946년 백두산 분화
1. 개요
946년 백두산 분화는 백두산에서 일어난 대규모 화산 폭발로, 946년경으로 추정된다. 이 분화는 쇄설층이 동해 전역에서 발견될 정도로 강력했으며, 방사성 탄소 연대 측정, 역사 기록, 빙하 코어 및 나이테 연대 측정을 통해 946년으로 날짜가 확정되었다. 분화 규모는 45 메가톤의 황을 분출하고, 100km³ 이상의 화산재를 배출했으며, 홋카이도와 혼슈 북부에 화산재 지층을 남겼다. 이 분화는 두 단계로 이루어졌으며, 기후 영향은 지역적인 수준에 그쳤을 것으로 보인다.
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고려 정종 (3대) -
청주남원부인
청주남원부인은 김긍률의 딸이자 고려 정종의 왕비로, 언니인 청주원부인의 영향으로 왕비가 되었으며, 자세한 생애는 알려지지 않았고 자녀는 없었다. -
고려 정종 (3대) -
효성태자
효성태자는 고려 태조의 아들로 천안부원부인 임씨 소생이며, 정종의 딸 공주 부인 박씨와 혼인했으나, 경종 즉위 후 귀족들에 의해 이복 동생 원녕태자와 함께 살해당했다. -
화산성 겨울 -
여름 없는 해
1816년 여름 없는 해는 1815년 탐보라 화산 폭발로 인한 화산재 때문에 전 세계적인 기온 저하, 농작물 흉작, 기근을 야기하며 사회, 경제, 문화, 예술 등 다양한 분야에 영향을 미친 기후 이상 현상이다. -
화산성 겨울 -
소빙기
소빙기는 1300년경부터 19세기 중반까지 북반구의 기온 하락, 해빙 전진, 혹독한 겨울, 빙하 확장 등의 기후 변화를 보이며 농업 생산량 감소, 기근, 사회적 혼란 등을 야기한 시기이다. -
백두산 -
조중 변계 조약
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백두산 -
천지
천지는 백두산 칼데라에 위치하며 북한과 중국의 국경을 이루는 호수로, 비룡폭포로 물이 흘러나가고 호수 괴물 목격담이 전해지며, 남북정상회담 장소로 문화적 의미를 갖는다.
2. 분화 시기 및 증거
분화 쇄설층은 지역 및 전 세계 퇴적 기록의 시기를 결정하고 상호 연관시키는 데 중요한 표지 지평선 역할을 하며, 분화의 증거는 동해 전역에서 발견된다. 따라서 946년 백두산 분화 시기는 946년경으로 최종 확정되기 전까지 백두산 화산학 연구에서 가장 집중적으로 연구된 주제 중 하나였다.
2.1. 방사성 탄소 연대 측정
밀레니엄 분화에 대한 정확한 방사성 탄소 연대 측정은 분화 시에 잘려나가 탄화된 나무 그루터기 전체에 걸쳐 수많은 방사성 탄소 측정을 통해 이루어졌다. 이러한 방사성 탄소 측정은 와글 매칭을 통해 보정 곡선에 맞춰 날짜를 938~946년 사이로 좁혔다. 분화로 쓰러진 나무 그루터기 중 하나에서 주요 774-775년 탄소-14 스파이크 (미야케 이벤트)가 확인되면서 날짜에 대한 추가적인 제약이 얻어졌다. 이 774-775년 미야케 이벤트와 나무 껍질 가장자리 사이에서 정확히 172개의 나이테가 세어졌으며, 이는 나무가 946년에 죽었음을 의미한다. 이 날짜는 그린란드 빙하 코어 연령 모델에서 얻은 결과와 일치한다. 밀레니엄 분화와 관련된 화학적 지문을 가진 조면암질 및 조면암질 화산 유리 파편이 그린란드 빙하 코어에서 발견되었으며, 그 위치는 946~947년의 날짜에 해당한다. 보존된 나이테가 있는 나무 그루터기와 774-775년 미야케 이벤트, 그리고 정확하게 연대가 측정된 그린란드 빙하 코어에서 테프라 층의 확인은 밀레니엄 분화에 대한 명확한 날짜를 946년으로 나타낸다.
2.2. 역사 기록
고려사(高麗史) 세가(世家)에서는 고려 정종 원년(946년)에 ‘이 해 천고(天鼓)가 울리므로 사면령을 내렸다.’고 기록하였다. 일본의 역사서인 흥복사연대기(興福寺年代記)에서는 천경 9년(946년) 11월 3일 ‘천경의 밤에 하얀 화산재가 눈과 같이 내렸다.’라고 기록하였다.
