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화산

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목차

1. 개요

화산은 지하의 마그마가 지표로 분출하여 형성되는 지형으로, 마그마가 이동하는 통로인 화도, 지표와 만나는 분화구, 그리고 분출된 물질이 쌓여 만들어진 화산체로 구성된다. 화산은 활동 여부에 따라 활화산, 휴화산, 사화산으로 분류되며, 지형에 따라 순상 화산, 성층 화산, 칼데라 등으로 구분된다. 화산 분출은 마그마 분출, 프레아토마그마 분출, 프레아틱 분출 등으로 나뉘며, 용암, 화산 가스, 테프라 등 다양한 분출물을 배출한다. 화산은 인류에게 자원과 관광 자원을 제공하지만, 분출 시 용암, 화산재, 화산 가스, 화쇄류 등으로 인해 교통 마비, 생태계 파괴, 인명 피해 등 막대한 피해를 초래하기도 한다. 지구 외 행성에서도 화산 활동이 발견되며, 특히 목성의 위성 이오는 태양계에서 가장 화산 활동이 활발한 곳으로 알려져 있다.

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화산
지도
정의
설명행성 지각의 파열로 물질이 탈출하는 곳
특징
크기3000km까지
연구
관련 연구화산 겨울
행성 연구금성의 화산
화성의 화산
일반 정보
정의 변경행성 화산 활동은 정의를 변경했다.

2. 화산의 구조 및 특징

"화산"이라는 단어는 이탈리아 에올리에 제도의 화산섬인 불카노 섬(Vulcano)의 이름에서 유래했으며, 그 이름은 다시 로마 신화의 불의 신인 불카누스에서 비롯되었다.[5] 화산을 연구하는 학문은 화산학(volcanology)이라고 하며, 때로는 "불카놀로지(vulcanology)"라고도 한다.[6]

화산에는 용융된 마그마의 저장소인 마그마 챔버와, 마그마가 지각을 통해 상승할 수 있는 통로인 화도, 그리고 마그마가 표면 위로 용암으로 분출될 수 있는 분화구 등의 구조가 필요하다.[11] 분출된 화산 물질(용암과 테프라)이 통풍구 주변에 퇴적되어 형성된 것을 화산체라고 하며, 일반적으로 화산 원뿔이나 산의 형태를 띈다.[11]

화산에 대한 가장 일반적인 인식은 원뿔 모양의 산이 정상의 분화구에서 용암과 유독한 가스를 분출하는 것이지만, 이것은 많은 화산 유형 중 하나일 뿐이다. 화산의 구조와 행동은 여러 요인에 따라 달라진다. 일부 화산은 정상 분화구가 아닌 용암 돔에 의해 형성된 험준한 봉우리를 가지고 있는 반면, 다른 화산은 거대한 고원과 같은 지형 특징을 가지고 있다. 화산 물질(용암과 화산재 포함)과 가스(주로 수증기와 마그마 가스)를 방출하는 통풍구는 지형의 어디든지 발달할 수 있으며, 하와이 킬라우에아의 측면에 있는 푸우오오와 같이 더 작은 원뿔을 형성할 수도 있다. 분화구는 항상 산이나 언덕 꼭대기에 있는 것은 아니며, 뉴질랜드의 타우포 호처럼 호수로 채워질 수도 있다. 일부 화산은 저지형 지형 특징일 수 있으며, 인식하기 어렵고 지질학적 과정에 의해 가려질 수 있다.

다른 유형의 화산으로는 특히 목성, 토성, 해왕성의 일부 위성에서 볼 수 있는 냉화산(또는 얼음 화산)과, 종종 알려진 마그마 활동과 관련이 없는 머드 화산이 있다. 활화산 머드 화산은 머드 화산이 실제로 마그마 화산의 통풍구인 경우를 제외하고는 화성암 화산보다 온도가 훨씬 낮은 경향이 있다.

2. 1. 화산의 구조

화산의 지하에는 반드시 마그마 챔버가 존재한다. 마그마 챔버의 깊이는 지하 수 km에서 수십 km로 여겨진다. 이 마그마 챔버에서 암반을 뚫고 어떤 이유로든 마그마가 지상으로 분출되는 지점이 화산이다. 마그마가 지상에 도달할 때까지 통과하는 경로를 화도라고 하며, 화도가 지상으로 뚫고 나오는 지점을 분화구라고 한다. 화도는 종종 주화도에서 갈라져 형성되며, 그 지류 화도가 지상으로 분출하면 측화산이라고 불리는 소화산을 형성한다. 또한, 지류 화도가 지상으로 분출하지 않고 지하에 남아 있는 것을 암맥, 암맥이 지층을 따라 평행하게 지하에서 넓게 퍼진 것을 암상이라고 한다.[8]

층상화산의 구조(단면도)


2. 2. 화산의 특징


  • 다른 산들하고 이어져 있지 않다.
  • 삿갓 모양이다.
  • 봉우리 부분이 움푹 패어져 있다.
  • 화산활동을 했던 기록이 남아있다.[5]


화산은 마그마 챔버와 같이 용융된 마그마의 저장소가 있고, 이 마그마가 지각을 통해 상승할 수 있는 통로와, 마그마가 표면 위로 용암으로 분출될 수 있는 통풍구가 필요하다.[11] 분출된 화산 물질(용암과 테프라)이 통풍구 주변에 퇴적되어 형성된 것을 화산체라고 하며, 일반적으로 화산 원뿔이나 산의 형태를 띈다.[11]

일반적으로 화산이라고 하면 원뿔 모양의 산이 정상의 분화구에서 용암과 유독한 가스를 분출하는 모습을 떠올리지만, 이것은 많은 화산 유형 중 하나일 뿐이다. 화산의 특징은 매우 다양하며, 구조와 활동 양상은 여러 요인에 따라 달라진다. 일부 화산은 정상 분화구가 아닌 용암 돔에 의해 형성된 험준한 봉우리를 가지는 반면, 다른 화산은 거대한 고원과 같은 지형 특징을 가지고 있다. 화산 물질(용암과 화산재 포함)과 가스(주로 수증기와 마그마 가스)를 방출하는 통풍구는 지형의 어디든지 발달할 수 있으며, 하와이 킬라우에아의 측면에 있는 푸우오오와 같이 더 작은 원뿔을 형성할 수도 있다. 분화구는 항상 산이나 언덕 꼭대기에 있는 것은 아니며, 뉴질랜드의 타우포 호처럼 호수로 채워질 수도 있다.

