차시명: 6주차 제2강

주제: 제 3장 지구 내부 에너지, 2부 – 화산과 지진 1

동기 유발: 지구상에서는 매일 화산이 분출하고 지진이 발생합니다. 이는 지구 내부 에너지가 방출되며 일어나는 일입니다. 지구 내부 에너지는 지판을 움직이며 화산활동과 지진을 유발합니다.  이 단원에서는 판구조 운동과 화산 활동 및 지진과의 관계를 파악하고, 판 경계를 따라 화산과 지진 발생 지점이 분포하는 이유를 따져봅니다. 또한 다양한 화산의 종류에 대해서도 살펴봅니다.

학습 목표: 지진 및 화산의 분포와 지판 경계와의 관계를 이해하고, 마그마의 성질에 따라 다양한 화산이 만들어짐을 파악하자

강의 타이틀: 3-2 화산과 지진 (화산 및 지진의 분포와 화산의 종류)

[slide #1]

화산은 지하의 마그마가 분출하여 만든 산모양의 지형을 일컫는 말입니다. 지진은 지하에 축적된 응력이 암석의 군열과 함께 방출되면서 발생하는 지반의 진동을 카리키는 말입니다. 이 두 자연현상은 언뜻 서로 큰 상관성이 없어 보이지만, 실은 모두 지구의 내부에너지가 방출되면서 일어나는 현상이며, 아직도 인간에게 몹시 큰 두려움을 주는 자연재해란 점에서 여기에서 함께 다룹니다.

대부분의 화산 활동과 지진은 판의 경계를 따라 발생합니다.  그리고 상대적으로 적은 수의 화산 폭발과 지진이 판 내부에서도 관찰됩니다.

[slide #2]

(설명에 따라 해당 부분 확대)

이 그림은 이미 지판의 경계에 대해서 설명할 때 보여드렸던 그림인데요, 판의 경계에서 화산 활동과 지진이 왜 집중되는지를 설명하기 위해 다시 가져왔습니다.  지판의 분산 경계에서는 마그마가 계속 분출하면서 새로운 지각을 만듭니다.  하지만 이 곳의 마그마는 점성이 낮아 커다란 화산을 마드는 일은 많지 않습니다.  마그마가 밀고 올라오면서 판이 판이 서로 벌어지기 때문에 얕은 곳에서 끊임 없이 지진이 일어납니다.  판의 변환 경계에서는 마그마의 활동은 거의 없는 편이지만, 판이 서로 비껴 지나가면서 지진이 꾸준히 일어납니다.  지판의 수렴 경계에서는 한 지판이 다른 밑으로 섭입하면서 깊숙이 들어갑니다.  점점 아래로 빨려 들어가면서 아직 차가울 때 그동안 쌓인 응력으로 인해 깨지면서 지진을 일으킵니다.  이 지판이 지열로 뜨거워지면 일부 부분 용융이 되는데 이로부터 만들어진 마그마가 위로 올라오면서 화산활동을 합니다.  섭입대를 따라 일어난 이 지진과 화산 활동은 규모가 크고 난폭한 것이 많습니다.  지금까지 살펴본 바와 같이 판의 경계를 따라서 화산 활동과 지진이 집중되어 일어날 수 밖에 없음을 알 수 있습니다.

[slide #3] + [slide #4]

이 그림은 지구 상의 화산과 지진 발생 지점(진앙)의 분포를 나타낸 것인데, 이 것과 판의 경계가 매우 잘 일치하는 것을 볼 수가 있습니다. 특히 눈여겨 볼 것은 수렴경계 부근에서 규모가 큰 화산과 진앙의 밀도가 높다는 점인데, 이는 앞서 지적한 것처럼 섭입되어 연약권으로 끌려들어 가는 지판이 깨지면서 상당한 양의 응력을 방출하면서 지진을 일으키는 한편 또 다른 일부는 용융되어 분출하여 화산을 만들기 때문입니다.

[slide #5]

모든 화산과 진앙이 판 경계를 따라 존재하는 것은 아닙니다. 암권 밑 맨틀 상부에는 드물게 다른 곳보다 온도가 높은 열점(hot spot)이 존재하는데, 이 곳으로부터 맨틀의 부분 용융으로 마그마가 형성되고 이 마그마가 분출하여 화산을 형성합니다. 이 열점에서 만들어진 화산은 판 운동과는 아무런 관련이 없으며, 판이 이동해도 열점의 위치는 변하지 않습니다. 열점으로부터의 화산 폭발은 시간 간격을 두고 반복적으로 일어나는데, 열점 위의 판은 계속 움직이므로, 이곳으로부터 분출한 화산이 일렬로 배열하게 됩니다. 이 화산들의 배열 방향, 연령 그리고 거리를 측정하면 판의 이동 속도와 방향을 알 수 있습니다.

