이 나온 후에는 화구 주변이 함몰하여 칼데라호가 만들어지기도 한다. 화쇄류는 플리니우스식 분출, 불카노식 분출, 용암돔 붕괴, 방향성 폭발 등 다양한 기작으로 발생한다.

3. 1. 분화 유형

• 플리니우스식 분출: 플리니우스식 분출의 분출 기둥이 붕괴하면서 발생한다. (예: 서기 79년 베수비오 산 분화로 인한 헤르쿨라네움과 폼페이 파괴). 분출된 물질이 주변 공기를 충분히 가열하지 못하면, 대류가 약해져 화산 사면을 따라 흘러내린다.^[9]
• 불카노식 분출: 불카노식 분출과 관련된 분출 기둥이 붕괴하면서 발생한다. (예: 몬트세랫의 수프리에르 힐스 화산). 가스와 발사체가 주변 공기보다 밀도가 높아 화쇄류가 된다.
• 용암돔 붕괴: 가파른 경사면을 따라 눈사태와 흐름을 동반한 용암돔 또는 스파인의 중력 붕괴로 발생한다. (예: 1997년 몬트세랫의 수프리에르 힐스 화산).
• 측면 분출: 화산의 일부가 붕괴되거나 폭발할 때 발생하는 방향성 폭발로 발생한다. (예: 1980년 5월 18일 세인트헬렌스 산 분화).
• 이그님브라이트 형성: 분출된 용암의 가스 방출 중 분출구 입구에서 거품이 형성되어 발생한다. (예: 1912년 노바럽타 분출).

4. 유동 메커니즘

화쇄류 발생 메커니즘은 다음과 같다.

• 플리니우스식 분출(플리니우스식 분출)의 분출 기둥(분출 기둥) 붕괴: 서기 79년 베수비오 산 분화로 헤르쿨라네움과 폼페이가 파괴된 것이 그 예이다. 분출구에서 강력하게 분출된 물질이 주변 공기를 가열하고, 난류 혼합물은 대류를 통해 수 킬로미터 상승한다. 분출된 제트가 주변 공기를 충분히 가열할 수 없다면, 대류는 플룸을 위로 운반하기에 충분히 강하지 않아 화산 사면을 따라 흘러내린다.^[9]
• 불카노식 분출(불카노식 분출)과 관련된 분출 기둥 붕괴: 몬트세랫의 수프리에르 힐스(수프리에르 힐스) 화산은 이러한 치명적인 화쇄류와 돌발류를 많이 발생시켰다. 가스와 발사체는 주변 공기보다 밀도가 높은 구름을 생성하여 화쇄류가 된다.
• 분출된 용암의 가스 방출 중 분출구 입구에서의 거품 형성: 이것은 이그님브라이트(이그님브라이트)라고 불리는 암석의 생성으로 이어질 수 있다. 1912년 노바럽타 분출 중에 발생했다.
• 가파른 경사면을 따라 이어지는 눈사태와 흐름을 동반한 용암돔(용암돔) 또는 스파인의 중력 붕괴: 1997년 19명의 사망자를 낸 몬트세랫의 수프리에르 힐스 화산이 그 예이다.
• 화산의 일부가 붕괴되거나 폭발할 때 발생하는 측면 분출(방향성 폭발): 1980년 5월 18일 세인트헬렌스 산 폭발이 그 예이다. 화산으로부터의 거리가 증가함에 따라 이것은 빠르게 중력에 의해 발생하는 흐름으로 변한다.

5. 종류와 퇴적물

화산쇄설류는 고온의 가스와 화산재, 경석 또는 스코리아, 화산 암괴가 섞여 경사면을 따라 빠르게 흘러내리는 현상이다. 대규모 화산쇄설류는 주로 발포된(기공이 많은) 경석, 스코리아, 화산재로 구성되며, 화구에서 100km 이상 멀리까지 이동할 수 있다. 다량의 분출물이 나온 후에는 화구 주변이 함몰되어 칼데라호를 형성하기도 한다. 중간 규모의 화산쇄설류는 중간 정도로 발포한 경석이나 스코리아로 이루어져 있으며, 소규모 화산쇄설류는 열운(熱雲)이라고도 불린다.^[6][7]

• 화산재류: 화산재가 많은 것
• 부석류: 부석이 많은 것
• 스코리아류: 주로 스코리아로 이루어진 것

6. 규모에 따른 분류

화쇄류는 그 규모에 따라 다음과 같이 분류할 수 있다.^[32]

대규모 화쇄류는 흔히 발포한(기공이 많은) 경석이나 스코리아, 화산재로 이루어져 있으며, 화구에서 100km 이상 멀리까지 간다. 다량의 분출물이 나온 후 화구 주위는 함몰하여 칼데라호가 생긴다. 중간 규모의 화쇄류는 중간 정도로 발포한 경석이나 스코리아로 이루어진다. 소규모 화쇄류는 열운(熱雲)이라고도 한다.