10세기 중반 고대 한국과 일본에서 기록된 여러 기상 현상은 천년 화산 폭발로 인해 발생했을 수 있다. 일본기략(Japan Chronicle)에는 944년 2월 19일, 자정 무렵 진동과 함께 위에서 나는 소리가 있었다고 기록되어 있다.
고려사에는 이와 유사하지만 더 늦은 기록으로, 개성의 궁궐에서 큰 소란이 있었다고 묘사한다. 정종 1년(946년), 하늘의 북소리가 울렸다. 그 해 하늘이 울리고 소리쳤으며, 사면령이 있었다. 개성은 백두산에서 약 470km 떨어진 곳으로, 천년 화산 폭발의 소리가 들렸을 수 있는 거리이다.
흥복사대유기(興福寺大猷記)에는 일본 나라에서 946년 11월 3일 저녁, 흰 재가 눈처럼 부드럽게 내렸다는 매우 흥미로운 관찰 기록이 있다. 이 "흰 재"는 B-Tm 화산재의 흰색 코멘다이트로, 첫 번째 단계일 수 있다. 세 달 후, 대일본고기록(Dai Nihon Kokiroku)과 일본기략 모두 947년 2월 7일, 하늘에서 천둥과 같은 소리가 났다고 기록했다.
2.3. 빙하 코어 및 나이테 연대 측정
분화 쇄설층은 지역에서 전 세계에 걸친 퇴적 기록을 시기를 결정하고 상호 연관시키는 데 매우 귀중한 표지 지평선 역할을 하며, 분화의 증거가 동해 전역에서 발견된다. 따라서 이 분화의 시기는 946년경 최종적으로 확정되기 전 백두산 화산학 연구에서 가장 집중적으로 연구된 주제 중 하나였다.
밀레니엄 분화에 대한 정확한 방사성 탄소 연대 측정은 분화 시에 잘려나가 탄화된 나무 그루터기 전체에 걸쳐 수많은 방사성 탄소 측정을 통해 이루어졌다. 이러한 방사성 탄소 측정은 와글 매칭을 통해 보정 곡선에 맞춰 날짜를 938~946년 사이로 좁혔다. 분화로 쓰러진 나무 그루터기 중 하나에서 주요 774-775년 탄소-14 스파이크 (미야케 이벤트)가 확인되면서 날짜에 대한 추가적인 제약이 얻어졌다. 이 774-775년 미야케 이벤트와 나무 껍질 가장자리 사이에서 정확히 172개의 나이테가 세어졌으며, 이는 나무가 946년에 죽었음을 의미한다.
이 날짜는 그린란드 빙하 코어 연령 모델에서 얻은 결과와 일치한다. 밀레니엄 분화와 관련된 화학적 지문을 가진 조면암질 및 조면암질 화산 유리 파편이 그린란드 빙하 코어에서 발견되었으며, 그 위치는 946~947년의 날짜에 해당한다. 보존된 나이테가 있는 나무 그루터기와 774-775년 미야케 이벤트, 그리고 정확하게 연대가 측정된 그린란드 빙하 코어에서 테프라 층의 확인은 밀레니엄 분화에 대한 명확한 날짜를 946년으로 나타낸다.
빙하 코어 연대기 와 연륜 연대측정을 통해 서기의 모든 얼음 깊이 또는 연륜의 정확한 달력 연도를 매우 정확하게, 거의 나이 불확실성 없이 측정할 수 있다. 946~947년으로 정확하게 연대가 측정된 얼음 깊이에서 밀레니엄 마그마의 화학적 지문이 있는 유문암 및 트라키암 화산 유리 파편이 발견되어 분화가 946년의 마지막 3개월 이내에 발생했음을 효과적으로 확인했다.
추가적인 확인은 초기 폭발적인 분화 동안 매몰되어 죽은 아고산 낙엽송의 연륜 연구에서 나왔다. 그 나무는 살아 있었고 주요 774년 탄소-14 급증 동안의 대기 화학 변화를 기록했다. 이 사건과 가장 바깥쪽 연륜 사이에는 정확히 172개의 연륜이 있어, 그 나무가 946년에 죽었다는 것을 의미한다. 이는 밀레니엄 분화에 대한 명확한 날짜를 제공한다.
3. 분화 규모 및 역학
946년 백두산 분화로 45 메가톤의 황이 분출되었으며, 화산재와 화산가스 기둥이 대기 상층에 25km 이상 치솟았다. 주변에 100km3 이상의 화산재를 배출하여 일본의 홋카이도와 혼슈 북부에 5~10cm 두께의 백두산-도마코마이(B-Tm) 화산재 지층을 남겼고, 그린란드 빙하에서도 백두산 화산재의 유리조각이 발견되었다.