화산의 지하에는 반드시 마그마 챔버가 존재한다. 마그마 챔버의 깊이는 지하 수 km에서 수십 km로 여겨진다. 이 마그마 챔버에서 암반을 뚫고 마그마가 지상으로 분출되는 지점이 바로 화산이다. 마그마가 지상에 도달할 때까지 통과하는 경로를 화도라고 하며, 화도가 지상으로 뚫고 나오는 지점을 분화구라고 한다. 화도는 종종 주화도에서 갈라져 형성되며, 그 지류 화도가 지상으로 분출하면 측화산이라고 불리는 소화산을 형성한다. 또한, 지류 화도가 지상으로 분출하지 않고 지하에 남아 있는 것을 암맥이라 하며, 암맥이 지층을 따라 평행하게 지하에서 넓게 퍼진 것을 암상이라고 한다.

3. 화산의 분류

화산은 활동 여부에 따라 활화산, 휴화산, 사화산으로 분류하기도 한다. 활화산은 현재 활동 중인 화산을 말하며, 휴화산은 역사 기록에는 활동이 있었지만 지금은 활동하지 않는 화산을 말한다. 사화산은 역사 시대 이후 활동 기록이 전혀 없는 화산을 의미한다.[46]

3. 1. 지형에 따른 분류

지질학 이론의 발전에 따라 화산은 시간, 장소, 구조, 구성에 따라 분류할 수 있게 되었다. 예를 들어, 여러 번 활동하는 ''다성화산''과 한 번 분출 후 멸종하는 ''단성화산''이 있으며, 이들은 특정 지역에 함께 모여 있는 경우가 많다.[8] 현재의 지형뿐만 아니라 형성 과정과 내부 구조도 분류에 고려된다.

화산은 분출 형태와 횟수에 따라 다음과 같이 크게 복성 화산과 단성 화산으로 나뉜다.

  • '''복성 화산:''' 여러 번의 분출로 형성된 화산이다. 성층 화산, 순상 화산, 용암 대지, 칼데라 등이 있다.
  • '''단성 화산:''' 한 번의 분출로 형성된 화산으로, 폭렬 화구, 마르, 화산쇄설구, 용암돔 등이 있다. 단, 단성 화산이 여러 개 모여 전체가 일련의 마그마 활동으로 간주되는 경우, 단성 화산군으로서 복성 화산으로 취급하는 경우가 있다.


복성 화산의 주화구에서 멀리 떨어진 곳에 생기는 작은 화산을 측화산 또는 기생화산이라고 부르며, 대부분 단성 화산이다.

3. 1. 1. 복성 화산

여러 번의 분출로 형성된 화산[100]들을 복성 화산이라고 한다. 복성 화산에는 다음과 같은 종류가 있다.

순상화산(마우나 케아산)

  • '''화쇄류대지''': 대규모 화쇄류로 운반된 화산재, 부석, 자갈 등이 두껍게 쌓여 형성된 평탄한 대지이다.[100]
  • 예: 시라스 대지, 관동 로옴층

  • '''칼데라''': 화산 활동으로 생긴 대규모 함몰 지형 (직경 1.6km 이상)이다. 중앙에는 보통 소화산인 중앙화구구가 있고, 주변은 칼데라 바닥이라는 평탄한 지형이다. 칼데라 바닥에 물이 고이면 칼데라 호수라고 부른다. 외곽은 외륜산이 둘러싸고 있으며, 안쪽은 칼데라 벽으로 급경사 절벽인 경우가 많다. 크라카토아식 분화를 통해 형성되는 경우가 많다.[100]
  • 예: 아소산, 하코네산, 도와다호, 쿠샤로호, 마슈호, 도야호, 가고시마 만 북부

3. 1. 2. 단성 화산

한 번의 분출로 형성된 화산으로, 폭렬 화구, 마르, 화산쇄설구, 용암돔 등이 있다. 단성화산이 여러 개 모여 전체가 일련의 마그마 활동으로 간주되는 경우, 단성화산군으로서 복성화산으로 취급하는 경우가 있다(이즈 동부 화산군, 아부 화산군, 오치가 화산섬군 등).[12]

  • '''폭렬화구'''


> 폭발적인 분화에 의해 화구(구멍)만 생기고, 분출물은 거의 쌓이지 않은 것이다.

  • '''마르'''


> 물이 많은 곳에서 마그마 수증기 폭발이 일어나 원형의 화구가 된 것으로, 물이 고여 있는 경우가 많다. 분출물은 화구 주변에 약간 쌓여 있는 정도이며, 주로 베이스 서지 퇴적물이다.

> * 예 - 메가타, 나미우키항, 요네마루

  • '''화산쇄설구(화쇄구)'''


> 화구 주변에 화산쇄설물이 쌓여 원추형에 가까운 작은 산(구릉)이 된 것이다. 주요 구성 물질에 따라 더 세분화하여 화산회구, 부석구, 스코리아구라고 한다.

> * 예 - 오오무로야마, 요네즈카, 다이아몬드 헤드

  • '''용암돔(용암원정구)'''


> 마그마의 점성이 높고(유동성이 작고), 가스가 적기 때문에 폭발적인 분화를 일으키지 않고, 화구에서 덩어리로 밀려 나온 것이다. 형태는 다양하지만, 높이에는 한계가 있으며, 분출량이 많은 경우 평평해지는 경향이 있다. 용암돔을 더 세분화하여, 윗면이 평평해진 것을 용암평정구, 화도 내에서 고체화된 채 밀려 나온 것을 화산암첨, 또, 지표를 융기시켰지만 용암 자체는 분출되지 않고 끝난( 용암돔이 되지 못한) 것을 잠재돔(잠재원정구)이라고 한다.

