화산 폭발 예측 마그마 저장시간으로

 그마마그마 저장시간 화산분화 예측, 이산화탄소로도 화산폭발 전조 알아

기사 원문은 인터넷 과학 신문 ‘사이언스’에서 확인할 수 있습니다. http://bit.ly

화산 분화를 일으키는 용융암석은 지각에 1000년 동안 저장할 수 있으며 이를 이용하면 화산 위험 관리와 함께 화산 시점을 더 잘 예측할 수 있다는 연구가 나왔다.

영국 케임브리지대 연구팀은 결정체시계(crystal clocks)로 알려진 화산 광물을 이용해 마그마가 화산 시스템의 가장 깊은 곳에 얼마나 오래 저장되는지를 계산했다.

이는 모호(Moho)로 불리는 지구 맨틀과 지각 경계 부근에서의 마그마 저장 시간을 처음으로 계산한 추정치다. 19 일자의 과학잡지 「사이언스」에 게재되었다.

제1저자인 케임브리지대 지구과학부 유앤 마치 박사는 이 연구는 지리학 탐사작업과 같았다고 말했다.

마치 박사는 화산 어떻게 이뤄지는지를 재구성하기 위해 암석 속 물질을 연구해 마그마가 어떤 종류의 조건 아래 저장되는지는 알 수 있지만 화산 시스템의 더 깊은 곳에서 어떤 일이 일어나고 있는지는 알 수 없다고 밝혔다.

지각과 맨틀의 경계에서 마그마가 저장되는 시간은 지표로 올라가는 시간을 계산하는 데 도움이 된다는 연구결과가 나왔다. 1983년 하와이 화산 폭발 당시의 용암이 솟아오르는 모습. 1만 년 전 일어난 아이슬란드 화산 분출 연구논문의 공저자 케임브리지대 지구과학부 존 매클레넌 박사는 마그마가 지구 지각에 얼마나 오래 보존할 수 있는지를 알면 화산 폭발 촉발 과정의 모델을 개선하는 데 도움이 될 것이라고 덧붙였다.

매클레넌 박사는 마그마가 솟아올라 저장하는 속도는 화산지역 지각에 있는 열 및 화학물질 전달과 밀접한 관련이 있으며 이는 지열과 화산가스의 대기 방출에 중요하다고 설명했다.

연구팀은 북아이슬란드 테이스터레이키르 화산의 볼가라운 분화를 연구했다. 이 화산의 분출은 약 1만 년 전에 일어났으며 마그마 등이 Moho에서 직접 솟아올랐다.

이 경계영역은 용융물이 맨틀에서 지표를 향해 올라오기 때문에 용융물 처리과정에서 중요한 역할을 한다.

수직단면에서 본 화산분화 가상도. 1. Largemachamber 2. Bedrock 3. Conduit(pipe) 4. Base 5. Sill 6. Dike 7. Layers of lavaemitted by thevolcano 8. Flank 9. Layers of lavaemitted by thevolcano 10. Throat 11. Parasitted by thevolcano 8. Flank 9. Layers of lavaemitted by ted by teds of

연구팀은 결정체 시계 방법을 이용해 마그마가 저장되는 동안 첨정석의 결정 구성이 시간이 지날수록 어떻게 변하는지를 모델링할 수 있었다.

특히 이들은 결정체 안에 들어 있는 알루미늄과 크롬의 확산 속도와 함께 이들 원소가 어떻게 구역화되는지 조사했다.

매클레넌 박사는 이 같은 원소의 확산은 결정체가 주변 환경과 화학적 평형을 이루도록 작용한다며 이들 원소가 얼마나 빨리 확산되는지를 알면 광물이 마그마에 얼마나 오래 저장됐는지 알 수 있다고 설명했다.

연구팀은 알루미늄과 크롬이 결정체 가운데 어떻게 구역화돼 있는지를 조사해 이 패턴이 마그마 저장시간에 대한 흥미롭고 새로운 사실을 말해주고 있음을 발견했다.

이번 연구에서는 마그마의 상승속도와 이산화탄소 배출 사이에 연관성이 있는 것으로 밝혀졌다. 2017년 페루의 사반가야 화산 폭발 모습 ⇒ Wikimedia Galeria del Ministeriode Defensadel Peru 화산은 많은 분출구를 가진 배관 시스템의 확산 속도는 이전 실험실에서 시행한 실험 결과를 사용하여 추정했다. 연구팀은 이어 유한요소 모델링과 베이시안 중첩 샘플링(Bayesianested sampling)을 결합한 새로운 방법을 이용해 보존 기간을 추산했다.

마치 박사는 우리는 마그마가 얼마나 깊은 곳에서 올라왔는지에 대해 상당히 뛰어난 추정치를 갖게 됐다면서 그동안 깊은 지각에서 이런 종류의 시간 정보를 얻지 못했다고 밝혔다.

마그마 저장시간 계산은 또 마그마가 어떻게 지표로 올라오는지 알아내는 데도 도움이 됐다.

연구팀은 화산 밑에 큰 마그마 저장공간이 있는 고전적인 화산모델 대신 마그마가 빠르게 지표로 이동하는 수많은 작은 분출구를 가진 화산 배관시스템에 가깝다고 말했다.

이들은 최근 네이처 지구과학(Nature Geoscience)에 발표한 두 번째 논문에서 마그마의 상승 속도와 화산 모니터링에 영향을 미치는 이산화탄소 배출 사이에 연관성이 있다고 밝혔다.

연구팀은 화산 분출이 있기 며칠 전부터 충분한 양의 이산화탄소가 마그마에서 가스로 옮겨가는 것을 관찰했다. 이는 이산화탄소 모니터링이 아이슬란드에서 화산 폭발의 전조를 밝히는 유용한 방법이 될 수 있음을 보여준다.

한국과학창의재단 사이언스 타임스 김병희 객원기자 저작권자 자 Science Times