전 세계의 화산학자들은 향상된 폭발 예측으로 이어질 수 있는 노력의 일환으로 연결된 화산 사이를 이동하는 마그마의 경로를 추적하고 있습니다.
아이슬란드의 Fagradalsfjall 균열계는 2021년부터 2023년 사이에 여러 차례 폭발한 후 Svartsengi 균열계가 그 자리를 차지한 것으로 보입니다.
아이슬란드 가이드
소개
1912년 여름, 알래스카 해안에서 떨어진 사람이 거주하는 섬인 코디악에 종말이 도래했다는 소식이 로버트 피스케 그릭스(Robert Fiske Griggs)에게 전해졌습니다. 이듬해 오하이오 대학교의 식물학자인 그릭스(Griggs)는 섬으로의 여러 탐험 중 첫 번째 탐험을 이끌었습니다. 그곳에서 그와 그의 팀은 불안한 광경을 목격했습니다. 코디악은 온통 1피트의 재로 뒤덮여 있었습니다. 그리고 그것은 단지 섬이 아니었습니다. 이전에 카트마이 산(Mount Katmai)이라고 불리는 여러 개의 봉우리가 있던 본토의 지형에서는 그을음으로 뒤덮인 풍경이 여전히 유독 가스를 분출하고 있었습니다.
카트마이 산 주변에는 울창한 강 계곡이 있었습니다. Griggs는 나중에 그의 측량 임무에서 "수백, 아니, 수천, 말 그대로 수만 개의 연기가 웅크리고 있었습니다.... 일부는 녹기 전에 수천 피트 솟아오른 증기 기둥을 보내고 있었다"는 사실을 발견했다고 썼습니다. 수십 년 동안 거품이 일고 쉭쉭 소리를 내던 이 장소는 아직도 만연의 계곡으로 불립니다.
그릭스와 그의 동료 탐험가들은 20세기에 가장 많이 발생한 화산 활동의 여파 속을 걷고 있었습니다. 이 화산 활동은 60시간에 걸쳐 태평양 북서부의 많은 지역을 오닉스 눈으로 뒤덮었습니다. 폭발로 인해 방출된 에어로졸은 대기 중에 너무 오랫동안 남아 있어서 북반구의 평균 기온이 1년 넘게 섭씨 1도나 떨어졌습니다.
이번 폭발은 하늘을 식히고 계곡 전체를 불태우는 것 이상의 일을 했습니다. 또한 카트마이 산의 세 봉우리 중 두 개가 깊이 1km, 너비 2.5km의 단일 구덩이로 무너졌습니다. 당시에는 무슨 일이 일어났는지 명백해 보였습니다. 카트마이가 마그마를 대부분 방출했고 그 자리에 거대한 틈이 생겼습니다.
그러나 진실이 항상 분명한 것은 아닙니다. 1950년대 버클리 캘리포니아 대학의 지질학자인 가르니스 커티스(Garniss Curtis)는 카트마이와 그 주변 지역에 대한 상세한 지질 지도를 작성하여 폭발이 현재 붕괴된 화산 봉우리에서 나온 것이 아니라 이전에는 볼 수 없었던 서쪽으로 10km 떨어진 지각의 구멍에서 발생했음을 밝혔습니다.
광범위한 현장 조사 끝에 과학자들은 다음과 같은 결론에 도달했습니다. 이 구멍이 카트마이의 마그마를 훔쳤기 때문에 카트마이의 2/3가 사라졌습니다. 이 아이디어는 논란의 여지가 있었는데, 화산은 항상 화산이 스스로 화산 분출 가능한 암석을 공급하면서 독립적으로 활동한다고 생각되었기 때문입니다. 그러나 Katmai와 Novarupta라고 불리는 오프닝은 화산이 연결되거나 "결합"될 수 있다는 최초의 실제 단서를 제공했습니다.
1912년 화산 폭발 당시 코디악(Kodiak) 마을은 화산재 속에 묻혀버렸습니다.
Wikimedia Commons를 통한 워싱턴 대학교
지난 10년 동안 일련의 센서와 기술이 개선되고 과학적 이해가 강화된 덕분에 연구자들은 하와이에서 그리스, 일본에서 아이슬란드에 이르는 다른 결합 화산을 식별했습니다. 워싱턴 D.C.에 있는 카네기 사이언스의 화산학자 다이애나 로만은 각각의 결합은 독특하지만 근본적으로 결합된 화산은 "서로 대화하는 것처럼 보인다"고 말했습니다. 지속적인 연구를 통해 과학자들은 자신이 말하는 내용을 듣는 방법을 배우고 있습니다.