화쇄류의 부피는 수백 세제곱미터에서 1000km³가 넘는 범위에 이른다. 더 큰 규모의 화쇄류는 수백 킬로미터까지 이동할 수 있지만, 그러한 규모의 화쇄류는 수십만 년 동안 발생하지 않았다. 대부분의 화쇄류는 약 1to(-) 정도이며 수 킬로미터 이동한다.

7. 피해와 영향

이동하는 화산재 구름의 운동 에너지는 경로 상의 나무와 건물을 파괴한다. 뜨거운 가스와 빠른 속도로 인해 생물체는 순간적으로 소각되거나 탄화된 화석으로 변하기 때문에 특히 치명적이다.

• 예를 들어, 이탈리아의 폼페이와 헤르쿨라네움 도시는 서기 79년 화쇄사면류에 휩싸여 많은 인명 피해가 발생했다.^[12]
• 1902년 프랑스령 마르티니크 펠레산의 폭발로 생피에르 마을이 파괴되었다. 폭발 징후가 있었음에도 불구하고 정부는 생피에르와 화산 사이에 언덕과 계곡이 있기 때문에 안전하다고 판단했지만, 화쇄류가 도시 전체를 거의 태워 3만 명의 주민 중 3명을 제외한 모두가 사망했다.
• 1991년 6월 3일 일본 운젠다케에서 화쇄류가 발생하여 화산학자인 해리 글리켄과 카티아와 모리스 크라프트 부부 그리고 40명이 넘는 사람들이 사망했다. 화쇄류로 시작된 화쇄사면류는 크라프트 부부와 다른 사람들이 서 있던 지점의 능선을 타고 올라갔고, 그들을 덮쳤으며, 시체는 약 5mm의 화산재로 뒤덮였다.^[13]
• 1997년 6월 25일, 카리브해의 몬세랫 섬 모스키토 고트에서 화쇄류가 발생했다. 에너지가 매우 높은 대규모 화쇄사면류가 발생했다. 이 흐름은 고트에 의해 제어될 수 없었고 고트에서 넘쳐 나와 스트레이섬 마을 지역(공식적으로 대피 명령이 내려진 지역)에 있던 19명을 사망하게 했다. 그 지역의 다른 여러 사람들은 심한 화상을 입었다.

8. 역사적 사례

화쇄류는 역사적으로 많은 인명 피해와 재산 피해를 일으킨 치명적인 화산 현상이다.

• 기원전 1400~1600년경 에게해 산토리니섬에서 발생한 미노아 폭발은 대규모 화쇄류를 동반하여 미노아 문명에 큰 타격을 주었다. 고대 도시 아크로티리 유적 발굴 조사에 따르면, প্রথমে 다량의 부석이 50cm 두께로 쌓였고, 이후 대규모 화쇄류가 발생하여 약 50m 두께로 퇴적되었다. 섬의 대부분은 함몰되어 칼데라가 형성되었다. 이 재해는 아틀란티스 전설의 기원이 되었을 것으로 추정된다.
• 기원후 79년 베수비오 화산 폭발로 인해 고대 로마 도시 폼페이와 헤르쿨라네움(현재의 에르콜라노)이 매몰되었다. 소 플리니우스의 기록과 발굴 조사에 따르면, 고온의 화쇄 서지와 화쇄류가 발생하여 폼페이와 그 주변은 약 6m의 화쇄류 퇴적물에 덮여 약 2000명이 사망했다. 이러한 형식의 폭발은 플리니우스식 분화라고 불린다.

• 1902년 프랑스령 마르티니크 펠레산 폭발로 생피에르 시가 2분 만에 전멸하여 32,000명이 사망했다. 지하 감옥에 갇혀 있던 사형수 등 극소수만이 생존했다.
• 1982년 멕시코 엘 치촌 화산 폭발로 화쇄류가 화구 주위 8km 범위까지 흘러내려 2,000명에서 17,000명 이상이 사망했다.

