화산활동

종류와 특징

개요

화산활동의 분출형태는 화산지형 발달에 중요한 역할을 한다. 화산 분출형태와 화산구조와는 중요한 관계가 있다. 폭발성이 약한 분출은 상대적으로 점성이 작고 가스 함량이 낮은 현무암질 마그마에 의해 일어난다. 용암은 지표로 흘러나온 마그마이다. 폭발성이 강한 분출은 점성이 크고 가스 함량이 높다.

화산분출의 종류

화산 분출상(噴出相)은 분출의 성격, 화산활동, 화산면적에 따라 아이슬란드상, 하와이상, 스트롬볼리상, 불칸상, 펠레상, 플리니상 등 6가지로 분류된다.

아이슬란드상은 긴 열하(裂罅)를 따라 흘러나오는 용융상태의 현무암질 용암이 특징이다. 이런 분출은 종종 용암대지를 형성한다. 하와이상은 아이슬란드상과 비슷하다. 그러나 이 경우에는 액체 용암류가 방사상으로 흘러내려 순상화산(楯狀火山)을 이룬다. 스트롬볼리상은 하와이상에 비해 유동성이 작은 마그마가 화구(火口)에서 공기와 접촉해 가스가 폭발적으로 팽창하여 주기적 또는 거의 연속적으로 약한 폭발을 수반한다. 불칸상은 화산회가 섞여 있는 폭발성 가스를 함유하고 있다.

이 혼합물은 폭발 후 빠르게 상승하는 버섯 모양의 검은 분연(噴煙)을 이룬다. 펠레상은 대기보다 밀도가 큰 뜨거운 화산쇄설물과 기체 혼합물이 비교적 조용히 폭발하는 활동상이다. 펠레 상 분출로 만들어진 분출 혼합물은 공기보다 무겁고 점성이 작아 100km/h 이상의 속도로 계곡이나 산사면을 따라 내려온다. 열운(熱雲)·화산회류·화산쇄설류 등으로 다양하게 부르는 이 뜨거운 화산 가스와 쇄설물의 흐름은 매우 파괴적이다.

플리니상은 굉장히 격렬한 폭발을 보이는 화산이다. 기체 성분이 많이 포함된 마그마로부터 생성된 화산 가스와 화산쇄설물은 거대한 로켓이 수직으로 올라갈 때 만들어지는 것과 거의 같은 모양을 이룬다. 플리니상의 분운(噴雲)은 성층권까지 치솟을 수도 있고 때로는 수시간 동안 머물러 있기도 한다.

그러나 이러한 이상적인 상 사이에도 여러 가지 다른 상들이 존재하고, 또 1개의 화산은 하나의 분출상만을 보이는 것이 아니라 여러 상으로 연속적으로 변화하며 분출한다.

화산분출의 예

미국 워싱턴의 세인트헬렌스 산(1980~86)은 큰 폭발성을 보인 대표적인 화산이다. 이 화산은 폭발 초기에는 작은 규모의 불칸상으로 전개되다가 폭발이 절정에 달했을 때는 플리니상과 펠레상이 혼합되어 나타났다. 폭발 결과 2,950m였던 산의 높이가 1,100m 이상 낮아졌다. 폭발성 화산의 또다른 예로는 인도네시아의 탐보라 화산과 크라카타우 화산이 있다. 하와이의 마우나로아 화산(1984)은 마그마가 흘러내리는 화산이다. 화산의 폭발성은 마그마에 녹아 있는 화산 가스의 양, 마그마의 점성, 마그마가 상승하는 동안 감소되는 주변 압력의 비율 등에 의해 결정된다.

세인트헬렌스 산

함유된 가스가 많고 점성이 크면 폭발성이 크다(압축). 마그마가 느리게 상승하면 압력이 천천히 감소하여 가스의 방출이 느려진다. 따라서 이런 경우에는 폭발력이 약하게 된다.

화산 가스

가장 일상적인 화산 가스는 이산화탄소·수증기·이황화탄소·황화수소이다.

또한 수소·헬륨·질소·염화수소·플루오르화수소·수은 같은 소량의 휘발성 원소나 혼합물도 포함되어 있다. 마그마로부터 방출되는 특정 가스 혼합물들은 온도, 압력, 휘발성 원소 성분들에 따라 변화한다. 산소는 화산 가스 성분변화에 중요한 역할을 한다. 산소가 부족하면 메탄·수소·황화수소가 안정하나 화산 가스가 대기와 섞이면 이산화탄소·수증기·이황화탄소가 안정하다. 일부 가스는 고압에서 다른 가스보다 마그마에 잘 녹지 않고 분리된다.