사이드 스텝
마그마를 특히 지옥의 수프와 같다고 생각하십시오. 단단한 결정체와 가스로 채워진 녹은 암석이 뜨거운 혼합물로 존재합니다. 수프처럼 다양한 맛이 납니다. 때로는 실리카라는 화합물로 가득 차 있어 기름처럼 걸쭉하고 끈적끈적해집니다. 때로는 실리카가 가벼워서 뜨거운 꿀처럼 묽어지기도 합니다. 마그마가 지구 표면을 뚫고 나오는 것을 보통 용암이라고 부릅니다.
그 성분이 무엇이든, 마그마는 자연적으로 부력이 있습니다. 일반적으로 “마그마는 위쪽으로 올라가야 한다”고 마이애미 대학의 지구물리학자인 Falk Amelung은 말했습니다. 그러나 노바럽타의 마그마 절도 행위는 녹은 암석이 과학자들이 생각하는 것보다 더 민첩할 수 있다는 첫 번째 힌트를 제공했습니다. 옥스퍼드 대학의 화산학자인 데이비드 파일(David Pyle)은 "우리는 마그마가 어떻게 깊은 곳에서 표면으로 올라오는지 생각하느라 너무 바빴기 때문에 문제를 한 차원으로 축소했을 수도 있습니다."라고 말했습니다.
1950년대 연구자들은 폭발의 화산재 낙하 지도를 작성하면서 카트마이가 1912년 대격변에 책임이 없다는 사실을 발견했습니다. 화산재는 카트마이 주변에 동심원 패턴을 형성하는 대신 노바럽타를 둘러쌌습니다.
Mark Belan/Quanta 매거진
노바럽타에서 폭발된 것과 동일한 화학적 구성을 가진 안산암과 데이사이트라고 불리는 카트마이에서 발견된 화산암에 대한 연구에서 추가 증거가 나타났습니다. 알래스카 대학교 페어뱅크스의 화산학자이자 자연재해 연구원인 존 아이첼버거(John Eichelberger)는 “완벽한 일치입니다.”라고 말했습니다. 게다가, 카트마이 붕괴 동안 제거된 암석의 양은 노바럽타에서 추진된 암석의 양과 거의 정확히 같았습니다.
지질학자들은 이제 Katmai 아래의 마그마가 Novarupta에서 나타나기 전에 몇 킬로미터 동안 옆으로 이동했다고 믿고 있습니다. Eichelberger는 “Novarupta와 Katmai 사이에 직접적인 연관성이 있다는 데에는 의심의 여지가 없습니다.”라고 말했습니다.
그러나 마그마가 왜 이런 식으로 움직였는지는 아무도 확신하지 못합니다. Eichelberger는 상황이 지하의 가압된 유체가 새로운 구멍에서 자연스럽게 흘러나오는 지하수 우물의 활동과 약간 비슷하지 않을까 싶다고 말했습니다. 이 경우, 노바럽타의 구멍은 아마도 지각을 뚫고 솟아오르는 마그마의 악의적인 흐름에 의해 만들어졌을 것입니다. 이로 인해 저기압 채널이 열렸고 카트마이의 마그마가 그 쪽으로 옆으로 이동했습니다.
폭발은 현대 장비로 모니터링되지 않았으므로 과학자들은 무슨 일이 일어났는지에 대해 최선의 추측만 제공할 수 있습니다. 마그마가 연결된 화산 사이에서 이동할 수 있다는 증거를 확보하려면 첨단 센서를 사용하여 실시간으로 그 과정을 포착해야 합니다.
2014년에 그들은 바로 그렇게 했습니다.
1912년 카트마이 산 정상이 부분적으로 붕괴되어 분화구만 남았습니다.
스티븐 프로락/Alamy
콜드 연결
아이슬란드는 떠다니는 화산 요새입니다. 그 이유 중 하나는 이 나라가 서로 갈라지는 두 지각판의 경계 위에 위치해 있기 때문입니다. 끊임없이 둘로 나뉘고 있습니다.
2014년에 가마솥 모양의 바르다르붕가(Bárðarbunga) 화산 아래에서 지진이 급증하자 폭발이 임박했음을 시사하는 것 같았습니다. 그러나 지진은 Bárðarbunga에서 멀리 이동했고 결국 용암은 45km 떨어진 Holuhraun이라는 지역에 있는 또 다른 화산인 Askja 영역의 여러 균열에서 분출되었습니다.