> * 예 - 쇼와신잔, 아토사누프리, 차우스다케, 묘고산, 헤이세이신잔, 운젠다케, 긴포산(구마모토현)

화산쇄설구 (아소산)


마르 (독일)


복성화산의 주화구에서 멀리 떨어진 곳에 생기는 작은 화산을 측화산 또는 기생화산이라고 부른다. 대부분 한 번의 분화로 형성되는 단성화산이다.

3. 2. 활동도에 따른 분류

과거에는 화산을 활화산, 휴화산, 사화산으로 분류했으나, 현대 화산학에서는 이러한 분류가 명확하지 않아 활화산과 그 외의 화산으로 분류하는 추세이다.
활화산은 현재 활동 중이거나, 과거 1만 년 이내에 분화 기록이 있는 화산을 의미한다. 백두산이 대표적인 활화산으로 꼽히며, 한라산과 울릉도도 활화산인지에 대한 연구가 진행 중이다.
휴화산은 현재 활동은 멈췄지만, 언젠가 다시 분화할 가능성이 있는 화산을 지칭한다. 그러나 최근에는 휴화산이라는 개념 대신 활화산으로 간주하는 경향이 있다. 미국 지질조사국(USGS)은 휴화산을 지진 활동, 지반 팽창, 유독 가스 배출 등의 징후는 없지만 다시 활동할 가능성이 있는 화산으로 정의한다.[46]
사화산은 마그마 공급이 없어 다시 분화할 가능성이 없다고 판단되는 화산이다. 그러나 화산의 분출 수명은 매우 길 수 있으므로, 사화산으로 분류되었던 화산이 다시 활동하는 경우도 있다.

4. 화산이 생성되는 장소

화산은 일반적으로 판의 경계 부분에서 많이 관찰된다. 두 판이 갈라지는 곳에서는 활발한 화산 활동이 일어나는데, 해저의 중앙해령과 그 연장선 상의 아이슬란드가 대표적인 예이다. 대륙 지각에서는 동아프리카 지구대, 리오그란데 열곡, 아이펠 화산 등이 이에 해당한다.

판이 서로 수렴하는 곳에서도 화산 활동이 빈번하게 발생하며, 쿠릴 열도에서 일본 열도와 마리아나 제도를 거쳐 뉴질랜드에 이르는 서태평양의 호상열도들이 대표적인 예이다. 변환단층 경계에서는 화산 활동이 드물다. 발산형 경계의 화산 활동은 덜 파괴적이고 점성이 낮은 마그마가 분출되는 반면, 수렴형 경계의 화산 활동은 폭발적이며 분출되는 마그마는 점성이 높다. 이는 근원 마그마가 형성되는 방식이 다르기 때문이다.

플룸 현상으로 인해 생기는 화산을 열점이라고 부르며 하와이가 대표적인 예이다. 열점은 태양계의 다른 많은 행성들에서도 볼 수 있다.

대한민국에서는 제주도의 한라산과 울릉도의 성인봉이 화산이며, 조선민주주의인민공화국과 중화인민공화국의 경계에 있는 백두산과 조선민주주의인민공화국과 대한민국의 경계에 있는 추가령 화산도 화산이다.[129]

4. 1. 판의 발산 경계

중앙 해령에서는 얇아진 대양 지각 아래로 뜨거운 맨틀 암석이 상승하면서 두 개의 지각판이 서로 갈라진다. 상승하는 맨틀 암석의 압력 감소는 단열 팽창과 암석의 부분 용융을 유발하여 화산 활동을 일으키고 새로운 대양 지각을 생성한다. 대부분의 발산형 경계는 해저에 위치하며, 따라서 지구상의 대부분의 화산 활동은 해저에서 일어나 새로운 해저를 형성한다. 열수 분출공(심해 열수 분출구라고도 함)은 이러한 종류의 화산 활동의 증거이다. 중앙 해령이 해수면 위에 있을 경우, 아이슬란드와 같은 화산섬이 형성된다.[7]

4. 2. 판의 수렴 경계

섭입대는 두 개의 판, 보통 해양판과 대륙판이 충돌하는 곳이다. 해양판은 섭입(대륙판 아래로 침강)하여 해안선 바로 앞에 깊은 해구를 형성한다. 플럭스 용융이라는 과정에서 섭입판에서 방출되는 물은 상부 맨틀 쐐기의 녹는점을 낮춰 마그마를 생성한다.[7] 이 마그마는 높은 실리카 함량으로 인해 매우 점성이 높아 종종 지표면에 도달하지 못하고 깊은 곳에서 냉각 및 고결된다. 그러나 지표면에 도달하면 화산이 형성된다. 따라서 섭입대는 화산호라고 불리는 화산 사슬로 둘러싸여 있다. 대표적인 예로 태평양 불의 고리의 화산, 예를 들어 캐스케이드 산맥이나 일본 열도, 또는 인도네시아의 동쪽 섬들이 있다.

4. 3. 열점

맨틀 플룸에 의해 마그마가 공급되는 화산 지역을 열점이라고 부른다. 하와이가 대표적인 예이다. 열점은 태양계의 다른 많은 행성들에서도 볼 수 있다.[129] 맨틀 플룸은 핵-맨틀 경계에서 상승하는 뜨거운 물질 기둥으로, 해령과 마찬가지로 상승하는 맨틀 암석은 감압 용융을 경험하여 많은 양의 마그마를 생성한다. 맨틀 플룸 위로 판이 이동함에 따라 각 화산은 플룸에서 벗어나면서 활동이 중단되고, 판이 플룸 위로 이동하는 곳에서 새로운 화산이 생성된다. 하와이 제도와 스네이크 리버 평원은 이러한 방식으로 형성된 것으로 생각되며, 옐로스톤 칼데라는 현재 옐로스톤 열점 위에 있는 북아메리카 판의 일부이다. 그러나 맨틀 플룸 가설은 의문을 제기받고 있다.[9]

