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[표지로 읽는 과학] 하와이 킬라우에아 화산폭발, 사건의 재구성

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[표지로 읽는 과학] 하와이 킬라우에아 화산폭발, 사건의 재구성

2019.12.08 11:40
 

국제학술지 ‘사이언스’는 6일 깜깜한 밤하늘 아래 지구의 저 깊은 곳부터 끓어오르고 있는 불꽃의 모습을 표지에 담았다. 하와이 킬라우에아 화산 꼭대기의 할레마우마우 분화구의 모습이다. 할레마우마우 분화구는 화산이 폭발하며 빈 마그마방이 무너져 생기는 분지인 칼데라 중앙에 있다.

 

킬라우에아 화산은 지난해 5월부터 8월까지 분화하며 3개월간 엄청난 양의 용암을 내뿜었다. 연쇄 폭발과 지진이 이어지며 200년간 미국에서 일어난 화산 활동 중 가장 강력했다는 평을 듣는다. 당시 분화로 인해 산 정상의 칼데라가 무너져 내리기도 했다. 사이언스는 지난해 킬라우에아 화산 분출을 분석한 4개의 연구 결과를 동시에 실으며 당시 킬라우에아 화산에 어떤 일이 있었는지를 전체적으로 조망했다.

 

이들 논문 네 편을 토대로 분화 과정을 재구성해보면 분화는 대부분 화산이 그렇듯 칼데라 아래 마그마방으로 마그마가 유입되며 시작했다. 압력을 받은 마그마는 열곡대라는 지형으로 흘러간다. 열곡대는 용암 분출이 산의 정상이 아닌 능선에서도 일어날 수 있게 하는 틈새로 정상에서부터 능선을 따라 이어진다. 화산에 따라 다양한 원인으로 만들어지는데 하와이에서는 산이 바다 방향으로 중력을 따라 계속해 흘러내리는 과정에서 만들어진다.

 

몇 가지 조건이 맞아떨어지면 마그마는 열곡대 쪽으로 평소보다 많은 양이 흘러가게 된다. 그 결과 2018년 5월 4일 규모 6.9의 강진이 발생했고 열곡대가 확장됐다. 마그마방의 마그마가 많이 빠져나가게 되며 칼데라가 아래로 꺼지게 된다. 칼데라는 화산보다 나중에 만들어진 지형이라 칼데라 주변을 둥그렇게 감싼 환상 단층으로 구분되는데, 이 단층이 칼데라 위 땅이 아래로 미끄러질 수 있게 해준다.

 

그 사이 마그마도 확장된 열곡대를 따라 움직이며 큰 배관을 만들어낸다. 마그마는 화산 아래 ‘마그마 머쉬’라 불리는 흐물흐물한 흙이 채워진 공간이나 조그만 마그마방으로 퍼지며 많은 양의 마그마가 저장되고 흘러갈 공간을 확보한다.

 

이제 거대한 분출만이 남았다. 칼데라 땅이 아래로 가라앉기 시작하며 마그마방에 압력을 준다. 더 많은 마그마가 배관을 향해 이동하지만, 분출할 공간은 한정돼 있다. 이때 밸브를 막은 파이프에 물을 급격하게 주입했을 때 나타나는 현상인 ‘수격작용’이 발생한다. 운동에너지가 갈 곳을 잃고 압력에너지로 변하면서 관로에 망치로 치는듯한 충격을 주는 현상이다. 막대한 에너지를 가진 마그마도 갈 곳을 잃고 지표면을 때리기 시작하고 결국 땅이 이를 이기지 못해 막대한 분출로 이어지게 된다.

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