과학자들이 마그마가 한 화산에서 다음 화산으로 멀리 이동하는 것을 본 것은 이번이 처음이었습니다. 아이슬란드 기상청 화산, 지진 및 변형 부서 책임자인 크리스틴 욘스도티르(Kristín Jónsdóttir)는 "마그마가 측면으로 이동하는 데는 정말 먼 길"이라고 말했습니다.
2020년에는 섬나라의 또 다른 지역인 레이캬네스 반도(Reykjanes Peninsula)가 지진을 일으키기 시작했습니다. 과학자들은 마그마의 지하 이동을 놀라운 정밀도로 추적할 수 있는 센서를 해당 지역에 점재시켰습니다. 그들은 마그마가 지각을 부수는 소리를 기록할 수 있는 지진계와 땅의 변화하는 모양을 측정하는 도구를 사용했습니다.
그들이 설치를 마친 직후, 반도의 Fagradalsfjall 균열 시스템은 약 8세기 만에 처음으로 살아났습니다. 2021년부터 2023년 사이에 반복적으로 폭발했습니다. 그런 다음 2023년 말에는 Svartsengi라고 불리는 다른 균열 시스템이 이어졌습니다. Fagradalsfjall이 침묵하는 동안 몇 달에 한 번씩 폭발이 일어났습니다.
2021년 아이슬란드의 파그라달스피알(Fagradalsfjall) 화산에서 연기와 용암이 분출됩니다.
로완 캐슬/알라미
Jónsdóttir는 “그들은 동시에 어떤 일도 하지 않습니다.”라고 말했습니다. "그렇게 번갈아가며 한다는 것은... 매우 의심스럽습니다." Bárðarbunga와 Askja처럼 Fagradalsfjall과 Svartsengi도 결합된 것으로 보입니다.
지구 반 바퀴 떨어진 곳에 또 다른 과학자가 이러한 마법적 연결을 지도로 바꾸는 도구를 연구하고 있었습니다.
핫 온 더 트레일
수십 년 동안 과학자들은 지진을 이용해 마그마를 추적해 왔지만 작업이 느리고 부정확한 경우가 많았습니다. 최근까지 과학자들은 지진 기록 그래프를 수동으로 읽어 진동을 찾아낸 다음 데이터를 사용하여 진동을 유발한 마그마의 움직임을 추적할 수 있었습니다. 배경 소음에 묻혀서 발생하는 미묘한 지진 중 다수는 사람의 눈에 보이지 않습니다.
2010년대에 캘리포니아 공과대학(California Institute of Technology)의 지구물리학자인 잭 로스(Zach Ross)는 지진 발견 과정을 개선하기를 원했습니다. 그는 10년 동안 캘리포니아 전역에서 녹음된 다양한 지진 교향곡에 대한 기계 학습 프로그램을 교육했습니다. 궁극적으로 이 프로그램은 인간이 주도한 지진 조사에서 발견할 수 있었던 것보다 10배 더 많은 진동을 식별했습니다. 그 결과, 캘리포니아 전역에서 이전에는 볼 수 없었던 단층 네트워크가 불꽃처럼 불타올랐습니다.
다음으로 Ross는 하와이 데이터에 대한 지진 발견 알고리즘의 새로운 고급 버전을 시도했습니다. 하와이는 아이슬란드와 마찬가지로 화산으로 가득 차 있습니다. 많은 것들이 멸종되었거나 휴면 상태에 있지만, 그 중 킬라우에아(Kīlauea)와 마우나 로아(Mauna Loa) 두 개는 여전히 파괴적이고 치명적인 폭발을 일으킬 수 있습니다.
화산학자들은 킬라우에아와 마우나 로아가 독립적으로 활동했다고 의심했습니다. 분출된 용암의 화학적 성질은 이보다 더 다를 수 없었고, 한 곳의 분출이 다른 곳의 분출이 다른 곳에 영향을 미칠 수 있다는 강력한 증거도 없었습니다.
2019년에는 파할라(Pāhala) 마을 깊은 곳 킬라우에아(Kīlauea) 근처에서 지진 활동의 소용돌이가 일어났습니다. Ross는 3D 지도를 생성하기 위해 흔들림에 대한 기록을 자신의 알고리즘에 입력했습니다. 그 과정에서 그는 거대한 통로 시스템을 발견했습니다.
2001년 산토리니의 화산 분화구를 방문하는 등산객들.
Wikimedia Commons를 통한 Rolfsteinar
이 마그마 순환 시스템의 중심에는 파할라 암상 복합체(Pāhala sill complex)라고 불리는 일련의 수평 저수지가 있었습니다. 그 저수지에서 두 개의 동맥이 갈라져 하나는 킬라우에아로 이어지고 다른 하나는 마우나 로아로 연결됩니다. Ross는 “내 사무실에서 처음 그것을 봤을 때 우리 모두가 어떻게 반응했는지 아주 분명하게 기억합니다.”라고 말했습니다. “정말 충격적이었어요.”