4. 4. 대륙 열곡

동아프리카 지구대와 같이 대륙 지각이 갈라지는 곳에서 화산 활동이 일어난다.[7] 뜨거운 맨틀 암석이 지속적으로 상승하면서 대륙 내부에서 리프팅(lifting)이 발생할 수 있다. 리프팅 초기 단계는 현무암 대지로 특징지어지며, 판이 완전히 분리될 때까지 진행될 수 있다.[10] 그러면 분리된 판의 두 부분 사이에 발산형 판 경계가 형성된다. 그러나 리프팅은 종종 대륙 지각을 완전히 분리하지 못하고(예: 오로코젠), 실패한 리프트는 특이한 알칼리 현무암 또는 탄산염암을 분출하는 화산을 특징으로 한다. [7]

5. 화산 분출의 종류

화산 분출 양식은 크게 마그마 분출, 프레아토마그마 분출, 프레아틱 분출로 나뉜다.[39] 폭발적인 화산 활동의 강도는 화산폭발지수(VEI)를 사용하여 표현하는데, 하와이식 분출(0)부터 초화산 분출(8)까지 범위를 갖는다.[40]


  • 마그마 분출은 주로 감압으로 인한 가스 방출에 의해 발생한다.[39] 용암 점성이 낮고 용존 가스가 적은 마그마는 비교적 온화한 분출을 일으킨다. 점성이 높고 용존 가스 함량이 높은 마그마는 격렬한 폭발적 분출을 일으킨다. 관측된 분출 양식의 범위는 역사적인 사례를 통해 나타낸다.
  • 하와이식 분출은 비교적 가스 함량이 낮은 마그마성 용암을 분출하는 화산의 전형적인 특징이다. 이는 거의 전적으로 분출성이며, 국지적인 용암 분천과 유동성이 매우 높은 용암류를 생성하지만, 테프라(화산재)는 비교적 적게 생성한다. 이는 하와이 화산에서 이름을 따왔다.
  • 스트롬볼리식 분출은 중간 정도의 점성과 용존 가스 수준을 특징으로 한다. 수백 미터 높이의 분출 기둥을 생성하는 빈번하지만 단명한 분출을 특징으로 하며, 가스 슬러그에서도 볼 수 있다. 주요 생성물은 스코리아이다. 스트롬볼리에서 이름을 따왔다.
  • 불카노식 분출은 더 높은 점성과 마그마의 부분 결정화를 특징으로 하며, 조성은 종종 중간 정도이다. 분출은 수 시간 동안 단명한 폭발의 형태를 취하며, 중앙 돔을 파괴하고 큰 용암 덩어리와 폭탄을 분출한다. 이후 중앙 돔을 재건하는 분출 단계가 이어진다. 불카노식 분출은 불카노에서 이름을 따왔다.
  • 펠레식 분출은 더욱 격렬하며, 돔 성장과 붕괴를 특징으로 하여 다양한 종류의 화쇄류를 생성한다. 몽펠레 화산에서 이름을 따왔다.
  • 플리니식 분출은 모든 화산 분출 중 가장 격렬하다. 지속적인 거대한 분출 기둥을 특징으로 하며, 이 기둥의 붕괴로 인해 치명적인 화쇄류가 발생한다. 기원후 79년 베수비오 산의 플리니식 79년 베수비오 산 분화를 기록한 플리니우스 2세에서 이름을 따왔다.
  • 프레아토마그마 분출은 상승하는 마그마와 지하수의 상호 작용을 특징으로 한다. 과열된 지하수 내 압력의 급격한 증가에 의해 발생한다.
  • 프레아틱 분출은 뜨거운 암석이나 마그마와 접촉하는 지하수의 과열을 특징으로 한다. 분출된 물질이 모두 모암이며 마그마는 분출되지 않는다는 점에서 프레아토마그마 분출과 구별된다.

6. 화산 분출물

화산 폭발 시 분출되는 물질은 크게 세 가지 유형으로 분류할 수 있다.[36][37]


  • 화산 가스: 주로 수증기, 이산화탄소, 그리고 황 화합물(온도에 따라 이산화황(SO2) 또는 황화수소(H2S))로 구성된 혼합물
  • 용암: 마그마가 지표면으로 분출하여 흐를 때의 명칭
  • 테프라: 공중으로 분출되어 날아가는 모든 모양과 크기의 고체 물질 입자[36][37]


화산 가스의 농도는 화산마다 상당히 다를 수 있다. 수증기가 일반적으로 가장 풍부한 화산 가스이며, 그 다음으로 이산화탄소[30]와 이산화황이 있다. 다른 주요 화산 가스에는 황화수소, 염화수소, 및 불화수소가 포함된다. 수소, 일산화탄소, 할로카본, 유기 화합물 및 휘발성 금속 염화물 등 많은 미량 가스도 화산 배출물에서 발견된다.

1994년 인도네시아 롬복의 린자니 산 분화


화산 분출의 형태와 양식은 주로 분출하는 용암의 성분에 따라 결정된다. 용암의 점성(용암의 유동성)과 용존 가스의 양은 마그마의 가장 중요한 특징이며, 둘 다 마그마의 이산화규소 함량에 따라 크게 결정된다. 이산화규소가 풍부한 마그마는 이산화규소가 부족한 마그마보다 훨씬 점성이 높으며, 이산화규소가 풍부한 마그마는 용존 가스를 더 많이 포함하는 경향이 있다.

용암은 크게 네 가지 성분으로 분류할 수 있다.[31]