• 1985년 콜롬비아 네바도 델 루이스 화산에서 발생한 화쇄류는 고온의 화산 분출물이 눈을 녹여 발생한 라하르로, 21,500명이 사망했다.
• 1883년 크라카토아 화산 폭발 당시 화쇄류는 수마트라(Sumatra) 해안까지 48km 떨어진 곳까지 도달했다.^[15]
• 1997년 6월 25일, 카리브해의 몬세랫 섬 모스키토 고트에서 화쇄류가 발생하여 19명이 사망하고, 여러 명이 심한 화상을 입었다.

• 9만 년 전 아소산 분화, 2만 9000년 전 아이라 칼데라 분화는 미노아 폭발보다 훨씬 큰 규모였다.
• 7300년 전 기계 칼데라 분화에서는 화쇄류가 바다를 건너 본토까지 도달했다.
• 홋카이도 驹岳(北海道駒ヶ岳)(1640년), 아사마산(1783년), 우스산(1822년) 등에서 큰 화쇄류 피해가 발생했다.
• 1990년~1995년 운젠다케 분화에서는 화쇄류와 화쇄 서지로 인해 44명이 사망하거나 실종되었으며, 이 사건으로 일본에서 화쇄류의 위험성이 널리 알려지게 되었다.
• 2000년 미야케지마 분화에서는 저온 화쇄류가 발생하여 전섬 주민이 이주했다.
• 2014년 쿠치노에라부지마 분화와 2014년 온타케산 분화가 발생했다.
• 2021년 아소산 분화가 발생했다.

8. 1. 대한민국

8. 2. 세계

• 1902년 프랑스령 마르티니크 펠레산 폭발로 생피에르 마을이 파괴되었다. 폭발 징후가 있었음에도 불구하고 정부는 생피에르와 화산 사이에 언덕과 계곡이 있기 때문에 안전하다고 판단했지만, 화쇄류가 도시 전체를 거의 태워 3만 명의 주민 중 3명을 제외한 모두가 사망했다.^[12]
• 1991년 6월 3일 일본 운젠다케에서 화쇄류가 발생하여 화산학자인 해리 글리켄과 카티아와 모리스 크라프트 부부, 그리고 40명이 넘는 사람들이 사망했다. 화쇄류로 시작된 화쇄사면류는 크라프트 부부와 다른 사람들이 서 있던 지점의 능선을 타고 올라갔고, 그들을 덮쳤으며, 시체는 약 5mm의 화산재로 뒤덮였다.^[13]
• 1997년 6월 25일, 카리브해의 몬세랫 섬 모스키토 고트에서 화쇄류가 발생했다. 에너지가 매우 높은 대규모 화쇄사면류가 발생했다. 이 흐름은 고트에 의해 제어될 수 없었고 고트에서 넘쳐 나와 스트레이섬 마을 지역(공식적으로 대피 명령이 내려진 지역)에 있던 19명을 사망하게 했다. 그 지역의 다른 여러 사람들은 심한 화상을 입었다.
• 1883년 크라카토아 화산 폭발 당시의 증언과 실험적 증거^[14]는 화쇄류가 상당한 규모의 수면을 넘어 이동할 수 있음을 보여준다. 그러나 밀도가 높은 중력류의 특성상 수면 위로 이동할 수 없다는 점을 고려할 때, 이는 화쇄류가 아닌 화쇄사면류일 가능성이 있다.^[14] 한 화쇄류는 수마트라(Sumatra) 해안까지 48km 떨어진 곳까지 도달했다.^[15]