이산화탄소는 지하 40km에서 마그마로부터 분리되기 시작하나 황은 마그마가 지표에 거의 도달할 때까지도 방출되지 않는다(분기공).

열수지형

온천과 간헐천은 화산활동의 결과로 형성된다.

지하 얕은 곳에서 지하수가 마그마 및 고화되었으나 아직 열기가 남아 있는 화성암과 작용하여 형성된다. 간헐천은 뜨거운 물이나 수증기를 대기 중으로 단속적으로 뿜어내는 온천이다.

화산의 모양과 크기

화산의 모양과 크기는 화산분출물의 양, 화산분출물의 성분, 분출의 순서, 화산분출의 종류, 화도의 모양, 화산이 분출하는 곳의 환경 등 여러 가지 요소에 따라 달라진다. 마그마의 화학조성은 물리적 성질에 영향을 주어, 화산분출에 의해 형성되는 화산지형을 결정하는 데 주요한 역할을 한다.

액상으로 조용히 분출하는 마그마는 용암대지나 완만한 경사로 이루어진 순상화산을 이룬다(→ 고원). 약한 폭발로 분출하는 경우는 성층화산이 형성되며, 격렬한 폭발을 이루며 분출하는 것은 화산회 대지를 형성한다. 연속적으로 일어나는 작은 분출은 화도 주변에 분출물을 쌓이게 한다. 반면 대규모 분출은 분출물을 먼 거리까지 분산시킨다.

다량으로 분출하는 용암류는 화도로부터 멀리까지 이동한다. 화도의 모양과 분포 역시 화산지형에 큰 영향을 미친다. 화산이 분출하는 장소의 환경은 화산지형 형성에 중요한 역할을 한다. 해저 화산의 모양은 육상 화산의 모양과 유사하나, 일반적으로 해수가 마그마를 급속히 냉각시키기 때문에 경사가 더 급하다. 해수 압력이 폭발을 방해하기 때문에 심해저 화산은 폭발성이 약하거나 비폭발성이다. 빙하 아래에서 만들어지는 화산은 그 모양이 뚜렷이 다르다. 해저 화산은 베개 용암으로된 급경사면을 갖고 있으며, 베개 용암은 현무암질 용암이 물 속으로 흐르면서 만들어지는 자루 모양의 구조로 되어 있다.

화산암의 공통적인 암석 종류는 현무암·안산암·대사이트·유문암이다. 이들 암석은 규산질 함량이 증가할수록 점성이 커지고 가스 성분이 클수록 폭발성이 커진다.

화산의 형태

성층화산

성층 화산(成層火山)

화산쇄설물과 용암이 번갈아 분출하며 형성되는 급경사의 원추형(圓錐形) 화산이다. 현무암에서 유문암까지 다양한 암석 종류로 구성되어 있으나 주로 안산암이 우세하다. 분출은 전형적으로 화산회 폭발로 시작하여 두꺼우며 점성이 큰 용암 유출로 끝난다. 화산구(火山丘)는 정상부로 가면서 점차적으로 경사가 증가한다. 정상에는 일반적으로 화구(火口)가 형성되어 있다.

순상화산

순상 화산(楯狀火山)

용암류로 만들어진 큰 돔 모양의 화산이며 일반적으로 현무암으로 구성되어 있다. 작은 순상화산은 거의 연속적인 분출에 의해 빠르게 형성된다. 그러나 큰 순상화산은 약 100만 년 이상 동안 정상 부분이나 열하로부터 용암류가 수십만 번 이상 분출하면서 만들어진다. 순상화산의 경사는 매우 완만하여 대체로 6° 이하이다. 정상부는 거의 평탄하나 화구나 칼데라로 움푹 패여 있다.

해저화산

해저화산(海底火山)

다양한 형태로 나타나지만 많은 경우에 원추형의 해산(海山)을 이룬다. 과거의 화산섬이 침식되어 정상부가 평탄해진 후 해수면 아래로 가라앉은 것을 기요(guyot)라 한다. 활동적인 해저화산들은 주로 수심 수천m 깊이에서 특히 중앙해령을 따라 존재한다. 그러나 이러한 깊이에서는 수압 때문에 폭발적인 분출은 일어나지 않는다.