1815년 탐보라 화산 분화 당시 황 분출량(약 28 메가톤)보다 많은 양이지만, 탐보라 화산과 달리 백두산 분화는 기후에 미친 영향이 적었다. 이는 탐보라 화산이 저위도에 위치했던 것과 달리 고위도에 위치한 데다 분화 시기가 겨울이었기 때문으로 추정된다.
밀레니엄 분화는 두 단계로 이루어졌으며, 두 단계 모두 광범위한 테프라 낙진과 화쇄류를 생성했다.
3.1. 1단계 (코멘다이트 마그마)
제1단계는 안정적인 플리니식 분화 기둥으로 시작되었으며, 그 높이는 30km~40km에 달했을 것으로 추정되며, 널리 확산된 밝은 색의 부석 낙하층을 생성했다. 부석 낙하층 위에는 즉시 대규모 화산쇄설류가 덮고 있는데, 이는 층상 구조가 없는 것으로 나타나며(함께 발생하지 않음) 면적 2000km2을 평균 두께 5m로 덮었고, 50km까지 도달했다. 이 화산쇄설류는 플리니식 분출 기둥의 붕괴로 생성되었다. 화산쇄설류가 흐르는 동안 용출로 생성된 공생 이그님브라이트 재층은 화산쇄설류를 덮고 있으며, 이 분출 단계의 최상위 퇴적물을 나타낸다. 이 단계의 마그마 조성은 주로 코멘다이트였고, 뚜렷한 밝은 회색을 띠었다. 이 단계의 질량 분출율은 1-4 × 108 kg/s로 추정된다. 나라에 백색 화산재가 떨어진 역사 기록을 바탕으로, 제1단계는 946년 11월 2일에 시작되었을 가능성이 제기된다.
3.2. 2단계 (조면암 마그마)
946년 분화의 두 번째 단계에서 어떤 화산쇄설물이 분출되었는지, 그리고 첫 번째 단계와 두 번째 단계 사이에 상당한 휴지기가 있었는지에 대한 논쟁이 여전히 존재한다. 여러 지역에서 비화산쇄설성 물질 또는 침식면이 첫 번째 단계와 두 번째 단계의 분출물을 구분하며, 이는 분출 휴지기를 나타낸다.
첫 번째 단계와는 달리, 이 단계는 기둥 붕괴가 빈번하여 특징지어지는 지속적이지 않은 기둥으로부터의 펄스 분출로 시작되었으며, 교대로 색상이 바뀌는 여러 개의 테프라 낙하층을 퇴적시키고, 기둥 붕괴로부터의 동시 발생 화산쇄설류와 함께 층을 이루었다. 이 단계에서 최대 7개의 낙하층이 확인된다. 낙진은 또한 내부 칼데라 벽을 덮는 고온 응집물로 퇴적되었다. 이 단계의 화산쇄설류는 칼데라 반경 20km 이내의 모든 방향으로 고지형 계곡을 채웠다. 두 번째 단계 퇴적물의 최상부는 또한 동화산재 층이다. 이 조면암질 단계와 관련된 광범위한 화산재 확산이 있었으며, 모델링에 따르면 분출 기둥은 해발 30km 이상까지 확장되었고 질량 분출 속도는 108 kg/s보다 컸다.
3.3. 총 분출량
이 분화로 45 메가톤의 황이 분출되었으며, 100km3 이상의 화산재를 배출하였다. 이는 1815년 탐보라 화산 분화 당시 약 28 메가톤의 황을 분출한 것과 비교하면 많은 양이다.
퇴적물의 근접 두께와 원거리 두께를 바탕으로 화산재 낙하량은 마그마 기준 13.4~37.4 km3(조밀암 상당량, DRE), 화쇄류 (PDC) 부피는 약 6.2~7.8 km3 DRE로 추정되었다. 이러한 추정치는 분화 전체 부피가 40.2~97.7 km3 사이임을 나타내며, 이는 17.5~42.5 km3 DRE 마그마에 해당한다(테프라 퇴적물 밀도 1000 kg/m3, 마그마 밀도 2300 kg/m3 사용).
최근에는 두 단계의 테프라 낙하 두께를 사용하여 분화 매개변수와 두 단계의 부피를 제한하기 위해 테프라 확산 모델이 사용되었다. 첫 번째 코멘다이트 상에서는 3~16 km3(최적 추정치 7.2 km3)의 DRE 마그마가 분출되었고, 두 번째 조면암 상에서는 4~20 km3(최적 추정치 9.3 km3)가 분출되었다. PDC 부피를 이러한 업데이트된 화산재 낙하량과 함께 고려하면 총 부피는 약 23 km3 DRE 마그마로, 칼데라를 생성하기 위해 산체에서 제거된 물질의 양과 유사하다.