• 일본에서는 기원전 4000년경까지 미노아 폭발에 상당하는, 또는 그 이상의 대규모 화쇄류를 수반하는 대규모 폭발이 자주 발생했다. 화쇄류가 규슈의 절반을 뒤덮은 9만 년 전의 아소산(阿蘇山) 분화와 규슈 남부의 시라스 대지(シラス台地)를 형성한 2만 9000년 전의 아이라 칼데라(姶良カルデラ) 분화(이토 화쇄류(入戸火砕流))는 분출물의 양에서 미노아를 한 자릿수 이상 웃도는 큰 분화였다. 7300년 전 가고시마(鹿児島) 앞바다에서 발생한 기계 칼데라(鬼界カルデラ) 분화에서는 사쿠야 화쇄류(幸屋火砕流)가 해상을 건너 본토까지 도달했다.
• 홋카이도 驹岳(北海道駒ヶ岳)은 1640년, 아사마산(浅間山)은 1783년, 우스산(有珠山)은 1822년에 큰 화쇄류 피해를 입혔다(驹岳 분화 쓰나미(駒ヶ岳噴火津波), 덴메이 대분화(天明大噴火))^[33]
• 1990년~1995년 나가사키현(長崎県) 운젠다케(雲仙岳) 분화. 1991년 5월에 점성이 높은 데사이트질 용암이 후겐다케(普賢岳) 지옥자리 분화구에서 분출하여 용암돔을 형성하고, 500°C 이상의 용암이 주로 후겐다케 동쪽의 무수가와(水無川) 유역에 붕괴됨에 따라 계곡을 따라 화쇄류가 빈발했다. 화쇄류와 그에 따른 열풍(화쇄 서지)으로 인해 삼림, 가옥, 경작지 등이 광범위하게 파괴·소실되었고, 사망·실종자는 총 44명에 달했다. 이 사망자의 대부분은 6월 3일 화쇄류에 의해 발생한 화쇄 서지에 휩쓸린 것으로, "정점(定点)"이라고 불린 산과 화쇄류를 정면으로 바라볼 수 있는 지점에 집결해 있던 보도 관계자 및 현지 소방대원이 주를 이루었다. 이 분화가 일본에서 화쇄류의 인지도를 높이는 계기가 되었다.
• 2000년부터 계속되는 미야케지마(三宅島) 분화. 2000년 8월 29일, 화쇄류상의 분연이 해안선까지 흘러내리는 것이 확인되었다. 그 후의 조사에서 저온의 화쇄류임이 확인되어, 더욱 화쇄류의 발생이 우려되어 전섬 이주가 이루어졌다.
• 2014년
• * 8월 3일 쿠치노에라부지마(口永良部島) 분화.
• * 9월 27일 2014년 온타케산 분화(2014年の御嶽山噴火)
• 2021년 10월 20일 아소산(阿蘇山) 분화.

• 에게해산토리니섬의 미노아 폭발. 기원전 1400~1600년경, 미노아 문화의 중심지 크레타섬에서 약간 떨어진 산토리니섬이 대폭발하였다. 고대 도시 아크로티리 유적 등의 발굴 조사에 따르면, 먼저 다량의 부석이 강하하고(두께 50cm) 다음으로 대규모의 화쇄류가 발생하여 약 50m의 두께로 퇴적되었고, 그 후 섬의 대부분이 함몰하여 칼데라를 형성하였다. 이 재해의 전승이, 고도의 문명을 가진 섬나라가 지진과 대홍수에 의해 하루아침에 바다에 잠겼다는 『아틀란티스 전설』이 된 것은 아닐까라고 말해지고 있다.
• 기원후 79년 8월 24일에 발생한 베수비오 화산에 의한 고대 로마 도시 폼페이의 매몰은, 소 플리니우스가 쓴 문헌과 후년의 발굴 조사에서, 고온의 화쇄 서지와 그에 뒤이은 화쇄류에 의한 것으로 여겨지고 있다. 소 플리니우스의 삼촌인 대 플리니우스는 이 당시 로마 해군의 제독이었지만, 피해자 구조에 나섰다가 화산 가스에 의해 사망하였다. 폼페이와 그 주변은 9시간에 걸친 폭발로 약 6m의 화쇄류 퇴적물(부석 및 화산재)에 덮여 시민 약 2000명이 사망한 것으로 생각된다. 두 플리니우스의 이름을 따서, 이러한 형식의 폭발을 플리니우스식 분화라고 부르며, 굵은 나무와 같은 분연주를 형성하는 것이 특징이다. 폼페이와 거의 동시에 피해를 입은 헤르쿨라네움(현재의 에르콜라노)을 덮친 것은 화산 이류(라하르)로 생각된다.
• 1902년 5월 8일에 서인도 제도의 프랑스령 마르티니크 섬의 플레 화산이 폭발하여 발생한 화쇄류는 불과 2분 남짓 만에 산기슭의 생피에르 시를 전멸시켰다(사망자 32,000명). 이때 생피에르 시에서 살아남은 사람은 다음 날 사형 집행을 앞두고 지하 감옥에 갇혀 있던 사형수와 지하 창고에 숨어 있던 구두 장수, 동굴에서 놀고 있던 소녀 3명뿐이었다고 한다.
• 1982년 3월 29일부터 4월 4일까지 멕시코의 엘 치촌 산이 대분화하였다. 화쇄류가 화구 주위 8km 범위까지 흘러내렸다(사망자 2,000명~17,000명 이상).
• 1985년 11월 13일에 남미 콜롬비아의 네바도 델 루이스 화산에서 발생한 화쇄류(사망자 21,500명)는 고온의 화산 분출물이 다량의 적설을 녹인 화쇄류 기원의 토석류(라하르)로 여겨진다. 1926년 5월 24일의 十勝岳 분화에 의한 후라노·비에이 지역의 니류 피해도 동일한 경위였다.

