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2018년 5월 초에 비정상적으로 강력한 분화가 시작됐다.
강도 6.9의 지진이 발생, 끓는 용암이 분사돼 도시가 파괴되고 도로가 막혔다.
총 35평방 킬로미터의 땅이 흐르는 용암 아래에 묻혔다.
강우가 화산의 깊이에 영향을 미치므로 사실상 마그마를 위한 길을 준비 할 수 있다.

화산 폭발, 물이 불을 부른다.
킬라우에아의 비정상적인 분화 메카니즘에는 ‘폭우’가 원인.

물이 불을 부른다 :
하와이의 킬라우에아 화산은 폭우가 분화를 일으킬 수 있다는 것을 처음으로 보여줬다.
2018년 초에 하와이에는 비정상적으로 비가 많이 내리면서 지하의 기공 압력이 상승했다.
한꺼번에 내린 많은 비가 암석을 약화시키고 마그마가 표면으로 가는 길을 쉽게 만들었다.
이 메커니즘은 다른 화산에서도 나타날 수 있다. 연구원들이 "Nature"저널에 보고한 내용이다.

▲ 2018년 5월 킬라우에아 분화는 지난 200년 동안 가장 강력하고 특이한 사건 중 하나였다. © US Geological Survey

하와이의 킬라우에아(Kilauea)는 지구상에서 가장 활동적인 화산 중 하나다.
섬 바로 아래에 화산 핫스팟(hot Spot)이 있다. 얇은 용암이 이 화산의 굴뚝에서 거의 끊임없이 흘러내린다. 그러나 2018년 5월 초에 비정상적으로 강력한 분화가 시작됐다.
강도 6.9의 지진이 발생했고, 새로 갈라진 틈에서 끓는 용암이 분사돼 도시가 파괴되고 도로가 막혔다. 총 35평방 킬로미터의 땅이 흐르는 용암 아래에 묻혔다.

마이애미 대학의 제미 파르쿠하르손(Jamie Farquharson)과 팔크 아멜룽(Falk Amelung)은
“이 분화는 지난 200년 동안 킬라우에아에서 가장 놀라운 분화 단계 중 하나였다”고 설명한다. 정상적인 활동과 달리 이 화산은 분화가 매우 폭발적이며 심지어 정상 칼데라의 붕괴로 이어졌다. 몇 달이 지난 후에야 그 분화가 점차 사라졌다.

사전에 융기가 거의 없음

더 특이한 점은 폭발이 시작될 때 강한 분화시 나타나는 일반적인 사전 징후가 없었다는 것이다. 분화는 보통 지구 맨틀에서 화산의 마그마 저수지로 올라오는 신선한 마그마에 의해 시작된다. Amelung은 “마그마 챔버의 압력이 주변 암석을 파괴하기에 충분히 높고 마그마가 표면으로 흐를 수 있을 때 폭발이 일어 난다”고 설명했다.

일반적으로 이 마그마 상승은 지표면이 크게 융기하여 발생하기 몇 달 전에 눈에 띄게 증가한다. 연구원들은 “2010년과 2018년 사이 킬라우에아의 활성 균열 지역에서 큰 고도는 감지되지 않았다”고 밝혔다. 지하에서는 마그마 운동의 징후가 있었다. 하지만 마그마 챔버의 과압만으로 분화가 발생한 것으로 보이지는 않는다. 그때는 어떤 상황이었을까?

폭우가 방아쇠 역할?

이 수수께끼를 해결하기 위해 Farquharson과 Amelung은 킬라우에아의 출현과 무엇보다도 하와이 화산의 역사를 둘러 보았다. 그들은 놀라운 사실을 발견했다.
분화 몇 달 전에 하와이는 전에 없이 역사상 많은 강우량을 경험했다.
2018년 1사 분기에 2.25m 이상의 비가 내렸다. 이는 연중 평소보다 2.5배나 많은 수치다.

이 과도한 비가 킬라우에아 분화와 관련이 있을까?
Amelung은 “지하의 수분 함량이 증가하면 지진과 산사태가 발생할 수 있다는 것을 알고 있다”고 말한다. 화산 폭발의 경우 통풍구의 물이나 얼음으로 인해 격렬한 수증기 폭발, 진흙 흐름 및 기타 폭발성 사건이 발생할 수 있다. 그러나 지금까지 강우량이 새로운 분화를 유발할 수 있는지 여부와 방법은 알려지지 않았다.

▲ 킬라우에아(Kilauea)의 균열 분화 중 하나에서 용암 흐름과 용암 분수. © US National Guard

놀랍도록 높은 기공 압력

이 질문을 명확한 답을 찾기 위해 과학자들은 지구 물리학적 모델을 사용해 킬라우에아의 사건을 재구성했다. 여기에서 그들은 지속적으로 내리는 비로 마그마 저수지 주변 암석의 기공압력이 어떻게 변했는지를 결정했다. 이 압력이 증가하면 암석이 더 쉽게 깨질 수 있기 때문이다. 아멜룽(Amelung)은 “마그마의 압력으로 젖은 암석이 건조기보다 더 쉽게 깨진다”고 말했다.

실제로 킬라우에아에서 수 킬로미터 깊이의 물이 분출하기 전, 기공 압력은 수천 파스칼로 상승했다. 파르콰르손(Farquharson)과 아멜룽(Amelung)은 “2018년 초, 지하의 기공 압력은 47년 만에 최고 수준에 도달했다”고 설명했다. 그들의 견해로는, 이것이 균열 지역의 암석이 파열되어 분화를 일으킨 요인이 될 수 있다.

▲ 킬라우에아에서 수 킬로미터 깊이의 물이 분출하기 전, 기공 압력은 수천 파스칼로 상승했다. 사진은 하와이 해변 화산분화

화산 깊은 곳에 영향

이 추정은 연구원들이 킬라우에아의 분화 이력에서 비슷한 사건을 찾았을 때 확인되었다. "1790 년 이후의 분화의 약 60%가 우기 동안 발생했다." "그리고 극도로 습한 기후 조건 후에 1924년 5월에 마지막으로 강한 폭발이 일어났다." 그들의 계산에 따르면 기공 압력이 상당히 증가했음을 알 수 있다.

연구자들에 따르면, 이번 발견은 강우가 화산의 깊이에 영향을 미치므로 사실상 마그마를 위한 길을 준비 할 수 있다고 한다. "지금 우리는 비가 화산 폭발을 일으킬 수 있다는 것을 알고 있다"고 Amelung은 말한다. “이 메커니즘을 사용해 이러한 심층 마그마 프로세스를 설명 할 수 있는 것은 이번이 처음이다.”

▲ 화와이 화산분화구.  출처:pixabay

다른 화산에서도 가능

킬라우에아는 아마도 고립된 사례가 아닐 것이다.
연구원들은 이 방아쇠 메커니즘이 다른 화산에서도 발생한다고 의심한다.
Farquharson은 “비와 화산 사이에 이러한 유형의 결합이 존재하는 지역을 식별하면 화산 위험에 대한 조기 경보를 개선할 수있다. 기후 변화가 전 세계적으로 강수 패턴을 변화시키고 있으며 화산 활동이 가능하기 때문에 이것은 중요하다.

Michael Manga는 “외부 프로세스가 화산 폭발을 일으킬 가능성은 화산이 역동적인 지구 시스템의 일부임을 상기시킨다”고 덧붙였다. "우리는 이러한 상호 작용을 이해하기 시작했다.“
(Nature, 2020; doi : 10.1038 / s41586-020-2172-5)

출처 :  University of Miami Rosenstiel School of Marine & Atmospheric Science

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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