판의 경계에서 멀리 떨어져 지판 내부에 진앙이 존재하는 경우도 있습니다. 하지만 이들이 판 운동과 무관하게 발생하는 경우는 많지 않습니다. 예를 들면 판의 섭입이 저 각도로 일어나는 경우, 우리가 알고 있는 판의 경계에서 멀리 떨어진 곳에서 이 섭입 판의 단층에 의해 지진이 일어날 수도 있습니다. 일반적으로 판은 주변 판들과의 상호 작용으로 항상 응력을 받으며 운동합니다. 이들 응력이 판 내부 약한 곳을 따라 단층을 일으키며 지진을 유발할 수도 있습니다. 우리나라의 지진은 아마도 대부분 여기에 해당될 것입니다. 이와 같이 판 내부에서 발생하는 지진을 판내지진(intraplate earthquake)라 합니다.

지금부터는 화산의 종류에 대해 간단히 살펴보도록 하겠습니다.

[slide #6]

화산은 여러 가지 기준에 따라 분류되어 다양한 이름으로 불립니다. 예를 들면, 화산체를 구성하는 암석의 종류에 따라

• 현무암질(basaltic) 화산

• 안산암질(andesitic) 화산

• 유문암질(rhyolitic) 화산

등으로 나뉘며, 화산체의 형태와 구조에 따라

• 분석구(cinder cone)

• 용암돔(lava dome)

• 마르(maar)

• 순상화산(shield volcano)

• 성층화산(stratovolcano)

등으로 구분되고, 활동 유무에 따라

• 활화산(active volcano)

• 사화산(extinct volcano)

• 휴화산(dormant volcano)

으로 구분합니다. 우리는 화산학(volcanology)을 전공할 만큼의 깊은 지식을 필요로 하지 않으므로, 이 강의에서는 위와 같은 다양한 종류의 화산들이 있다는 것 정도만 소개하고 넘어가겠습니다. 다만 화산에 의한 재해는 전적으로 활동 유무에 따라 결정되므로, 활화산, 사화산, 휴화산이 무엇인지에 대해서는 조금 더 설명해보도록 하겠습니다.

용어가 의미하는 바를 그대로 표현하면, 활화산은 현재 활동하는 (또는 살아있는) 화산이라는 뜻이며, 이에 반해 사화산은 더 이상 활동하지 않은 (혹은 죽은) 화산이라는 뜻이고, 휴화산은 원래 활동했었지만 현재는 쉬고 있는 화산이라는 뜻입니다. 언뜻 이렇게 화산을 구분하는데 별 어려움이 없을 듯 하지만,  때로는 애매할 수도 있습니다. 예를 들어 며칠 간격으로 용암을 분출하는 화산의 경우, 이 화산이 용암을 분출하는 동안에는 누구나 이를 활화산이라 할 것입니다. 그렇다면 중간에 분출 없이 조용한 때는 이 화산은 휴화산일까, 아니면 그냥 활화산이라고 불러야 할까요? 이 분출 간격이 며칠 정도가 아니라 몇 천 년이라면 우리는 이 화산을 아직도 활화산이라고 불러야 할까요, 아니면 휴화산일까요? 분출 간격이 너무 너무 길어서 우리가 인지하는 시간 범위 내에서 분출할 가망이 없다면 이는 휴화산이라 부르기보단 사화산이라고 부르는 것이 마땅하지 않을까요?

학자들은 화산이 지금으로부터 약 11,000년 전인 신생대 제4기 홀로세이후 활동한 기록이 있으면 활화산이라 부릅니다.  어떤 이들은 신생대 제4기에, 즉 지금으로부터 약 280만 년 전에 활동하였으면 활화산이라 부르기도 합니다만, 우리는 홀로세 이후 활동한 기록이 있는 화산에 대해서만 활화산이라 부르도록 하겠습니다. 홀로세 이후 화산 활동 기록이 없으면, 사화산 또는 휴화산으로 분류하는데, 이 둘 사이의 구분은 매우 어렵습니다. 학자들은 더 이상 활동할 가능성이 없는 화산을 사화산이라 하는데, 이런 화산 중에서 전혀 뜻하지 않게 다시 활동하는 화산들이 생길 수 있습니다.  이렇게 다시 활동할 화산을 휴화산 (또는 재활동 화산)이라고 불러야 하지만, 사실 다시 활동할지 여부를 인지하기는 매우 어렵습니다.  서기 79년 분출해서 폼페이시를 멸망시킨것으로 유명한 베수비오 화산은 폭발전에는 정원과 포도밭으로 덮여 있었으며, 최근 분출한 피나투보 화산은 많은 사람들이 거기 그 화산이 있었는지도 몰랐습니다. 현재 지구상에는 많은 활화산들이 있는데, 이 중 화와이나 펠레 화산과 같이 누구나 한번쯤 이름이라도 들어봤음직한 유명한 것들도 있다.