칼데라

칼데라는 지름 1km 이상인 원형 또는 타원형의 함몰지형이다. 대부분의 칼데라는 내부 붕괴로 이루어진다. 많은 칼데라들이 급경사의 절벽으로 된 내부벽으로 둘러싸여 있으나 일부는 호수를 이루고 있다. 화구는 종종 칼데라와 동의어로 사용되나 칼데라가 화구보다 훨씬 크며, 화구는 칼데라 내부에서 만들어질 수도 있다. 칼데라는 종종 화산쇄설물 대지를 이루는 유문암질 마그마가 대규모(10㎦ 이상)로 분출하면서 만들어진다. 칼데라는 순상화산에서도 만들어진다.

복합화산

여러 개의 화산지형이 섞여 있는 것이다. 대부분의 경우는 화산분출 형태의 변화와 주(主)화도의 위치 변화로 만들어진다. 예를 들면 층상화산에 큰 폭발 화구가 생긴 후 이것이 용암 돔으로 메워지고 몇 개의 화산구들과 화구들이 칼데라 내에 만들어지는 것이 있다.

분석구

분석구는 성긴 화산쇄설물로 구성된 급경사(약 30°)의 원추형 구조로 이루어진 비교적 작은 규모의 화산지형이다. 주로 현무암이나 현무암질 안산암으로 이루어지고, 분출형태는 불칸상이나 하와이상이다. 분석구는 순상화산의 화도에서도 만들어진다. 어떤 분석구는 여러 번 중첩된 분출로 만들어지며, 같은 화도에서 화산활동이 수만 년 또는 수십만 년 동안 계속된다면 분석구는 층상화산이나 복합화산으로 발전한다.

열하화도

마그마가 관입해 채워진 맥(脈)이 겉으로 드러난 모양이 특징이다. 열하화도에서 관찰되는 맥들은 지하 수km에서 지표로 올라온 것들이다. 열하를 따라 고립되어 분출하는 용암은 작은 분석구들을 만든다.

용암 돔

점성이 큰 용암이 화도에서 멀리 흘러가지 못하고 화도 주변에 쌓여 돔 형태를 이룬 것이다. 용암 돔을 이루는 암석 종류는 대부분 안산암·대사이트·유문암 등이다. 이들 점성이 큰 용암은 이전의 분출로 대부분의 가스 성분을 잃고 천천히 지표로 상승한다. 많은 용암 돔은 최초의 돔이 만들어진 후 용암이 내부로 관입하여 돔을 부풀게 하면서 커진다. 용암 돔은 높이가 수백m에 이르고 지름이 수천m 이상으로도 발달한다.

기타 화산 구조와 모양

화산구

화산구는 화산지형의 크기, 암석의 종류, 성인에 관계없이 단순히 모양을 설명하는 용어이다.

분출화구

분출화구는 둘레가 암석쇄설물로 쌓인 원형·타원형·말굽형의 구덩이이다.

열수지역

열수지역은 지하의 마그마나 냉각되지 않은 화성암에서 나온 가스와 지하수가 상호작용하여 만들어진 열수가 지표로 나와 온천을 이루는 장소이다.

마르

마르(maar)는 마그마와 지하수가 상호작용하여 폭발함으로 만들어진 분출물질이 가장자리를 이루는 굴곡이 완만한 화구로서, 종종 물로 채워져 있다.

응회암구

응회암구(凝灰岩丘)는 마르와 유사하나 마르보다 더 가벼운 물질이 가장자리를 이루고 있고 물로 채워져 있지 않다.

응회암

응회암은 화산쇄설물과 일부 퇴적물이 굳어져 만들어진 암석이다.

부석구

부석구(浮石丘)는 분석구와 비슷한 구조이나 분기공(噴氣孔)이 많고 매우 가벼운 화산 유리질 물질로 이루어져 있다.

암재구

암재구(岩滓丘)는 분석구와 같은 의미로 쓰인다.

분석과 암재

분석과 암재는 일반적으로 부석보다는 무거운 다공질 화산쇄설물이다.

외륜화산

외륜화산(外輪火山)은 칼데라 내에 부분적으로 새로운 중앙 화구가 만들어진 것이다.

빙저화산

빙저화산(氷低火山)은 화산이 빙하나 빙하지대 호수 밑에서 분출하여 만들어진다(→ 유기공대).

화산과 구조운동

판 경계부에 관련된 화산

서로 상대적으로 1년에 약 수cm 정도 수평하게 이동하는 판(板)의 경계부는 판이 충돌하는 수렴경계, 갈라지는 분기경계 및 서로 상대적으로 옆으로 미끄러지는 곳 등 3가지가 있다.