  • 장석질 용암: 분출된 마그마에 이산화규소가 높은 비율(>63%)로 포함되어 있으면 ''장석질''로 설명된다. 장석질 용암(안산암 또는 류석)은 매우 점성이 높아 돔 또는 짧고 뭉툭한 유동으로 분출된다. 캘리포니아의 라센 피크는 장석질 용암으로 형성된 화산의 예이며 실제로는 거대한 용암 돔이다.[32] 장석질 마그마는 점성이 매우 높아 휘발성 물질(가스)을 가두는 경향이 있어 폭발적인 화산 활동으로 이어진다. 화쇄류(화산각력암)는 대규모 분출 시 화산 사면을 따라 이동하고 분출구에서 멀리 이동하기 때문에 이러한 화산의 매우 위험한 생성물이다. 화쇄류에서는 최대 850°C[33]의 온도가 발생하는 것으로 알려져 있으며, 이는 경로상의 모든 가연성 물질을 소각하고, 두꺼운 뜨거운 화쇄류 퇴적물이 종종 수 미터 두께로 퇴적될 수 있다. 1912년 카트마이 산 근처 노바룹타의 분출로 형성된 알래스카의 만 개의 연기 계곡은 두꺼운 화쇄류 또는 화산각력암 퇴적물의 예이다.[34] 지구 대기로 높이 분출될 만큼 가벼운 화산재는 지면으로 떨어지는 응회암으로 떨어지기 전에 수백 킬로미터를 이동할 수 있다. 화산 가스는 수년 동안 성층권에 남아 있을 수 있다. 장석질 마그마는 일반적으로 하부 마그마의 열로 인한 지각 암석의 용융을 통해 지각 내에서 형성된다. 더 가벼운 장석질 마그마는 상당한 혼합 없이 마그마 위에 뜨게 된다. 드물게 장석질 마그마는 보다 마그마의 극단적인 분별 결정작용에 의해 생성된다. 이것은 마그마가 서서히 냉각됨에 따라 마그마에서 마그마 광물이 결정화되어 남아 있는 액체의 이산화규소가 풍부해지는 과정이다.
  • 중간 성분 용암: 분출된 마그마에 이산화규소가 52~63% 포함되어 있으면 ''중간 성분'' 또는 ''안산암질''이다. 중간 마그마는 성층화산의 특징이다. 이들은 여러 과정을 통해 지각판 사이의 수렴 경계에서 가장 일반적으로 형성된다. 한 가지 과정은 맨틀 감람암의 수화 용융 후 분별 결정화이다. 섭입하는 판의 물이 상부 맨틀로 상승하여 특히 이산화규소가 풍부한 광물의 녹는점을 낮춘다. 분별 결정화는 마그마의 이산화규소를 더욱 풍부하게 한다. 중간 마그마는 섭입판에 의해 아래로 운반되는 퇴적물의 용융에 의해 생성된다는 제안도 있다.[35] 또 다른 과정은 암장의 배치 또는 용암류 전에 중간 저수지에서 장석질 류석질 및 마그마 마그마 사이의 마그마 혼합이다.
  • 마그마질 용암: 분출된 마그마에 이산화규소가 <52% 및 >45% 포함되어 있으면 ''마그마질''(더 높은 비율의 마그네슘(Mg)과 철(Fe)을 포함하기 때문에) 또는 현무암질이라고 한다. 이러한 용암은 일반적으로 장석질 용암보다 훨씬 뜨겁고 점성이 훨씬 낮다. 마그마질 마그마는 건조한 맨틀의 부분 용융에 의해 형성되며, 지각 물질의 제한적인 분별 결정화 및 동화 작용을 수반한다. 마그마질 용암은 중앙 해령, 순상화산(하와이 제도, 마우나로아 및 킬라우에아 포함), 대양 지각 및 대륙 지각 모두, 그리고 대륙 범람 현무암을 포함한 광범위한 환경에서 발생한다.
  • 초마그마질 용암: 일부 분출된 마그마에는 이산화규소가 ≤45% 포함되어 있으며 ''초마그마질'' 용암을 생성한다. 코마타이트라고도 하는 초마그마질 유동은 매우 드뭅니다. 실제로 지구의 열류가 더 높았던 원생대 이후 지구 표면에서 분출된 것은 거의 없다. 이들은 (또는 그랬던) 가장 뜨거운 용암이었으며, 아마도 일반적인 마그마질 용암보다 유동성이 더 높았을 것이며, 점성은 뜨거운 현무암 마그마의 10분의 1 미만이었을 것이다.


마그마질 용암류는 두 가지 표면 질감을 보인다. ʻaʻāhaw ()와 파호이호이(paːˈho.eˈho.e|haw)는 모두 하와이어 단어이다. ʻaʻāhaw는 거칠고 울퉁불퉁한 표면이 특징이며, 차가운 현무암 용암류의 전형적인 질감이다. 파호이호이는 매끄럽고 종종 밧줄 모양이나 주름진 표면이 특징이며, 일반적으로 더 유동적인 용암류에서 형성된다. 파호이호이 유동은 때때로 분출구에서 멀어짐에 따라 ʻaʻāhaw 유동으로 전환되는 것으로 관찰되지만, 그 반대는 결코 아니다.

보다 실리카가 풍부한 용암류는 유동이 각진, 공극이 적은 블록으로 덮여 있는 블록 용암의 형태를 취한다. 류석질 유동은 일반적으로 대부분 흑요암으로 구성된다.

광학 현미경으로 본 응회암 박편(긴 변의 길이는 수 mm): 변질된 유리 파편(화산재)의 곡선 형태가 잘 보존되어 있지만, 유리는 부분적으로 변질되어 있다. 이러한 형태는 팽창하는 수분이 풍부한 가스 기포 주변에서 형성되었다.


테프라(tephra)는 화산 내부의 마그마가 고온의 화산 가스의 급격한 팽창으로 인해 분출될 때 생성된다. 마그마는 용존 가스가 표면으로 상승하면서 압력이 감소할 때 용액에서 나오면서 흔히 폭발한다. 이러한 격렬한 폭발은 물질의 입자를 생성하고, 이 입자들은 화산에서 날아갈 수 있다. 지름이 2mm 미만인 고체 입자(모래 크기 이하)는 화산재라고 한다.[36][37]

테프라와 기타 화산쇄설암(산산이 부서진 화산 물질)은 용암류보다 많은 화산의 부피를 차지한다. 화산쇄설암은 지질 기록에 있는 모든 퇴적의 3분의 1이나 기여했을 수 있다. 다량의 테프라 생성은 폭발적 화산 활동의 특징이다.

7. 화산 활동과 인간

1958년부터 2008년까지의 태양 복사 그래프. 주요 화산 폭발 후 감소된 복사량을 보여준다.


2005년 10월 폭발 당시 갈라파고스 제도의 시에라 네그라 화산 상공의 이산화황 농도


화산 폭발은 인류 문명에 심각한 위협이 되지만, 화산 활동은 인류에게 중요한 자원도 제공해왔다.

7. 1. 화산의 영향

화산의 분출로 인한 용암, 화산 가스, 화산재, 화산이류는 주변 환경에 엄청난 영향을 미친다.

