성층화산

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Stratovolcano / Composite volcano


1 개요

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▲ 성층화산의 교과서적인 모습을 보여주는 필리핀마욘 화산 (Mt. Mayon).

화산체(Volcanic bodies)의 일종이다. 여러 차례 분출하여 어느정도 크기로 성장한 화산체 중 비교적 경사가 급하고 기저면이 좁은 원뿔 모양을 하고 있다. 용암류와 화산재 퇴적 등이 복합적으로 쌓이면서[1] 모양을 갖춰나가게 된다. 복합화산(composite volcano)이라고도 한다.[2]


2 주요 성질

2.1 구조 및 분출 양상

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성층화산의 전형적인 모습은 원뿔 모양의 산 모양이다. 중앙에서 분출된 물질이 주변에 누적되면서 산 모양을 만들어간 것이다. 크기는 작게는 높이 수 백 미터 정도, 크게는 수 킬로미터 높이를 자랑하기도 한다. 중앙에 화구가 있다고 하지만 사실 화구 하나만 덩그러니 있는 경우보다는 여러 화구와 분석구 등이 겹쳐져 복잡한 구조를 갖게 된다. 상당히 큰 분출에 의해 화구가 함몰되면서 '칼데라'가 발달하기도 한다. 또한 화산이 형성되는 초기 때 적극적으로 마그마가 분출하면서 퇴적시킨 현무암질 산체가 넓고 크게 기저를 이루는 경우도 많다. 즉, 하부에는 순상 화산이 널찍하게 기반을 이루고, 그 위로 경사가 가파른 산이 올라타있는 것이다. 유명한 많은 화산들이 이런 구조를 갖고 있다. 당장 백두산도 산 아래에 넓은 현무암질 대지와 순상화산체가 있다.

성층화산은 보통 산의 정상부 혹은 그 근처에서 주기적으로 분출이 일어난다. 대부분 용암 화산재, 부석(pumice) 내지는 화산탄화산 가스와 함께 뿜어져나오게 된다. 분출의 양이 아주 많은 경우는 드물며, 보통 스트롬볼리(Strombolian) 내지는 불칸(Vulcanian) 분출이 주를 이룬다. 화도에서 가스 덩이가 지표로 빠져나오면서 마그마 물질이 터뜨려져 흩어지는 것이 전형적인 스트롬볼리식이고 불칸식은 그보다는 더 화산재가 주를 이루게 된다. 그렇기 때문에 성층화산 중에서 스트롬볼리식 분출이 일어나는 경우, 산 정상이나 인근에 분석구(cinder cones)가 발달하게 된다.[3] 이런 분출이 반복 퇴적되면서 산이 성장해나가는 것. 사람들의 편견과는 달리 성층화산도 상당히 용암을 많이 흘려보낸다. 높이가 3천 미터가 넘는 화산들도 용암류가 흔하게 퇴적된다. 당장 성층화산 모양의 교과서라고 말하는 후지 화산도 최근 분출은 주로 용암류로 구성되어 있다.

그러나 가끔, 정말 가끔 성층화산의 분출은 재앙 그 자체가 된다. 세계에서 일어난 대부분의 끔찍한 화산 재난은 성층화산이 일으킨 결과다. 성층화산은 (성분 항목에서 볼 수 있듯이) 꽤 진화한 마그마가 그 공급원인 경우가 많다. 또한 섭입대에서 성층화산이 잘 발달하기 때문에 유체의 함량도 많다[4]. 그리고 성층화산은 마그마의 공급이 원활하지 않아 휴지기를 갖는 경우가 자주 있다. 이 때 누적된 마그마의 압력과 에너지가 휴지기를 끝마치면서 터져나오게 되는데, 이 때 화산은 내부에 간직한 압력, 많은 휘발성 물질에 힘입어 격렬한 분출을 일으키게 된다. 이렇게 강력한 분출을 보통 플리니식(Plinian) 분출이라고 한다.[5] 플리니식 분출은 작게는 국지적인 영향으로 끝나지만, 대규모 분출의 경우에는 인근 지역의 도시나 민족이 말살되거나[6][7], 멸종이 일어나거나, 전지구 온도와 기후에 영향을 미치거나, 경제활동에 심각한 피해를 주는[8] 등 재난을 일으킨다. 이 때문에 보통 화산을 감시하고 피해를 최소화시키려는 노력은 성층화산에 집중되고 있다.