일본과 알류샨 열도는 태평양 판이 인접한 대륙판을 밀면서 그 밑으로 섭입해 들어가는 수렴경계부의 좋은 예이다. 미국 캘리포니아의 샌안드레스 단층은 북태평양 판이 북아메리카 판에 대해 상대적으로 북서방향으로 이동하는 측면이동의 경계이다. 이런 곳을 변환단층이라 한다. 동태평양 해팽은 태평양 판과 나즈카 판이 갈라지는 대표적인 분기경계부이며, 이곳은 열곡(裂谷)으로 알려져 있다(변환경계부).

화산은 섭입대와 열곡대를 따라 나타나나 일반적으로 변환단층경계부에는 존재하지 않는다. 육지에서 조사된 화산의 80％는 섭입대에서 존재하고 약 15％는 열곡에서 나타난다. 심해저 화산은 수심 2~3km 이하의 해저 열곡에 존재하므로 쉽게 관찰되지 않는다. 일부 예외는 있지만 섭입대와 관련되어 나타나는 화산들은 폭발성이 크고 성충화산을 이룬다. 반면 열곡의 화산은 폭발성이 거의 없이 마그마가 흘러나오는 형태로 순상화산을 이룬다.

섭입대의 화산에는 안산암이 우세하게 분출하며 현무암·대사이트·유문암이 분출된다. 열곡 화산들, 특히 대양저 화산에는 주로 현무암이 분출된다. 섭입대에서 상승하는 마그마는 현무암질 조성으로 맨틀 물질이 부분 용융되어 생성된다. 마그마는 대륙지각 내에서 상승속도가 느려지고 규산염 함량이 증가하게 된다. 현무암질 마그마로부터 감람석과 휘석 광물이 결정화되면서 잔류 마그마에는 실리카 성분이 많아지고 마그네슘·철·칼슘 성분이 줄어든다.

이러한 과정을 분별정출(分別晶出)이라 한다. 또한 현무암질 마그마는 상승하는 동안 주변의 대륙지각 암석들을 부분 용융시킬 만큼 충분한 열을 갖고 있다. 대륙지각 암석들은 일반적으로 해양지각 암석보다 실리카·칼륨·나트륨 성분이 많기 때문에 용융과 혼합 과정은 섭입대 화산에서 분출되는 암석의 화학조성 범위를 넓게 하는 역할을 한다. 섭입대에서 침강하는 해저퇴적물과 용융되는 대륙지각의 암석들로부터 물과 이산화탄소가 상승하는 마그마에 공급되며, 분별정출로 잔류 마그마에는 휘발성 원소들이 농집된다. 이들 화산 가스가 대기압에 달하면 폭발하게 되어 많은 섭입대 화산이 큰 폭발성을 갖는 원인이 된다.

열곡화산은 판들이 벌어져 생긴 틈으로 마그마가 상승하여 생성된다. 이들은 실제로 판 경계부나 그 주변에 위치한다. 측정에 의하면 판의 분리는 계속적으로 일어나지만 균열은 단속적(斷續的)으로 발생한다(단구). 따라서 균열이 없이 판이 이동한 후 이 힘이 판의 강도를 초과하여 군발지진(群發地震)이 발생하고 균열부로 마그마가 분출한다.

태평양 판에 관련된 화산들을 보면, 서쪽과 북쪽 경계부(뉴질랜드, 뉴기니, 마리아나 제도, 일본, 캄차카, 알류샨 열도)의 화산들은 모두 섭입대 화산들이다. 바하칼리포르니아 근처의 몇몇을 제외하고 열곡 화산들은 수심 2~3km의 동태평양 해팽과 태평양-대서양의 대양저산맥 정상부를 따라 존재하여 수중에 잠겨 있다. 미국 북서부에 연속적으로 존재하는 화산 및 멕시코와 중앙 아메리카의 화산들은 태평양 동편의 작은 판인 후안데푸카 판과 코코스 판이 섭입되는 곳과 관련된 화산이다. 유사하게 남아메리카 안데스 산맥의 화산들도 나즈카 판이 남아메리카 판에 섭입되면서 만들어진 것이다.

판 내부에서의 화산활동

알려진 전세계 화산의 5％는 판 경계부와 관련되어 있지 않고 일반적으로 열점(熱點) 화산으로 여겨진다.
하와이 화산들이 대표적인 예이다. 상부의 판이 이동하는 동안 어떻게 열점들이 현위치를 유지하고 있는가에 대해서는 알려져 있지 않지만 점성이 매우 큰 맨틀 물질들이 느린 속도로 대류하면서 생긴 맨틀 열기둥의 끝 부분이 열점이라는 개념이 제안되었다. 뜨거운 고체 상태인 맨틀 암석은 상승하여 압력이 낮아져 부분용융될 수도 있다.