  • 화산재로 인하여 엄청난 교통 대란이 발생한다. (선박 & 항공기 대규모 결항, 도로 교통 마비, 기관차 운행 중단 등).
  • 화산재가 고압 송전선이나 발전소 같은 시설에 떨어질 경우 대규모 정전 사태가 발생한다.
  • 반도체 같은 정밀 산업 분야에 엄청난 경제적 손실이 발생한다.
  • 주변 생물들이 죽어감으로써 생태계에도 엄청난 영향(대기오염, 토양 산성화, 수질오염)이 발생한다.
  • 위의 생태계 파괴로 산림이 황폐화된다.
  • 햇빛을 차단한다.
  • 산사태 및 산불을 초래한다.


화산이 폭발하면 그 지역의 모든 생명체는 사라지게 되므로(운이 좋으면 살 수도 있다), 결국에는 뜨겁고 산성이 강한 화산재만 남게 된다. 석회 따위를 뿌려서 중성화를 시도해보기도 하지만, 화산재로 인해 한 번 산성화가 되어버린 토양은 원상 회복까지 최소한 수십 년에서 길게는 100년 이상 걸릴 때도 있다.

따라서 화산재로 인해 토양 미생물들까지 모두 사라져버리게 됨으로써 원상회복 때까지 최소 수십 년 동안은 농사도 지을 수가 없다.

그러나 화산 주변의 온수 속에는 비교적 고온에서도 잘 견디는 동물이 서식한다.

1883년 동인도 순다 해협에 있는 크라카우타섬의 대폭발은 분화 후에 어떤 생물이 재침입했는가를 아는 좋은 자료가 되었다.

이 섬의 폭발은 가장 대규모적인 것으로 섬에서 살고 있던 생명체는 모두 없어지고 섬은 용암과 화산재로 덮이게 되었다.

폭발 후 최초로 섬에 건너온 것은 거미로서, 9개월째에 거미줄을 치고 있는 것이 발견되었다.

1886년에는 남조류·선태류와 양치류의 미소한 포자, 종자가 있는 가벼운 꽃식물이 발견되었다.

이들은 모두 바람에 날아오거나 표착물에 부착하여 섬에 도착한 것이었다. 새와 곤충은 부식성의 것이 최초로 건너왔고, 그 이외의 것은 그들 동물의 먹이가 되는 것이 섬에 출현한 다음에 정착한 것이다.

새들은 무화과 등의 열매를 몸 속에 간직하고 날개와 발에는 종자와 작은 동물을 붙이고 날아왔다.

비단구렁이·왕도마뱀·바다도마뱀 등은 헤엄을 쳐서, 또 다른 동물들은 표착물을 타고 이 섬으로 이동한 것 같다.

그리하여 섬은 1930년에는 분화 이전과 똑같은 밀림이 되고 동물도 1,200종 이상이 되었다.[130]

화산 폭발은 인류 문명에 심각한 위협이 된다. 그러나 화산 활동은 인류에게 중요한 자원도 제공해왔다.

화산 분출 유형과 관련 활동에는 프레아틱 분출(증기로 인한 분출), 고실리카 용암의 폭발적 분출(예: 류올라이트), 저실리카 용암의 분출성 분출(예: 현무암), 산사면 붕괴, 화쇄류, 라하르(이류), 그리고 화산 가스 배출 등이 있다. 이러한 현상들은 인간에게 위험을 초래할 수 있다. 지진, 온천, 분기공, 머드 팟, 그리고 간헐천은 종종 화산 활동과 함께 나타난다.

화산 가스는 성층권에 도달하여 황산 에어로졸을 형성하고, 태양 복사를 반사하여 지표면 온도를 크게 낮출 수 있다.[55] 와이나푸티나 화산 폭발에서 나온 이산화황은 1601년-1603년 러시아 기근을 일으켰을 수 있다.[56] 성층권에서 황산 에어로졸의 화학 반응은 오존층을 손상시킬 수도 있으며, 염화수소(HCl)와 불화수소(HF)와 같은 산은 산성비로 지상에 떨어질 수 있다. 화산 폭발로 인한 과도한 불소염은 아이슬란드에서 여러 차례 가축을 중독시켰다.[57] 폭발적인 화산 분출은 온실 가스인 이산화탄소를 방출하여 생지화학적 순환에 대한 심해의 탄소 공급원을 제공한다.[58]

분출에 의해 공중으로 던져진 화산재는 항공기, 특히 높은 작동 온도로 인해 입자가 녹을 수 있는 제트 항공기에 위험을 초래할 수 있다. 녹은 입자는 터빈 날개에 달라붙어 모양을 바꾸어 터빈 작동을 방해한다. 이는 항공 여행에 큰 차질을 야기할 수 있다.

미국 선사 시대의 주요 분출(VEI 7 및 8)과 19세기 및 20세기의 주요 역사적 화산 분출(VEI 5, 6 및 7) 비교. 왼쪽에서 오른쪽으로: 옐로스톤 210만 년 전, 옐로스톤 130만 년 전, 롱밸리 626만 년 전, 옐로스톤 64만 년 전. 19세기 분출: 탐보라 1815년, 크라카토아 1883년. 20세기 분출: 노바룹타 1912년, 세인트헬렌스 1980년, 피나투보 1991년.


화산의 겨울은 약 7만 년 전 인도네시아 수마트라 섬의 토바호의 초화산 분출 이후에 발생했을 것으로 생각된다.[59] 이는 오늘날 모든 인간의 유전적 유산에 영향을 미친 인구병목 현상을 만들었을 수 있다.[60] 화산 폭발은 오르도비스기 말, 페름기-트라이아스기 멸종, 그리고 데본기 후기 대멸종과 같은 주요 멸종 사건에 기여했을 수 있다.[61]

1815년 탐보라 산 분출은 북미와 유럽의 날씨에 미치는 영향 때문에 "여름 없는 해"로 알려지게 된 전 세계적인 기후 이상을 초래했다.[62] 북유럽에 광범위한 기근을 초래한 1740-41년의 혹독한 겨울도 화산 폭발 때문일 수 있다.[63]

7. 2. 화산의 위험성

화산 분출은 용암, 화산 가스, 화산재, 화산이류 등을 동반하여 주변 환경에 큰 영향을 미치며, 인류 문명에 심각한 위협이 될 수 있다.