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▲ 스트롬볼리식 분출을 일으키고 있는 마욘 화산. (2009년)
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▲ 불칸식 분출을 일으키는 마욘 화산. (2014년)
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▲ 플리니식 분출을 일으키는 마욘 화산 (1984년)


2.2 성분

성층화산에서 발견되는 용암의 성분은 현무암에서 유문암에 이르기까지 다양하다. 마그마가 새롭게 공급될 때 분출되는 현무암과, 마그마가 상당히 분화(differentiation)되면서 형성된 안산암 내지는 유문암질 화산암들이 뒤섞여 있다. 평균적으로 점도가 꽤 높은 마그마가 꽤 많은 양을 차지하고 있는 셈. 드물지만 알칼리 성분(소듐과 포타슘)이 풍부한 마그마의 경우에는 조면안산암 내지는 조면암, 향암 계통의 암석들이 누적되어 있다. [9]

보통 가스함량이 상대적으로 많아 불칸상이나 스트롬볼리상 분출을 유도할 수 있는 마그마, 그리고 마그마의 공급이 살짝 불안정한 곳에서 성층화산이 발달하게 된다. 마그마의 재공급이 너무 활발하면 마그마가 제대로 분화하기 전에 분출하므로 순상화산체가 형성되기 때문이다. 가스함량이 상대적으로 높게 유지되는 환경은 섭입대(subduction zone) 환경이며, 이 지역의 화산호에서 성층화산이 특히 많다. 대부분의 유명한 성층화산은 섭입대 환경에서 비롯되었다. 또한 섭입대는 두꺼운 지각을 통과하며 마그마가 분화작용을 일으키기가 용이하여 보다 진화한 마그마가 지표에서 분출하기 좋은 환경이기 때문이다.

결과적으로 규산염 함량이 비교적 높고[10] 유체 함량[11]이 풍부한 마그마에서 비롯된 것이다.


3 분포

대부분의 성층화산은 섭입대에 분포한다. 특히 섭입대가 많이 분포하는 태평양 연안에 성층화산이 바글바글하다. 다만 섭입대가 아닌 곳에서 발견되는 성층화산도 있으며, 섭입대에 분포하지만 섭입대 기원 아닌 화산도 있으니 과도한 일반화는 금물.


4 대표적인 예

  1. 그래서 성층(strato-)이라는 단어가 사용된다.
  2. 초창기 복합화산에 대한 단면 모델을 만들 때, 화산재층과 용암층이 번갈아가면서 산체를 쌓는다고 생각하여 성층화산이라는 단어를 도입했다. 그러나 실제로 성층화산이 "성층화"되어 있는 경우는 드물다. 보통은 여러 겹의 다양한 분출물이 여기저기 덧붙여 쌓이고, 이 구조가 "성층"은 아니다. 그래서 복잡한 구조가 누적되면서 만들어졌다하여 복합화산이라는 이름을 쓰게 된다. 성층화산은 비록 역사적 이유로 사람들에게 익숙한 단어이지만, 학술적으로 더 '정확'한 용어는 복합화산이다.
  3. 에트나 화산이 대표적
  4. 쉽게 말해 화산 가스가 많다는 뜻이다.
  5. 베수비오 화산 분출을 묘사한 사람의 이름을 따서 만든 이름.
  6. 크라카토아, 탐보라 화산 등의 대규모 분출 때는 인근 지대의 민족들이 쓸려나가면서 사라져버렸다.
  7. 무려 폭발의 충격파만으로 16km내 사람들의 고막이 터졌다.
  8. 2010년 에이야프얄라요쿨 화산 분출이 대표적 사례
  9. 성층화산에 진화가 상당히 진행된 암석들만 발견될 것이란 생각은 틀린 생각인 셈이다. 실제로 큰 규모의 성층화산에는 현무암질 암석을 발견하는 게 그리 어려운 일이 아니다.
  10. 정확히는 높아질 여지가 충분하고
  11. 물, 이산화탄소 등
  12. 높이 3000 m에 달하는 커다란 성층화산체이다. 다만 대부분의 산체가 물 속에 있을 뿐...