작은 규모로 고립되어 있는 판 내부의 화산들은 지각 밑의 저속도층(低速度層)에서 부분용융된 물질이 판의 균열부를 따라 상승해 형성된다. 저속도층은 지하 50~150km에 존재하며 두께는 300km 정도이다. 이 명칭은 지진파가 상부의 판보다 뜨겁고 강도가 약한 이 층 내에서 더 느리게 전파되기 때문에 붙여졌다. 지하에서 충분한 양의 마그마가 만들어지면 부력에 의해 상승하여 경계부나 내부의 균열부를 따라 분출한다.

화산활동이 인간과 환경에 미치는 영향

개요

1815년 인도네시아 숨바와 섬에서는 탐보라 화산이 4차례 크게 분출했다. 분출된 화산회들은 인도네시아와 자바 섬의 50만㎢ 가량을 1cm 이상의 두께로 덮었으며, 산정상의 1,400m가 사라졌다. 폭발적 분출과 다량의 화산쇄설류가 바다로 유입되면서 발생한 해일(海溢)로 약 1만 명의 사람이 사망했다. 두꺼운 화산회 퇴적물로 농경지가 사라져 기근과 질병이 발생했고 그결과 8만 8,200명의 사망자가 발생했다. 2번째로 큰 분출은 1883년 인도네시아 수마트라·자바 섬 사이의 크라카타우 화산에서 있었다.

크라카타우 화산

사람이 살지 않는 작은 섬에서 발생한 이 화산은 복합화산이었고 탐보라 화산과 폭발유형이 비슷했으나 그 규모는 더 작았다. 폭발로 면적 23㎢인 크라카타우 섬이 사라졌으며, 인접한 자바·수마트라 섬 해안의 주민 3만 6,000명이 사망했다. 1902년 5월 8일에는 카리브 해 마르티니크 섬의 성층화산인 플레 산의 격렬한 폭발이 있었다.

분출된 마그마의 양은 비교적 적었지만 뜨거운 화산 가스와 화산쇄설물로 된 화산류가 빠른 속도로 흘러내렸다. 폭발 후 수분 내에 마을을 덮친 화산류로 약 2만 9,000명의 사람들이 분사(焚死)했다. 20세기의 2번째로 비참했던 화산재앙은 1985년 콜롬비아의 성층화산인 루이스 산의 분출이었다. 비교적 작은 규모였지만 약 2만 5,000명의 사망자가 발생했다. 또한 산정상의 빙하가 뜨거운 화산쇄설물에 의해 녹으면서 형성된 이류(泥流)가 인근 거주지를 덮쳐 큰 인명피해를 냈다.

화산분출로 인한 재산피해는 평가하기가 어렵다. 전세계적으로 화산에 의한 재산 피해는 연간 약 1억 달러 정도로 추정된다. 대부분의 화산은 폭발 전에 예측이 가능하기 때문에 큰 피해를 가져오는 화산은 소수이다.

화산분출 형태에 따른 위험

화산분출에 관련된 위험성들은 다양하다. 이런 위험들에는 폭발, 유독 가스, 분운, 화산회, 화산쇄설류, 사태, 해일, 이류, 용암류 등에 의한 피해와 2차적으로 발생하는 플루오르 가스 중독, 기근, 질병 등이 있다. 지하 열수(熱水)나 가스가 많이 포함되어 있는 마그마와 지하수가 급속히 혼합되면 주변 압력이 감소하고 가스가 팽창하면서 큰 폭발을 일으킨다. 폭발된 큰 화산암괴는 때로 20km 이상 날아가기도 한다. 화산구의 한쪽에서만 일어나는 폭발은 산사면을 크게 파괴시키고 암석쇄설물로 된 분연은 비중이 큰 화산쇄설류를 만든다.

폭발에 의한 직접적인 피해 외에도, 화산회가 함유된 뜨거운 분연은 식물을 말라죽게 하고 사람들을 질식시킨다. 분기공을 통해 방출되는 가스도 황화수소·일산화탄소·이산화탄소·이산화황 같은 유독 가스를 함유하고 있다. 화산분출물 가운데 미세한 입자로 구성된 화산회는 직접적인 피해를 주지는 않으나 땅에 떨어져 수㎝ 이상 쌓이면 지붕을 붕괴시키거나 2차적인 피해로 곡물의 성장에 큰 피해를 주며, 특히 저개발국가에서는 기아와 질병을 만연시킨다.