이제 화산 재해에 대한 이야기를 하기 전에 몇 개의 화산들의 모습을 보면서 앞에서 구분한 화산의 종류 중 몇몇 개에 대해 간단히 설명해 보겠습니다.

[slide #7]

이 화산은 미국 뉴멕시코의 Capulin 화산입니다. 이 화산은 거대한 분석구로서, 5만8천년 내지 6만2천년 전쯤 분츨하여 바닥으로부터 1000ft 이상 솟았습니다. 분석구란 다공질의 유리질 분출암인 분석과 화산재 등이 화도 주변에 쌓여 언덕 또는 산 모양을 이룬 것을 말합니다.

[slide #8]

이 사진은 세인트 헬렌 화산의 화구 안에 발달한 용암돔의 모습입니다.  용암돔이란 이 사진에서 보듯이 용암이 서서히 분출하며 둥글게 돔 모양의 구조를 만든 것입니다.  이렇게 되려면 용암의 점성이 꽤 높아야 합니다. 낮은 점성의 용암은 그냥 흘러버려 돔 모양을 만들 수 없을 테니까요.  세인트 헬렌 화산은 1980년 큰 폴발을 일으켰는데, 이 폭발에 대해서는 나중에 화산 재해를 설명할 때 자세히 설명할 것입니다.  사진의 용암돔은 그 이후인 2006년 9월에 찍은 것입니다.

[slide #9]

이 것은 사우디아라비아에 있는 와바 마르의 모습입니다. 마르는 매우 넓은 화구를 가진 낮은 화산인데, 이는 화산이 폭발할 때 지하수와 같은 물과 접촉하여 넓게 폭발하기 때문에 생깁니다.

[slide #10]

이 화산은 하와이 화산 중의 하나인 마우나 케아 화산입니다. 아무나 로아 관측소에서 바라본 모습인데, 매우 완만한 경사로 넓게 퍼진 모습을 볼 수 있습니다.  이 모습이 마치 방패를 엎어 놓은 것 같다고 하여, 순상화산, shield volcano라고 합니다. 순상 화산의 순은 방패라는 뜻입니다. 순상화산이 되려면 마그마의 점성이 낮아야 합니다.  현무암질 마그마 같은 것들이 점성이 낮습니다. 보통 이 마그마는 폭발 없이 조용히 분출하는 편입니다.

[slide #11]

우리 나라의 대표적인 화산 제주도의 한라산 모습입니다.  제주도는 하와이와 매우 비슷한 섬인데요, 한라산 역시 순상화산입니다.

[slide #12]

우리의 이웃 나라 일본의 후지산 모습입니다.  비행기를 타고 일본을 지나가다 보면 때때로 구름을 뚫고 올라온 후지산을 볼 수 있습니다.  이 화산은 하와이나 제주도의 화산보다 경사가 급하고 높습니다.  이 화산은 대표적인 성층화산입니다. 성층화산을 이루는 마그마는 점성이 높아 가끔 격렬한 폭발을 일으킵니다.  이 때문에 성층화산은 용암층과 화산쇄설물 층이 교호하며 쌓여 만들어진 급경사의 높은 화산이 됩니다.

지금까지 판구조 운동과 지진 및 화산의 분포와의 관계, 그리고 화산의 종류에 대해 알아보았습니다.  다음 시간에는 화산과 지진 재해에 대해 공부하겠습니다.

안녕히 계십시오.

[끝]

심화 토론

1. 우리 나라와 주변의 일본, 중국, 필리핀, 인도네시아 등을 포함하는 지역의 강력 지진(진도 6이상) 빈발 지점과 활화산 위치를 지도에 표시하고, 이들의 위치와 5주차 1강의 토론에서 조사한 지판 경계 및 운동과 연관하여 해석해보자.

2. 우리나라 화산들의 위치 및 지진 발생 지점을 표시하고, 위 1의 결과와 비교해 보자.  앞으로 우리 나라에서는 대규모 화산 폭발이나 강력한 지진 발생 가능성이 있을까?