화산재

3. 화산재의 특성

화산재는 화산에서 분출된 물질 중 직경 2mm 이하의 입자를 말하며, 다양한 성분과 형태를 가진다.

화산재는 유리질(비결정질), 결정질, 암편(비마그마성) 등 다양한 입자들로 구성되며, 마그마 분출 방식에 따라 구성 비율이 달라진다.

• 유리질: 저점도 마그마 분출(예: 하와이식, 스트롬볼리식) 시에는 사이데로멜란(연갈색 현무암 유리) 화산쇄설물이 생성된다. 고실리카 화산재(예: 유문암)는 대부분 부석(유리질 파편), 개별 반정(결정 부분), 암편의 분쇄된 생성물로 구성된다.
• 결정질: 마그마가 지하 깊은 곳에서 상승하면서 이미 광물 결정이 생성된 경우가 많다. 마그마가 상승하여 발포할 때 결정은 분쇄되지 않고, 하나씩 분리된 상태로 분출된다.
• 암편: 프레아틱 분출 시에는 수열 변질된 암편과 광물 파편이 주를 이룬다.

• 저점성 마그마(예: 현무암) 분출은 방울 모양 입자를 형성한다.
• 고점성 마그마(예: 유문암, 안산암) 분출에서는 거품 모양이 중요한 역할을 한다.
• 프레아토마그마 분출에서는 냉각된 마그마 내 응력으로 인해 블록형, 피라미드형 유리 화산재 입자가 형성된다.

• 화산유리: 화산 분화 시 마그마가 지하에서 상승하며 압력이 낮아져 마그마에 용해된 물 등의 휘발성 성분이 화산가스가 되어 발포한다. 액체 마그마가 분쇄되어 미립자가 되고, 공중 분출 후 급랭되어 유리가 된다.
• 광물 결정: 마그마가 지하에서 상승하는 동안 마그마 속에서 이미 어느 정도 광물 결정이 생성되는 경우가 많다. 마그마가 발포할 때 결정은 분쇄되지 않고, 하나씩 분리된 상태로 분출된다.
• 오래된 암석 파편: 분화 시작 시 화구를 막고 있던 토사 등이 날아가거나, 폭발적 분화(수증기 폭발 등)의 경우 화구 주변 산체를 형성하는 암석이 파쇄되어 함께 방출된다.

3. 1. 생성 과정

3. 2. 화학적 특성

3. 3. 물리적 특성

• 저점성 마그마(예: 현무암) 분출은 방울 모양 입자를 형성한다.
• 고점성 마그마(예: 유문암, 안산암) 분출에서는 거품 모양이 중요한 역할을 한다.
• 프레아토마그마 분출에서는 냉각된 마그마 내 응력으로 인해 블록형, 피라미드형 유리 화산재 입자가 형성된다.^[24]

• '''화산유리''': 화산 분화 시 마그마가 지하에서 상승하며 압력이 낮아져 마그마에 용해된 물 등의 휘발성 성분이 화산가스가 되어 발포한다. 액체 마그마가 분쇄되어 미립자가 되고, 공중 분출 후 급랭되어 유리가 된다.
• '''광물 결정''': 마그마가 지하에서 상승하는 동안 마그마 속에서 이미 어느 정도 광물 결정이 생성되는 경우가 많다. 마그마가 발포할 때 결정은 분쇄되지 않고, 하나씩 분리된 상태로 분출된다.
• '''오래된 암석 파편''': 분화 시작 시 화구를 막고 있던 토사 등이 날아가거나, 폭발적 분화(수증기 폭발 등)의 경우 화구 주변 산체를 형성하는 암석이 파쇄되어 함께 방출된다. 이렇게 방출된 암체 중 미세한 것은 화산재에 포함된다.