화산회로 이루어진 분운에서 자주 일어나는 번개는 화산분출시의 공포를 더해주는 요소가 된다. 화산쇄설류는 폭발성 화산에서 일어나는 위험하고 파괴적인 요소이며, 다양한 크기와 형태로 발생한다. 화산쇄설류는 화산분출 입자, 화산 가스 및 대기 중에서 공급된 성분들이 혼합된 액체로, 점성이 작아 유동성이 크고 밀도가 높아 지표면을 누르면서 흘러내린다.

분당 수km씩 이동하고 온도는 100~700℃ 정도이다. 암석사태나 눈사태는 활화산에서 일상적으로 일어난다. 그러나 이러한 현상은 화산분출 없이도 일어날 수 있다. 즉 지진이나 열수작용으로 암반이 약화되는 경우나 폭우나 폭설 등으로 발생할 수 있다. 화산분출과 관련된 사태는 마그마가 화산구 밑으로 관입하면서 산사면의 경사가 급해져 일어나기도 한다.

해저에서 발생하는 칼데라 붕괴는 해일을 생성시킨다. 해일은 해저 화산의 사면에서 발생하는 사태나 빠른 화산쇄설류의 이동으로도 발생하며, 붕괴 규모가 크고 빠르게 일어날수록 커진다(쓰나미). 이류는 성층화산과 관련되며 분출 없이도 발생할 수 있다. 이류는 화산회·토양·암석 등이 물과 섞여 만들어지며, 폭우와 지진에 의한 눈사태 등으로 화산이 휴식중에도 발생할 수 있다. 용암류는 육지를 덮어버리지만 후에 새로운 토양과 식물이 다시 발달하는데, 이런 회복은 사막이나 극지방보다 따뜻하고 습윤한 지역에서 더 빠르게 일어난다.

화산에 의한 물리적인 피해는 기록된 과거의 분출활동과 화산 주변의 퇴적물 등을 연구해 예측할 수 있다. 화산 관측소는 화산 주변에서 발생하는 미진(微震)과 지표변형 등을 관찰하여 분출을 예보한다. 잠재적인 화산활동에 가장 큰 위험요소는 인간의 태만이다. 대부분의 폭발성 화산이 오랜 기간 동안 휴식기를 가졌다고 해서 활동이 끝난 것으로 여겨서는 안 된다.

화산분출이 토양과 기후에 미치는 영향

대양·대기·고육지는 지질시대를 통해 화산작용과 함께 발달해왔다. 화산회는 천천히 풍화하면서 비옥한 토양을 만든다. 이산화황 성분이 많이 포함된 분운은 세립질 화산진과 연무질(煙霧質)의 황산 방울을 성층권으로 유입시켜 기후에 영향을 미치기도 한다. 비구름 위에 존재하는 이들 세립자들은 쉽게 씻겨내리지 않고 천천히 퍼져 지구 전체를 덮기도 한다. 1883년 크라카타우 화산분출과 1963년 발리 섬의 아궁 화산 폭발은 세계 기후에 영향을 주어 폭발 후 몇 년 동안 세계 평균기온이 0.5℃ 정도 내려갔다. 성층권에서 직접 표품(標品)을 채취해 조사한 결과 화산분출로부터 만들어진 연무질의 주성분은 세립의 화산진들이 아니라 작은 황산 방울들이라는 것이 밝혀졌다.

지열 에너지

지구의 지열 에너지는 풍부하나 그 이용은 그리 크지 않다. 지온(地溫)은 지표 부근에서 처음 10km까지는 지하 1km 내려갈 때마다 30℃씩 증가한다. 지구의 내부 열은 엄청난 양인데, 문제는 이 열을 어떻게 이용하는가 하는 것이다. 지열 발전을 하려면 좁은 장소에 지구의 열 에너지가 집중되어야 하는 특별한 환경이 만들어져야 한다. 6㎿의 지열 발전을 하려면 정상적인 지열 분포로는 100㎢ 내의 지열을 모아야 한다. 지열의 집중은 화산에 의해 이루어진다. 약 1,200℃의 마그마가 지하 수km 이내로 상승하여 지하수의 대류에 의해 이 열이 전환된다.

대류에 의해 순환하는 지하수는 지하에 뜨거운 물과 증기의 저장소를 만들고 이들 중 일부는 온천이나 간헐천의 형태로 지표로 나온다. 이런 장소에 시추를 하면 뜨거운 물과 증기를 얻을 수 있다. 얻어진 증기는 발전기의 터빈을 돌리는 데 이용된다. 일부 지하 열수는 자연적인 증류작용을 하여 금·은 및 기타 희유원소들을 모암(母岩)으로부터 용해·추출해낸다. 이 원소들은 침전이 쉽도록 온도·압력·화학조성이 변하는 장소에서 퇴적된다. 많은 열수광상은 지열작용에 의해 형성된다.

