화산 쇄설물과 테프라, 화쇄류과 마그마 측면분출

·화산 쇄설물과 테프라

- 화산분출 동안에 방출된 암편을 화산 쇄설물(pyroclast)이라 하고, 화산 쇄설물로 구성된 암석을 화산 쇄설암이라 한다. 아이슬란드의 화산학자인 토라린손(S.Thorarinsson)은 미고결 화산 쇄설물을 그리스어로 “회”라는 의미로 “테프라(tephra)"라는 용어를 사용하였다. 테프라는 마그마 고결에 따라 새롭게 생성된 암편인 본질 화산 쇄설물과 화구 주변 기존암석의 암편인 이질화산쇄설물을 모두 포함하는 의미로서 공중으로 날아와서 쌓인 화산쇄설물을 총칭한다. 화산쇄설물은 그 크기에 따라 화산탄, 화산력, 화산재로 분류된다(표4.1, 그림4.8). 화산재는 연소물질의 잔해를 의미하는 것이 아니라 화산분출시의 세립질 테프라가 연소물질의 잔해인 재와 유사하는 의미에서 관습적으로 사용되는 용어이다.

표1. 화산 쇄설물과 화산 쇄설암

평균입자 지름(mm)	화산쇄설물 (미고결물)	화산쇄설암 (고결물)
>64	화산탄	집괴암
2~64	화산력	역질 응회암
<2	화산재	회질 응회암

	그림4.8 여러 가지 크기의 화산쇄설물 A; 길이 50cm에 이르는 방추형의 거대한 화산탄. B; 화산력이라 불리우는 중간크기의 화산쇄설물. C; 정원의 식물 잎을 덮고 있는 작은 크기의 화산쇄설물인 화산재

 

・분출기둥과 테프라의 낙하

가장 규모가 크고 격열한 폭발성 분화는 가스함양이 높고 실리카가 풍부한 마그마와 관련되어 있다. 마그마의 상승에 따른 급격한 압력감소가 가스의 급격한 팽창을 유발하고 이 압력은 뜨거운 가스와 테프라를 홉합시키면서 격렬히 상승시킨다. 이 뜨거운 혼합체들은 화구 밖의 차거운 대기 속으로 급격히 상승하면서 분출기둥을 형성하는데 대기권 45km 높이까지 치솟기도 한다(그림 4.9)

상승에 필요한 에너지는 본질 화산 쇄설물에서 방출되는 열에너지에서 기인한다.분출기둥과 주변대기의 밀도가 같아지는 고도에서는 부눛ㄹ물이 수평으로 퍼지면서 핵 폭발시 볼수 있는것과 같이 버섯모양의 구름을 형성한다.

그림4.9 플리니언 분출기둥. 1980년 세인트 헬렌스 화산정상에서 분출되는 뜨거운 가스와 세립의 화산 쇄설물로 구성된 분출기둥. 분출기둥이 상승하면서 팽창.냉각되어 주변 대기와 밀도가 같아지면 상승을 멈추고 측면으로 퍼지기 시작한다.

이 구름들은 상층대기의 에 의해 흩어지면서, 쇄설물의 입자들이 낙하되어 지표에 쌓여 테프라층을 형성한다. 예외적으로 거대한 폭발성 분츨에서는 테프라가 1,500km 영역밖으로 흩어지기도 한다. 대기권 높이 치솟는 분출기둥의 세립질 입자와 유황가스들은 고층의 바람을 타고 전 세계로 확산되기도 한다. 이러한 대기오염은 태양광선을 차단하여 수년내에 지표면의 평균기온 1oC정도 하강시키기도 하며, 대기중 세립질 쇄설물에 반사된 태양 빛이 신비스러운 석양을 연출하기도 한다.