3. 3. 1. 구성 요소

• 유리질: 저점도 마그마 분출(예: 하와이식, 스트롬볼리식) 시에는 사이데로멜란(연갈색 현무암 유리) 화산쇄설물이 생성되는데, 이는 미결정(작은 급랭 결정)과 반정을 포함한다. 좀 더 점성이 높은 현무암 분출(예: 스트롬볼리식)에서는 불규칙한 사이데로멜란 방울부터 블록 모양의 타킬라이트(검은색~짙은 갈색 미정질 화산쇄설물)까지 다양한 형태가 나타난다. 고실리카 화산재(예: 유문암)는 대부분 부석(유리질 파편), 개별 반정(결정 부분), 암편의 분쇄된 생성물로 구성된다.^[24]
• 결정질: 마그마가 지하 깊은 곳에서 상승하면서 이미 광물 결정이 생성된 경우가 많다. 마그마가 상승하여 발포할 때 결정은 분쇄되지 않고, 하나씩 분리된 상태로 분출된다.
• 암편: 프레아틱 분출 시에는 수열 변질된 암편과 광물 파편이 주를 이루며, 점토 기질에 있거나 집합체 제올라이트 결정 또는 점토로 코팅되어 있기도 하다.^[24]

3. 3. 2. 형태

3. 3. 3. 밀도

3. 3. 4. 입자 크기

• '''화산유리''': 화산이 분화할 때 마그마가 지하 심부에서 상승하면 압력이 낮아지기 때문에, 마그마에 용해되어 있던 물 등의 휘발성 성분이 화산가스라는 기체가 되어 마그마는 발포한다. 이에 따라 남아 있던 액체 마그마가 분쇄되어 미립자가 된다. 이것이 공중으로 분출되면 결정이 될 틈 없이 급냉되어 유리가 된다.
• '''광물 결정''': 마그마가 지하 심부에서 상승하는 동안 마그마 속에서 이미 어느 정도 광물 결정이 생성되는 경우가 많다. 마그마가 상승하여 발포할 때 결정 자체가 분쇄되는 경우는 적고, 하나씩 분리된 상태로 분출된다.
• '''오래된 암석 파편''': 분화가 시작될 때 화구를 막고 있던 토사 등이 날아간다. 또한 폭발적인 분화(수증기 폭발 등)의 경우, 화구 위뿐만 아니라 주변의 산체를 형성하는 암석도 파쇄되어 분화 시 함께 방출된다. 그렇게 방출된 암체 중에서 미세한 것은 화산재에 포함된다.

• 저점성 마그마(예: 현무암)의 분출은 일반적으로 방울 모양의 입자를 형성한다.
• 고점성 마그마(예: 유문암, 안산암 및 일부 안산암)의 분출에서 나오는 화산재의 형태는 주로 분해되기 전 상승하는 마그마 내부의 거품 모양에 따라 달라진다.
• 프레아토마그마 분출에서 나오는 화산재 입자의 형태는 냉각된 마그마 내의 응력에 의해 제어되는데, 이는 유리를 파쇄하여 작은 블록형 또는 피라미드형 유리 화산재 입자를 형성한다.^[24]

4. 화산재의 확산

화산재는 분출 기둥을 통해 대기 중으로 퍼져나간다. 화산재 입자는 분출구에서 빠른 속도로 뿜어져 나오면서 분출 기둥에 섞여 위로 솟아오른다. 이때 분출 초기 운동량이 기둥을 위로 밀어 올리는 힘으로 작용한다. 공기가 기둥으로 유입되면 밀도가 낮아지고, 이로 인해 발생하는 부력으로 대기 중으로 상승한다.^[8] 기둥의 밀도가 주변 대기와 같아지는 지점에 도달하면 상승을 멈추고 바람의 영향을 받아 옆으로 이동하기 시작한다.

4. 1. 화산재 강하

4. 2. 동화쇄류 기둥

5. 화산재의 영향

화산재는 화산탄이나 화쇄류의 도달 범위를 벗어난 지역에도 영향을 미치며, 인명 피해뿐만 아니라 사회 기반 시설에도 광범위한 피해를 야기한다.