한국의 화산활동

개요

한국의 화산활동은 주로 신생대 제4기 홍적세에 들어 활발해졌고, 이때 백두산과 그 주변의 용암대지, 철원·평강 용암대지, 신계·곡산 용암대지, 제주도·울릉도 등의 화산지형을 형성했다. 백두산과 제주도에서는 분화가 있었다는 기록이 남아 있고, 울릉도에서도 현세(現世)에 들어와서 화산쇄설물을 분출시킨 폭발 분화가 있었다는 증거가 발견되었다.

백두산과 그 주변의 용암대지

백두산

백두산은 신생대 제3기말에 6회의 화산분출로 현무암대지가 형성되었고, 제3기말에서 제4기초의 제2차 분출 때는 잘 흐르는 염기성 용암이 분출했으며, 제4기에 3회에 걸쳐 잘 흐르지 않는 점성이 큰 산성 용암이 분출되었다.

그래서 높이 1,800m까지는 경사가 느린 현무암의 순상화산 형태를 보여주지만, 1,800~2,500m의 산정부는 조면암의 종상화산으로 되어 있어서 경사가 급하다. 백두산의 화산폭발은 매우 강력하여 화산재가 백두산에서 약 1,000km 떨어진 일본의 동북지방 북부에서 홋카이도[北海道] 남부까지 흩어져 있다. 천지는 거대한 칼데라호이며, 천지의 물은 달문이라고 불리는 북쪽으로 터진 화구벽, 즉 화구뢰(火口瀨)를 통해서 창바이[長白] 폭포를 이루고 얼다오바이강[二道白河]으로 흘러 쑹화 강[松花江]으로 유입한다.

천지의 주변에는 이중화산의 외륜산에 해당하는 2,500m 이상의 16개의 봉우리가 둘러싸고 있다. 백두산과 그 주변에는 다공질의 화산쇄설물인 회백색 부석이 많이 쌓여 있다. 1597(선조 30), 1688(현종 9), 1702년(숙종 28)에 분화활동을 했다는 기록이 있다. 백두산은 한반도와 만주지방을 통틀어 가장 높고, 주변부는 천리천평(千里千坪)이라고 불리는 해발 1,500m 내외의 현무암 용암대지인 백두용암대지와 개마고원으로 이어져 있다. 백두용암대지는 백두산과 더불어 마천령계의 지층 위에 백두산에서 남동쪽으로 뻗은 백두화산대의 열하를 따라 현무암이 분출하여 형성되었다.

이곳에는 대연지봉(2,358m)·간백산(2,162m)·소백산(2,171m)·북포태산(2,288m)·남포태산(2,433m) 등의 화산이 있다. 용암대지의 범위는 양강도 삼지연군·대홍단군·보천군·백암군을 포함해 약 4,000㎢에 이른다. 혜산시에서부터는 압록강의 협곡 양안에 주상절리에 의한 절벽이 나타나며, 절벽에서는 마천령계의 변성암과 현무암층의 접촉면이 보인다. 그밖에 개마고원은 함경남도 북서부, 양강도, 자강도 일대의 넓이 1만 4,300㎢에 이르는 넓은 용암대지이다.

철원·평강 용암대지

추가령구조곡에서는 중생대 백악기에 분출한 것으로 보이는 응회암과 현무암이 발견되지만 지금의 화산지형은 신생대 제4기에 형성된 것이다.

용암은 평강 남서쪽 약 4km 지점에 있는 추가령구조곡 위에 있는 압산(또는 오리산：452m)과 검불랑 북동쪽 약 5㎞ 지점에 있는 해발 680m의 화산 또는 이와 관련된 열하에서 흘러나온 것으로 보인다. 한탄강 상류에서는 6매, 전곡에서는 2~3매의 용류(熔流)가 관찰되며, 11회 이상의 용암분출이 있었던 것으로 추정된다. 화산쇄설물이 포함되어 있지 않은 것으로 보아 용암이 조용히 분출한 것으로 보인다.

용암은 임진강의 지류인 한탄강의 기존 하곡을 메우면서 남서쪽으로 흘러내려 철원과 전곡을 지난 다음에 임진강 본류를 따라 파주시 파평면까지 흘러내렸다. 추가령으로부터의 거리는 약 120km나 되며, 기존 하곡이 넓은 곳에서는 철원·평강과 같이 넓은 용암대지를 이루어놓았다. 이러한 용암대지는 산지로 둘러싸인 용암평원과 흡사하나 현무암의 절리와 관련된 수직절벽의 좁고 깊은 골짜기에서 이를 쳐다보면 대지(臺地)로 보인다.