 

・화쇄류

뜨겁고 유동성이 큰 테프라들이 화산의 주분출기에 산록을 따라 흘러내리는 것을 화쇄류(pyroclastic flow)라 한다. 화쇄류는 가장 파괴적이고 치명적인 화산분출 유형이다. 화쇄류에 대한 역사기록을 분석해 보면 화쇄류는 화구로부터 100km이상 이동할수도 있고 그 이동속도는 시속 70km 이상에 달한다. 가장 파괴적인 기록은 1902년 펠레화산(Mount pelrre)을 따라 분출된 화쇄류가 서인도제도 마르티니크(Martinigue)섬의 세인트 피에레(St. Piene)시를 덮쳐 2만 9천명의 인명피해를 유발했다.이러한 화쇄류들은 화산체 꼭대기의 뜨거운 용암들이 중력 또는 폭발에 의한 붕괴에 의해 암괴, 화산력, 화산재, 그리고 뜨거운 가스 등과 혼합되어 밀도가 높은 유체의 생성에 기인한다. 지질학자들은 화쇄류에 의해 생성된 분급이 불량한 퇴적층을 ignimbrite 라 부른다. 화쇄류는 분출물들의 부분적 혹은 연속적 낙하에 의해서도 생성된다. 예로 1980년 세인트 헬렌스 화산의 분출동안 850oC에 이르는 고온의 화쇄류가 분출물의 나갛에 의해 생성되어 화산의 북측 사면을 따라 8km를 이동하여 15km2 지역을 덮었다.

 

・ 측면분출

1980년 세인트 헬렌스 화산의 분출에서는 화산의 거대한 폭발적인 분출에 따른 여러 가지 전형적인 특성들을 보여 주었다. 이 화산의 분출과정을 모식적으로 표현하면 그림4.10과 같다. 화산 아래에서 마그마가 상승함에 따라 1980년 5월18일 화산체의 북측 사면이 부플어 올라 사면이 불안정해지면서 암편과 빙하가 골짜기 아래로 떨어지기 시작했다. 사태가 일어나자 화산체 내부의 뜨거운 마그마가 노출되었다.마그마 쳄버 상부에 암석이 제거되자 급격한 압력감소에 따른 용존가스의 폭발로 뜨거운 가스가 파쇄된 암석분말과 혼합되어 화산체의 북측사면에서 수 km떨어진 지점에 위치한 미국지질연구소 관측소에 있던 존슨(David A Johnson)은 5월18일 오후 8시32분에 미국지질연구소 벤쿠버지소에 무선전화로 “벤쿠버, 벤쿠버 그것이 왔다”라는 마지막 교신을 남기고 실종 되었다.

화산체의 측면에서 분출한 거대한 화산쇄설물과 뜨거운 가스가 존슨에게 직접날아왔던 것으로 보인다. 이후 존슨과 관측소의 흔적은 찾을수 없었다. 이 화산 분출로 최소한 63명이 사망했지만 지질학자의 경고에 따른 주민들의 대피가 없었다면 피해는 훨씬더 클것이다.

피해지역은 세인트 헬렌스 분화구에서 30km지역에 까지 미쳤고 주변 600km2지역이 산림이 뜨거운 화산쇄설물에 덮혀 황폐해 졌다.

세인트 헬렌스 화산 이외에도 1956년 분출한 카프카의 캄차카의 베즈미아니(Kamchatka Bezmianny)화산에서도 이와유사한 측면 분출에 다른 피해가 있었다.

그림4.10 1980년 5월 세인트 헬렌산의 화산폭발 과정. A: 지진발생후 증기의 분출이 마그마의 상승을 의미한다. 함몰대가 생성되고 산정상의 북측면이 부풀어 오른다. B. 5월18일 아침, 지진이 산첼ㄹ 뒤흔들어 부풀어 오른 지대가 파괴되면서 사태가 발생한다. C. 격렬한 분출로 또 한번의 사태가 일어나고 마그마의 분출과 분출기둥의 상승이 시작된다. D. 분출강도가 증가되면서 분출기둥에 동반된 화산재가 19km 상공까지 치솟는다

 

 

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