인구 증가로 도시 개발이 화산 중심부에 가까워지면서 화산재 노출 위험이 커지고 있다.^[31] 화산재는 건강한 사람에게는 단기적으로 경미한 영향을 주지만, 장기간 노출 시 규폐증 위험이 있다.^[43]

최근 화산 폭발 사례를 보면, 단 몇 밀리미터의 화산재만으로도 도시 기능이 마비될 수 있다.^{[33][34][35][36][37]} 교통, 전력, 상하수도, 빗물 시스템 붕괴, 기업 활동 중단, 부품 교체, 보험 손실 등 다양한 피해가 발생한다.^{[38][39][40][41]}

화산재 강하는 물리적, 사회적, 경제적으로 혼란을 야기하며,^[42] 화산 인근 지역과 수백 킬로미터 떨어진 지역까지 영향을 미친다. 피해 정도는 화산재 두께, 입자 크기, 화학 성분, 습도, 지속 시간, 대비 및 예방 조치에 따라 달라진다.

자연계에서 화산재는 비와 바람에 의해 이동하고, 육지에서는 식물에 의해 토양에 고정된다. 과거 대규모 분화에서는 성층권에 도달한 화산재가 태양광을 약화시켜 지구 기온을 낮추기도 했다.

가고시마현의 사쿠라지마는 화산재를 일상적으로 내뿜는 활화산의 예시이다. 가고시마시는 화산재 처리를 위한 시설과 시스템을 갖추고 있다.

5. 1. 인체 및 동물 건강

5. 1. 1. 호흡기 질환

5. 1. 2. 안구 손상

5. 1. 3. 가축 피해

5. 2. 사회 기반 시설

5. 2. 1. 항공 교통

5. 2. 2. 육상 교통

5. 3. 환경 및 농업

5. 4. 기반 시설 상호 의존성

6. 화산재 피해 대비 및 관리

화산재 피해에 대비하고 관리하는 방법은 다음과 같다.

화산재 강하에 대비하기 위해서는 건물, 기반 시설, 가정을 보호하고, 화산재가 모두 내리고 청소가 시작될 때까지 충분한 식량과 물을 비축해야 한다.^[44] 화산재 흡입을 줄이기 위해 방진 마스크를 착용하고,^[44] 눈의 자극을 막기 위해 고글을 착용한다.

집에서는 화산 활동에 대한 정보를 얻고, 대피 장소에 대한 비상 계획을 세운다. 손전등, 전자 장비를 보호하기 위한 플라스틱 시트, 배터리 작동 라디오와 같은 물품은 화산재가 내릴 때 매우 유용하다.^[10]

피해를 줄이기 위한 의사소통 계획을 미리 세우고, 예비 부품과 백업 시스템을 갖춰 서비스 중단을 줄인다. 화산재 처리 장소를 미리 파악하여 화산재의 추가 이동을 방지하고 청소를 돕는다.^[80]

청소 방법, 청소 장비, 그리고 피해를 줄이기 위한 조치를 포함하여 화산재 관리를 위한 여러 기술이 개발되었다. 화산재가 내릴 때 공기 및 물 흡입구, 항공기 엔진, 창문과 같은 개구부를 덮는다. 운전자가 자동차 문제로 고립되는 것을 막기 위해 도로를 폐쇄하거나 속도 제한을 시행한다.^[81] 배수구와 암거를 막히지 않게 하고 화산재가 지하수 시스템이나 폐수 네트워크로 유입되지 않도록 한다.^[80] 화산재의 재이동을 방지하고 청소를 돕기 위해 물을 뿌려 화산재를 적신다.^[81] 중요 시설에 대한 청소 작업의 우선 순위를 정하고 청소 노력을 조정한다.^[80][81][82]

화산재는 인간에게 골칫거리이며, 일상생활에 큰 영향을 미친다. 다량으로 내리면 농작물에 피해가 발생하고, 심한 경우 집이 매몰될 수도 있다.