참조

_[1] 논문 Pyroclastic Density Currents and the Sedimentation of Ignimbrites Geological Society of London Memoir
_[2] 웹사이트 MSH Pyroclastic flow [USGS] https://pubs.usgs.go[...] United States Geological Survey
_[3] 학술지 A statistical analysis of the global historical volcanic fatalities record 2013-02-14
_[4] 서적 The Student's Manual of Geology https://archive.org/[...] Adam and Charles Black 1862
_[5] 웹사이트 Definition of κλαστός https://www.perseus.[...] Tufts University 2020-10-08
_[6] 서적 La Montagne Pelée et ses Eruptions https://books.google[...] Masson
_[7] 학술지 The origin of the volcanological concept ''nuée ardente'' 1965
_[7] 학술지 San Jorge et ses éruptions https://books.google[...] 1873
_[7] 서적 Archivo dos Açores [Archive of the Azores] https://books.google[...] Archivo dos Açores 1883
_[8] 서적 Planet Earth: its physical systems through geological time
_[9] 웹사이트 Pyroclastic Flow – an overview https://www.scienced[...] 2024-08-15
_[10] 간행물 Volcano Hazards Fact Sheet: Hazardous Phenomena at Volcanoes USGS Open File Report
_[11] 웹사이트 Pyroclastic flows move fast and destroy everything in their path https://www.usgs.gov[...] United States Geological Survey 2024-09-12
_[12] 웹사이트 Mount Vesuvius, Italy http://skywalker.coc[...] Cochise College Department of Geology 2010-10-15
_[13] 서적 Reader's Digest Pathfinders Earthquakes and Volcanoes Weldon Owen Publishing
_[14] 학술지 Entrance of hot pyroclastic flows into the sea: experimental observations
_[15] 웹사이트 KRAKATAU, INDONESIA (1883) http://www.geology.s[...] Department of Geological Sciences, San Diego State University 2006-03-31
_[16] 영화 Ten Things You Didn't Know About Volcanoes
_[17] 웹사이트 Entrance of hot pyroclastic flows into the sea: experimental observations http://cat.inist.fr/[...]
_[18] 웹사이트 Quando un flusso piroclastico scorre sul mare: esempi a Stromboli e altri vulcani https://ingvvulcani.[...] 2019-09-05
_[19] 학술지 An Interpretation of Schröter's Valley and Other Lunar Sinuous Rills
_[20] 서적 The Encyclopedia of Volcanoes Zimbelman
_[21] 학술지 火山で発生する流れとその堆積物 : 火砕流・サージ・ラハール・岩なだれ
_[22] 학술지 恵山火山の地質と岩石
_[23] 서적 火砕流 平凡社
_[24] 문서 温度や速度、含まれる噴出物について、明確な定義はなされていない。
_[25] 문서 ここでの“低温”は人間の感覚による低温でなく、100℃以上のものも含む。
_[26] 간행물 御嶽火山2014 年9 月27 日噴火で発生した火砕流 https://www.gsj.jp/d[...] 産業技術総合研究所
_[27] 학술지 伊豆大島火山,カルデラ形成期の火砕物密度流堆積物 : 差木地層S{{sub|2}}部層の層序・岩相・年代の再検討
_[28] 문서 "pyro-"はギリシア語由来の接頭辞で"火"を表し、"clastic"は破壊されたもので、火山噴火で生成された砕屑物を意味する。そのため海外においては「火山噴火」との関連性が重視されるが、日本語の「火山砕屑物」だとpyroclasticと一旦定置したpyroclasticや溶岩が侵食などで破砕・移動したvolcaniclasticの区別がつきにくく、火山噴火のニュアンスが薄れているため、より広く定義される場合がある。
_[29] 문서 1990年代の[[雲仙岳]]の噴火による火砕流では、[[水無川 (長崎県)|水無川]]に沿って流下し、河口付近の[[島原市]]市街地まで至った。
_[30] 학술지 “火の山”メラピ火山で火砕流災害発生 (速報)
_[31] 학술지 浅間火山 1973 年 2〜3 月の噴火の際に発生した小型火砕流
_[32] 학술지 火砕流とその災害
_[33] 웹사이트 防災科学技術研究所 防災基礎講座 13.火砕流・火山泥流・山体崩壊 http://dil.bosai.go.[...]