두 사람이 더 깊은 마그마 소스를 공유했지만 화학적으로 다른 두 가지 유형의 용암이 분출되었다는 생각은 사람들을 "정말 불편하게 만들었습니다"라고 Roman은 말했습니다. 그러나 지진의 증거는 무시할 수 없었습니다. 서로 결합된 것 같습니다.
그들의 연결은 다른 것처럼 보입니다. 다른 결합 화산과 비교할 때 더 수은이 많고 변화하기 쉽습니다. 때로는 아이슬란드의 화산과 마찬가지로 하와이의 화산도 번갈아 분출합니다. 이는 하나의 화산이 공유된 원천에서 마그마를 너무 적극적으로 두드려서 다른 화산이 추출할 수 있는 것이 많지 않기 때문일 수 있습니다. 그러나 다른 경우에는 두 가지가 동시에 분출됩니다. 이는 두 화산을 연결하는 마그마 심장이 너무 많은 마그마로 가득 차서 두 화산이 모두 "즙을 내는" 것이기 때문일 수 있다고 Roman은 말했습니다.
대화 참여
산토리니는 격렬한 화산 활동을 겪었던 C자 모양의 그리스 섬입니다. 대략 기원전 1600년에 일어난 가장 재앙적인 화산 폭발은 항해를 하던 미노아 문명의 종말에 기여했습니다. 오늘날 두 개의 작은 새로운 화산이 만에서 자라나고 있으며, 무시무시한 쓰나미와 질식하는 가스 구름을 생성할 수 있는 콜롬보(Kolumbo)라는 또 다른 화산이 바로 앞바다 물속에 숨어 있습니다.
당연히 이 지역은 과학자들에 의해 포괄적으로 모니터링됩니다. 2024년에는 Multi-Marex라는 새로운 독일-그리스 벤처 기업이 육지뿐만 아니라 산토리니 주변의 해저에도 여러 층의 센서를 설치하기 시작했습니다. Woods Hole Oceanographic Institution의 화산학자인 Jonas Preine은 이러한 노력이 거의 즉각적으로 성과를 거두었다고 말했습니다. 우연히 2025년 1월 말, 지역이 소름끼치기 시작했습니다.
대규모 지진이 산토리니를 뒤흔들었고, 많은 주민들이 화산 폭발을 두려워하여 대피했습니다. 프레인은 “주민들이 너무 걱정했다”고 말했다. 그러나 몇 주 후에 지진이 줄어들었습니다. 동시에 산토리니와 콜롬보는 모두 위축되었습니다.
무슨 일이 일어났나요? 에게해의 구조적 구조는 복잡하고, 교차하는 단층과 무수한 화산으로 가득 차 있어 깊은 곳에서 일어나는 일을 해결하기가 극도로 어렵습니다. 그러나 기계 학습의 도움으로 Multi-Marex 데이터를 분석하는 과학자들은 신속하게 다음과 같은 설명을 내놓았습니다. 마그마의 흐름이 매우 깊은 곳에서 표면 아래 불과 3km 정도까지 솟아올랐습니다. 마그마는 표면까지 뚫고 나올 만큼 충분한 추진력을 갖고 있지 않았지만, 녹은 암석의 일부를 다른 곳에서 빌려온 것처럼 보였습니다.
지각에 있는 또 다른 마그마 저장소는 콜룸보에 공급되는 것으로 생각되었으며, 매장량이 고갈됨에 따라 수축되었습니다. 이것은 분명히 화산 결합의 또 다른 사례처럼 보였습니다. 팀은 그들의 향상된 이해가 산토리니와 콜롬보의 미래 화산 활동에 대한 보다 정확한 예측으로 이어지기를 바라고 있습니다.
그리스와 하와이, 그리고 중앙아프리카와 일본과 같은 다른 지역에서 연구자들은 차례로 분출하거나 동시에 분출하는 것을 포함하여 다양한 연결된 행동을 나타낼 수 있는 차세대 결합 화산 세트를 찾고 있습니다. 이제 그들은 결합된 화산이 반드시 동일한 유형의 용암이나 동일한 유형의 분출을 생성하지 않는다는 것을 알고 있습니다. 그리고 그들은 마그마가 표면까지 얼마나 멀리 이동할 수 있는지, 그리고 연결된 화산 사이의 연결이 얼마나 깊은지를 과소평가하지 않는다는 것을 알고 있습니다.
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