화산재는 다음과 같은 피해를 유발한다.

  • 교통 대란 (선박 및 항공기 대규모 결항, 도로 교통 마비, 기관차 운행 중단 등)
  • 대규모 정전 (고압 송전선, 발전소 등 시설 피해)
  • 정밀 산업 (반도체 등) 분야의 경제적 손실
  • 생태계 파괴 (대기오염, 토양 산성화, 수질오염, 산림 황폐화)
  • 햇빛 차단
  • 산사태 및 산불


화산 폭발로 인해 토양이 산성화되면 미생물까지 모두 사라져 회복에 최소 수십 년에서 100년 이상 걸릴 수 있으며, 이 기간 동안 농사를 지을 수 없다.

화산 활동의 유형에는 프레아틱 분출, 고실리카 용암의 폭발적 분출, 저실리카 용암의 분출성 분출, 산사면 붕괴, 화쇄류, 라하르, 화산 가스 배출 등이 있다. 이러한 현상들은 인간에게 위험을 초래할 수 있으며, 지진, 온천, 분기공, 머드 팟, 간헐천 등이 화산 활동과 함께 나타나기도 한다.

화산 가스는 성층권에 도달하여 황산 에어로졸을 형성하고 태양 복사를 반사하여 지표면 온도를 낮출 수 있다.[55] 와이나푸티나 화산 폭발에서 나온 이산화황은 1601년-1603년 러시아 기근을 일으켰을 수 있다.[56] 또한, 황산 에어로졸은 오존층을 손상시키고, 염화수소(HCl)와 불화수소(HF)는 산성비의 원인이 된다. 과도한 불소염은 가축을 중독시키기도 한다.[57] 폭발적인 화산 분출은 이산화탄소를 방출하여 생지화학적 순환에 영향을 준다.[58]

화산재는 제트 항공기의 터빈 작동을 방해하여 항공 여행에 큰 차질을 일으킬 수 있다.

화산의 겨울은 토바호의 초화산 분출과 같은 대규모 화산 폭발로 인해 발생할 수 있으며, 이는 인류의 유전적 다양성에 영향을 미치는 인구병목 현상을 초래했을 수도 있다.[59][60] 화산 폭발은 오르도비스기 말, 페름기-트라이아스기 멸종, 데본기 후기 대멸종과 같은 주요 멸종 사건의 원인 중 하나로 여겨진다.[61]

1815년 탐보라 산 분출은 "여름 없는 해"를 초래할 정도로 전 세계적인 기후 이상을 일으켰다.[62] 1740-41년의 혹독한 겨울과 기근 또한 화산 폭발이 원인일 수 있다.[63]

하지만, 화산 주변의 온수에는 고온에서도 잘 견디는 동물이 서식하며, 1883년 크라카토아섬 대폭발 이후 생물들이 재침입하는 과정이 관찰되기도 했다. 폭발 9개월 후 거미가 발견되었고, 1886년에는 남조류, 선태류, 양치류, 꽃식물 등이 발견되었다. 새와 곤충, 비단구렁이, 왕도마뱀, 바다도마뱀 등 다양한 동물들이 섬으로 이동하여 1930년에는 분화 이전과 같은 밀림이 형성되고 1,200종 이상의 동물이 서식하게 되었다.[130]

7. 3. 화산의 혜택

화산 폭발은 인류 문명에 큰 위협이 되지만, 화산 활동은 여러가지 혜택 또한 제공한다.

화산재로 만들어진 응회암은 비교적 무른 암석으로, 고대부터 건축에 사용되었다.[64][65] 로마인들은 이탈리아에 풍부한 응회암을 건축에 자주 사용했고,[66] 라파누이 사람들은 이스터 섬의 모아이 석상을 만드는 데 응회암을 사용했다.[67]

화산재와 풍화된 현무암은 철, 마그네슘, 칼륨, 칼슘, 인과 같은 영양분이 풍부하여 비옥한 토양을 만든다.[68] 또한, 화산 활동은 금속 광석과 같은 귀중한 광물 자원을 매장하는 데 중요한 역할을 하며,[68] 지구 내부의 높은 열은 지열 발전으로 활용될 수 있다.[68]

화산은 칼데라호, 아름다운 산세, 다채로운 지형, 분연을 내뿜는 화산 활동 자체 등 다양한 볼거리를 제공하여 관광객을 유치하고 지역 경제에 기여한다. 일본의 후지산, 운젠다케, 아소산 등은 활화산이면서 동시에 대규모 관광지이다. 쿠사츠시라네산처럼 화산 가스 성분이 녹아든 아름다운 화구호를 가진 곳도 관광 명소로 유명하다 (2014년 이후 분화 경계 레벨 상승으로 관광이 불가능해졌다).

화산 주변에는 지하의 마그마에 의해 가열된 온천이 많이 용출되어 관광 자원으로 가치가 높다. 쿠사츠온센, 벳푸온센을 비롯한 화산성 온천은 일본뿐만 아니라 세계 각지에 존재한다. 일본은 화산이 많아 온천도 많으며, 세계적인 온천 수를 자랑한다.[119] 화산은 투수성이 높아 산록은 풍부한 용수를 제공하여 시민의 생활용수나 공업용수로 사용된다.[120]

화산 주변의 높은 지열을 이용한 지열 발전은 터빈을 돌려 발전하는 방식으로, 신재생 에너지의 중요한 부분을 차지한다. 일본에서는 여러 제약으로 지열 발전 비율이 낮지만,[121] 아이슬란드는 총 발전량의 54.9%(2005년)를 지열 발전으로 충당하며, 난방, 어류 양식, 온수 풀 등 다양한 분야에서 지열을 활용한다. 아이슬란드의 지열 이용이 활발한 이유는 국토가 해령의 육상 부분에 위치하여 화산이 많고, 인구가 적어 인구 대비 화산 에너지량이 풍부하기 때문이다.