현무암층의 두께는 약 10~20m이다. 그밖에 황해북도 신계·곡산의 용암대지와 추가령 북쪽의 안변 남대천 하곡의 용암대지가 추가령구조곡의 용암대지와 같은 시기에 형성되었으며, 강원도 고성군 해금강의 총석정에서도 같은 시기에 분출된 현무암의 주상절리가 절경을 이룬다.

제주도와 한라산

한라산

제주도는 제3기말의 플라이오세에 화산활동이 시작된 이후 제4기에 들어와서 완성된 대륙붕 위의 화산섬으로 고려시대 1002(목종 5), 1007년(목종 10)에 국지적인 분화가 있었다.

한라산(1,950m)은 종상화산의 모양을 한 조면암질 안산암의 산정부를 제외하면 사면의 경사가 극히 느린 순상화산에 해당한다. 한라산 화구에는 화구호인 백록담이 있다. 신생대 제3기말에 화산활동이 있었다는 것은 서귀포의 제3기층 밑에 기저현무암층이 나타나는 것으로 알 수 있으며, 제주도의 윤곽과 한라산의 형태는 신생대 제4기에 수많은 용암분출로 이루어졌다.

제주도의 화산활동은 크게 5기로 나뉜다. 제1기의 화산활동에 의해 서귀포층 밑의 기저현무암층이 형성되었고, 현재 제주도의 지표를 덮고 있는 용암들은 그 이후에 분출된 것이다. 제2기에는 유동성이 매우 큰 표선현무암이 열하를 따라 광역분출하여 제주도 동·서안에 용암평원을 형성했다. 또한 제2기말에는 성산(城山)·송악산(松岳山)·군산(軍山)·매봉(梅峰)·산방산(山房山)·별도봉(別刀峰)·단산(簞山) 등 화산쇄설물이나 조면암질 안산암으로 이루어진 10여 좌의 기생화산이 형성되었다.

제3기의 화산활동은 제2기의 용암층 위에서 한라산을 중심한 중앙분화가 진행되었다. 남·북해안의 저지대와 중산간지대를 덮고 있는 제주현무암·하효리현무암은 이 시기에 분출된 것이며, 이로써 한라산을 중심한 순상화산체의 윤곽이 만들어졌다. 제4기에 분출한 시흥리·성판악·한라산현무암은 해발 500m 이상의 산악지대에 분포하며, 마지막에는 유동성이 적은 한라산조면암질 안산암이 분출하여 1,750~1,950m에 걸친 한라산 산정부 서반(西半)의 험준한 종상화산체가 형성되었다. 제5기에는 백록담의 화구를 만든 화산폭발과 함께 백록담현무암이 소규모로 분출했고, 후화산작용으로 '오름'이라고 불리는 기생화산이 형성되었다.

해안 저지대에는 용암이 지나간 흔적이 남아 만장굴·김녕사굴·협재굴·빌레못굴 등 세계적 규모의 용암동굴이 발달해 있다.

울릉도

울릉도는 수심 약 2,000m의 동해저지에서 솟아오른 거대한 화산체의 일부가 해면 위로 노출된 화산섬이다.

해저에서 성인봉(984m)까지의 높이는 약 3,000m에 달하며, 해면 위의 부분은 종상화산에 해당하나 그 밑의 부분은 순상화산에 해당할 것으로 추측된다. 울릉도는 주로 점성이 큰 조면암류와 화산쇄설물로 이루어진 응회암 및 집괴암으로 이루어졌다. 울릉도의 화산활동은 신생대 제3기말에 시작되어 1만 년 전 이후에도 4회에 걸쳐 큰 폭발이 있었던 것으로 추정된다. 울릉도는 신생대 제4기에 와서 완성되었지만 전반적으로 침식이 많이 진전되어 지표의 기복이 심한 편이다.

섬의 북쪽 중앙부에는 지름 3.5㎞의 거대한 칼데라인 나리·알봉 분지가 있고, 그 가운데에 중앙화구인 알봉(538m)이 솟아 있다. 알봉은 칼데라가 형성된 후 조면암질 안산암과 화산쇄설물이 재분출하여 이루어졌고, 이로 인해 칼데라의 화구원은 상하 2단의 분지로 나누어졌다. 화산쇄설물이 두껍게 쌓여 있는 나리·알봉 분지는 울릉도에서 유일한 넓은 평지로서 면적이 약 1.49㎢에 달한다.