4. 휘발성 물질 방출 및 기후 영향
946년 백두산 분화는 대기 상층부로 막대한 양의 휘발성 물질을 방출하여 국지적인 기후 변화를 일으켰을 가능성이 제기된다. 그러나 전 지구적인 기후 변화를 일으켰는지는 불분명하며, 최근 연구는 그 가능성을 낮게 평가한다. 그럼에도 불구하고, 945년에서 948년 사이에 발생한 몇몇 기상 이변은 백두산 분화와 관련이 있을 수 있으며, 이는 화산 겨울을 초래했을 가능성을 시사한다.
구체적인 기상 이변 기록은 다음과 같다.
4.1. 휘발성 물질 방출량
946년 백두산 분화로 45 메가톤의 황이 분출되었다. 이는 1815년 탐보라 화산 분화 당시 분출된 약 28 메가톤의 황보다 많은 양이다. 그러나 탐보라 화산 분화는 지구 온도를 1도 낮췄지만, 백두산 분화는 기후에 미친 영향이 적었던 것으로 밝혀졌다. 그 이유는 탐보라 화산이 저위도에 위치했던 것과 달리 백두산은 고위도에 위치했고, 분화 시기가 겨울이었기 때문으로 추정된다.
거대한 화산 폭발은 대기 중으로 많은 양의 휘발성 물질(천문지질학) 및 에어로졸을 분출하여 화산 겨울과 환경 변화를 초래할 수 있다.
플루오린, 염소, 황 등 폭발로 방출된 휘발성 물질의 양은, 결정화될 때 마그마에 용해된 휘발성 원소의 양을 측정하고 폭발 시 마그마에 남아있는 양을 빼는 방식으로 평가되었다. 마그마 덩어리는 결정화 과정에서 결정 내부에 갇혀 용융물 내포물을 형성하는 경우가 많으며, 이를 분석하여 원래의 휘발성 농도를 결정한다. 용융물에 용해된 휘발성 물질의 잔존량은 폭발 시 급냉된 마그마인 매트릭스 유리를 분석하여 파악한다. 그런 다음 용융물 내포물(MI)과 매트릭스 유리의 휘발성 원소 차이에 용융물의 부피를 곱하여 대기 중으로 방출되는 휘발성 물질의 양을 추정한다.
MI와 매트릭스 유리의 플루오린, 염소, 황 함량은 폭발의 첫 번째 단계에서 분출된 코멘다이트 마그마에 대해 측정되었다. 이러한 MI 및 매트릭스 유리의 평균 휘발성 함량과 코멘다이트 마그마 부피(3-17 km3 DRE)를 사용하여 휘발성 물질 방출량을 계산한 결과, 5~30 Tg S, 6~32 Tg F, 2~15 Tg Cl 사이였다. MI와 매트릭스 유리의 플루오린 및 염소 함량이 유사한 범위를 보여주는 것으로 보아 용융물은 두 원소 모두에서 포화되지 않았을 것이며, 이러한 휘발성 물질 단계의 손실은 무시할 수 있었을 것이다. 낮은 S 수율은 비해수염 설페이트 기록을 기반으로 S 부하가 ~2 Tg로 추정되는 빙하 코어 기록과 일치하며, 고환경 및 고기후 지표에서 기록된 제한적인 기후 영향과도 일치한다.
4.2. 기후 영향
946년 백두산 분화로 45 메가톤의 황이 분출되었다. 화산재와 화산가스 기둥이 대기 상층에 25km 이상 치솟았으며, 주변에 100km3 이상의 화산재를 배출하였다. 이로 인해 일본의 홋카이도와 혼슈 북부에 5~10cm 두께로 퇴적된 백두산-도마코마이(B-Tm) 화산재 지층이 남았고, 그린란드 빙하 속에서도 백두산 화산재의 유리조각이 발견되었다.
1815년 탐보라 화산 분화 당시 약 28 메가톤의 황을 분출한 것과 비교하면 많은 양이지만, 탐보라 화산 분화가 지구 온도를 1도 낮춘 것과 달리 백두산 분화는 기후에 미친 영향이 적었던 것으로 밝혀졌다. 이는 탐보라 화산이 저위도에 위치했던 것과 달리 백두산은 고위도에 위치한 데다 분화 시기가 겨울이었기 때문으로 추정된다. 천년 대분화는 막대한 양의 휘발성 물질을 성층권으로 방출하여 전 세계적인 기후 변화를 일으킨 것으로 여겨지지만, 최근 연구에 따르면 지역적인 기후 영향에 그쳤을 수 있다. 그러나 서기 945~948년의 몇몇 기상 이변은 천년 대분화와 관련이 있을 수 있으며, 이 사건은 화산 겨울을 초래한 것으로 보인다.