화산의 화구 주변에는 유황이 노출되어 있어 석유 정제 과정의 탈황으로 대량의 유황이 공급되기 전까지 채굴되었다.[122] 화산의 마그마에는 유용한 광물이 포함되어 있어 열수 광상, 해저 열수 광상, 분기 광상 등 화산성 광상을 형성하기도 한다.

7. 4. 화산 연구와 방재

여러 국가에서는 화산 근처에 사는 사람들의 안전을 도모하기 위해 화산 활동의 다양한 수준과 단계를 설명하는 새로운 분류를 채택하고 있다.[53] 일부 경보 시스템은 단계를 지정하기 위해 숫자나 색상을 사용하며, 어떤 시스템은 색상과 단어를, 또 다른 시스템은 두 가지를 모두 결합하여 사용하기도 한다.

국제화산화학지구내부학회(IAVCEI)는 대규모 파괴적인 분출 역사와 인구 밀집 지역과의 근접성을 고려하여 특별 연구 가치가 있다고 판단한 16개의 화산을 10년 화산(Decade Volcanoes)으로 지정했다. 이 프로젝트는 유엔이 후원하는 국제 자연재해 감소 10년(1990년대)의 일환으로 시작되었다. 10년 화산은 다음과 같다.

화산 이름위치
아바친스키 화산-코랴크스키 화산 (묶여서)캄차카, 러시아
콜리마 화산할리스코주 및 콜리마주, 멕시코
에트나 화산시칠리아, 이탈리아
갈레라스 화산나리뇨 , 콜롬비아
마우나로아 화산하와이, 미국
메라피 화산중부자바, 인도네시아
니라공고 화산콩고민주공화국
레이니어 산워싱턴주, 미국
사쿠라지마 화산가고시마현, 일본
산타마리아 화산/산티아기토 화산과테말라
산토리니 화산키클라데스 제도, 그리스
탈 화산루손섬, 필리핀
테이데 화산카나리아 제도, 스페인
울라운 화산뉴브리튼, 파푸아뉴기니
운젠 화산나가사키현, 일본
베수비오 화산나폴리 광역시, 이탈리아



심해 탄소 배출 프로젝트(Deep Earth Carbon Degassing Project)는 심해 탄소 관측소(Deep Carbon Observatory)의 계획으로, 10년 화산 중 9개의 화산을 모니터링한다. 이 프로젝트는 다성분 가스 분석 시스템(Multi-Component Gas Analyzer System) 기기를 사용하여 CO2/SO2 비율을 실시간으로 고해상도로 측정하여 상승하는 마그마의 분출 전 배출을 감지하고 화산 활동 예측을 개선하는 것을 목표로 한다.[54]

화산학의 발전으로 화산 활동 예측과 대응이 개선되었다. 적절하게 감시되는 화산의 경우, 지속적인 화산 지표 감시를 통해 분화를 최소한 몇 시간, 보통 며칠 전에 예측할 수 있다.[70] 그러나 화산의 다양성과 복잡성 때문에 예측은 확률과 위험 관리에 기반하며, 일부 분화는 경고 없이 발생하기도 한다.

과학자들과 지역 주민 간의 사회적 위험 인식 차이로 인해 오경보와 사후 비난이 발생하기도 한다.[71]

최근 화산 감시 프로그램과 통신 기술의 발달로 대규모 인명 피해는 감소하는 추세이다. 1991년 피나투보 산 대피는 2만 명의 생명을 구한 성공적인 사례로 꼽힌다.[72] 에트나 산의 경우 2021년 검토 결과 1536년 이후 분화로 인한 사망자는 77명이었지만 1987년 이후로는 사망자가 없었다.[69]

시민들은 자신이 거주하는 지역의 정부 당국에서 사용하는 화산 감시 및 공공 알림 절차를 숙지해야 한다.[73]

8. 지구 외 행성의 화산

달에는 대규모 화산이 없고 현재 화산 활동도 없지만, 마리아, 릴레, 돔과 같은 많은 화산 지형이 있다. 금성 표면의 90%는 현무암으로, 화산 활동이 표면 형성에 중요한 역할을 했음을 알 수 있다. 약 5억 년 전에 대규모의 전 지구적 재표면화 사건이 있었을 것으로 추정된다. 마아트 몬스에서는 화산재류 형태의 비교적 최근 화산 활동 증거가 발견되기도 했다.[79]

화성의 올림푸스 몬스는 태양계에서 알려진 가장 높은 산이다.


화성에는 여러 개의 사화산이 있는데, 그중 아르시아 몬스, 아스카에우스 몬스, 헤카테스 토루스, 올림푸스 몬스, 파보니스 몬스는 지구의 어떤 화산보다 훨씬 큰 거대한 순상 화산이다. 유럽의 ''마스 익스프레스'' 우주선은 최근 화성에서 화산 활동이 있었을 가능성을 보여주는 증거를 발견하기도 했다.[81]

목성의 위성인 이오는 목성과의 조석 상호 작용으로 인해 태양계에서 가장 화산 활동이 활발한 천체이다. 황, 이산화황, 규산염 암석이 분출되는 화산으로 덮여 있으며, 이오의 용암은 온도가 1,800,000(1500°C)를 넘는 경우도 있다.[82] 유로파에도 활동적인 화산 시스템이 있는 것으로 보이는데, 화산 활동이 모두 물 형태이며 차가운 표면에서 얼음으로 얼어붙는 빙하 화산 활동이 일어난다.[83]

목성의 위성 이오 표면 상공에서 분출되는 트바슈타르 화산의 플룸


1989년 ''보이저 2호'' 우주선은 해왕성의 위성 트리톤에서 빙하 화산을 관측했고, 2005년 ''카시니-호이겐스호'' 탐사선은 토성의 위성 엔셀라두스에서 얼어붙은 입자 분출물을 촬영했다.[84] ''카시니-호이겐스호''는 타이탄에서 메탄을 분출하는 빙하 화산의 증거를 발견했는데, 이는 타이탄 대기에서 발견되는 메탄의 중요한 원천으로 여겨진다.[87] 카이퍼 벨트 천체 콰오아르에도 빙하 화산 활동이 있을 것이라는 이론이 있다.

참조

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