상하수도의 경우, 다량의 화산재는 수돗물을 탁하게 하고 세탁기 등에 영향을 미친다. 화산재 청소를 위한 수돗물 사용량 증가는 물 부족 현상을 유발할 수 있다. 하수 시설에서는 화산재가 빗물받이와 배수구를 막을 수 있으며, 하수도를 막히게 해서는 안된다.^[88]

지붕에 쌓인 화산재는 물을 머금으면 하중이 커져 건물을 무너뜨릴 위험이 있고, 미끄러워 추락 사고가 발생할 수 있다.

강하량이 많은 지역에서는 제거한 화산재를 일반 쓰레기와 구분하여 지정해야 한다.

가고시마현의 사쿠라지마는 화산재가 일상적으로 내리는 활화산의 예시이다. 가고시마시에는 강회 예보가 있으며, 「주택지 내 강회 지정 장소」가 곳곳에 있고, 화산재 처리를 위한 「크하이부쿠로」가 배포된다.

화산재가 5cm 이상 쌓일 수 있는 지역에서는 가축을 대피시키는 것이 좋다.^[83]

6. 1. 예방 및 완화 조치

6. 2. 관리 및 복구

6. 3. 가축 대피

7. 화산재의 이용

화산재는 주로 토양 개량제로 사용된다. 비나 다른 자연 과정을 통해 화산재의 광물질이 토양으로 씻겨 들어가면 토양과 섞여 안디솔(Andisol)층을 형성한다. 이 층은 영양분이 매우 풍부하여 농업에 매우 유용하다. 화산섬에 무성한 숲이 존재하는 것은 종종 인(Phosphorus)과 질소(Nitrogen)가 풍부한 안디솔에서 나무가 자라고 번성하기 때문이다.^[84] 화산재는 모래 대용으로도 사용될 수 있다.^[85]

고대 로마 시대 건축 재료로 사용되었던 로마 콘크리트에는 화산재가 사용되었다고 알려져 있지만, 그 방법은 현대에 전해지지 않고 있다. 그러나 현재 콘크리트 골재로 화산재를 이용하는 방식이 고안되어 실용화를 위한 연구가 진행되고 있다. 최근에는 주택용 건축 자재로 시라스 벽이라 불리는 벽재가 화산재를 주원료로 하여 만들어지고 있다.

일본에서는 화산재를 연마제, 야구장 그라운드의 흙, 얼굴 미용 크림, 도자기 유약 등의 성분으로도 이용하고 있다.

화산재가 쌓인 화산재 지대는 물 빠짐이 좋기 때문에 논에는 적합하지 않지만, 과도한 수분을 싫어하는 작물의 밭농사가 이루어지고 있다. 예를 들어 가고시마현 사쿠라지마를 중심으로 한 지역에서 재배되는 사쿠라지마 다이콘이 있다.

8. 화산재와 관련된 주요 화산 활동 (한국 관점)

• 백두산: 분화 가능성이 있는 활화산으로, 대규모 분화 시 대한민국에 심각한 화산재 피해를 유발할 수 있다고 알려져 있다.
• 아이라 칼데라(약 3만 년 전): 아이라 Tn 화산재(시라스 대지를 형성한 이토 화쇄류와 같은 분화에 의한 것으로 추정된다.^[1]
• 키카이 칼데라(약 7300년 전): 키카이 아카호야 화산재가 분출되었다.^[2]
• 사쿠라지마: 일본 가고시마현에 위치한 활화산으로, 잦은 분화로 인해 화산재 피해가 빈번하게 발생한다. 특히 여름에는 동쪽에서 부는 바람을 타고 가고시마시에 화산재가 내린다. 가고시마시는 화산재 피해에 대한 대비 및 대응 체계를 잘 갖추고 있다.^[3]
• -^[3]
• 폼페이, 헤르쿨라네움: 고대 로마 시대 베수비오 화산 폭발로 화산재에 묻힌 도시로, 화산재 재해의 역사적 사례를 보여준다.^[4]
• 아크로티리(선사시대 도시)
• 아르메로 (콜롬비아): 1985년 11월 13일, 콜롬비아의 네바도 델 루이스 화산 분화로 발생했다.
• 플리머스 (몬트세랫): 1997년 수프리에르 힐스 분화로 발생했다.

참조

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