"논문을 분석해서 작성하였으며 참고 자료로는 시뮬레이션에 의한 백두산 화산분출 영향분석, 백두산 천지 화산의 화산재 확산과 침적 모델링을 위한 개념적 설계 외 2개 이상을 분석하여 블로그 및 유튜브 콘텐츠를 기획했으며, 일반적으로 돌아다니는 찌라시보다는 훨씬 신뢰성 있을 거라고 생각합니다. 끝까지 읽어주세요!"
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화산폭발지수는 (Volcanic Explosivity Index)라고하며 화산폭발의 크기를 지수별로 나타낸 것으로, 폭발성, 화산재의 부피와 높이에 따라 0부터 8까지 총 9단계로 나누어져 있습니다.
화산폭발지수에 따라 분출물의 양과 분화재의 높이 그리고 그에 대한 사례가 무엇이 있는지 알아보겠습니다.
일단 일반적인 화산은 왜 폭발하지?
가만히 있는 화산은 폭발하지 않습니다. 어떠한 행위에는 결과가 있듯, 화산폭발은 원인이 아니라 결과일 수 밖에 없습니다. 따라서, 원초적으로 돌아가 화산이 폭발하는 근본적인 이유는 이유에 대해서 알아보겠습니다.
화산은 지구의 지각을 형성하는 지각판의 움직임과 상호 작용으로 인해 분출합니다. 지구의 지각은 그 아래의 맨틀층에 떠 있는 여러 개의 큰 판으로 구성되어 있으며 이 판들은 서로 떨어져 나가거나 충돌하거나 미끄러져 지나갈 수 있습니다.
두 개의 판이 충돌할 때 한 판이 다른 판 아래로 밀려 들어갈 수 있는데, 이를 섭입이라고 합니다.
섭입판이 지구 깊숙이 들어갈수록 높은 압력과 온도로 인해 녹기 시작하고 녹은 암석(마그마)이 지구 표면을 향해 상승합니다.
마그마가 표면에 도달하면 화산 폭발로 분출할 수 있습니다. 분출의 유형은 마그마의 구성, 가스 함량, 마그마의 점도(두께) 등 여러 요인에 따라 달라집니다. 마그마의 점도와 가스 함량이 낮으면 용암이 화산 밖으로 흘러나오는 부드러운 분출로 분출할 수 있습니다.
<화산폭발지수에 따른 영향 및 사례>
| 화산폭발지수 | 분출물의 양 | 상황 | 분화재의 높이 | 사례 |
| 0 | 분출물 < 10,000㎥ | 비폭발적 | 100m이하 | 마우라로라 화산 |
| 1 | 분출물 > 10,000㎥ | 소규모 | 100m<분화재 높이<1,000m | 스트롬볼리 화산 |
| 2 | 분출물 > 1,000,000㎥ | 중간규모 | 1km<분화재 높이<5km | 칼레라스 화산(1993년) |
| 3 | 분출물 > 10,000,000㎥ | 대규모 | 3km<분화재 높이<15km | 코략스카야 화산 통가 화산(2022년) |
| 4 | 분출물 > 0.1㎦ | 매우 대규모 | 10km<분화재 높이<25km | 몽펠레 화산(1902년) |
| 5 | 분출물 > 1㎦ | 초대규모 | 분화재 높이 25km 이상 | 세인트헬렌스 화산(1980년) |
| 6 | 분출물 > 10㎦ | 파국적 | 분화재 높이 25km 이상 | 피나투보 화산(1991년) |
| 7 | 분출물 > 100㎦ | 매우 파국적 | 분화재 높이 25km 이상 | 탐보라 화산(1815년) 백두산 분화(약 960년) |
| 8 | 분출물 > 1,000㎦ | 초파국적 | 분화재 높이 25km 이상 | 토바 화산(74,000년 전) |
그렇다면 백두산이 이러한 일반적인 화산 폭발에 속할까?
이제부터 왜 폭발하고 백두산 폭발의 범위는 어느정도 인지에 대해서 자세하게 알아보겠습니다.
그래서 백두산은 왜 폭발하고 그 범위는 어떻게 된데?
그래서 백두산이 폭발하고 말고 백두산 화산에 대해서 간략하게 설명하자면, 백두산 화산은 북단의 중국과 북한의 국격에 위치하고 있습니다. 그리고 백두산 화산 3번의 주요 분화 단계를 거쳐 형성되었습니다.
- 순상화산 형성 단계에서 총 면적 약 2만㎢가 현무암을 덮였으며,
- 반경 8~14km, 높이 3,500km 조면 암질 성층화산이 형성되었고,
- 마지막으로 이그님브라이트 형성 분화 단계(밀레니엄 분화) 5km의 천지 칼데라 형성되었습니다.
이때 이후, 백두산 천지 호수는 장경이 3.4km~4.4km이고 최대 수심은 373m이며, 내부에 약 20억 톤의 물을 저장하고 있습니다. 그리고 용암류는 북한과 중국 약 100km 반경으로 분포하고 있으며 그 면적은 13,819㎢로 용암지형을 형성하고 있습니다.
현재 연구에 의하면 백두산 화산활동을 유발하는 마그마의 성인은 북서태평양 섭입대에서의 해양판의 영향을 받지 않은 판내부의 자체구조적 위치에서 맨틀 내부에서 고온의 연약권 물질의 용승에 의해 형성된 것으로 백두산은 열점화산(마그마가 물속에 침전하여 생성되는 화산: 지진, 온천 영향)에 해당됩니다.
<마그마 방 위치 설명을 위한 자료>
그렇다면 백두산이 폭발한다는 증거는 있는가?
지진파 분석에서 천지 지하 10~12km에 달하는 마그마 방이 발견되었습니다. 이는 천지 지하 2~5km 하부에서 화산활동이 월 250회로 증가, 외륜산 붕괴, 화산가스 분출, 지형이동(약 45~50mm/년), 온천수 수온 상승의 사례로 마그마 방의 실체를 뒷받침하는 근거로 활용되고 있습니다.
백두산 지역과 동북아시아 지진 p파를 분석한 결과 백두산을 중심으로 지하 10km, 20km, 28km, 32km에 존재하며, 점점 표층으로 상승할 가능성이 제기되고 있습니다. 사실 큰 지진이 지속적으로 마그마가 표층으로 나오는 걸 지지해주고 있습니다. 우리는 지진이 일어나지 않기를 기도해야 되는데 얼마 전에 튀르키예에서 엄청난 지진이 발생하여 백두산에 어떤 영향을 줄지 걱정이 되기는 합니다.
종합적으로 볼 때, 백두산은 현존 지구상의 화산체 중 폭발력이 7.4급으로 위협적인 것으로 보고 있습니다. 과거 1702년 백두산 폭발 지수는 5급으로 백두산에서 약 110km 떨어진 함경도 부령, 경성 지역에서 3cm 강하화산재를 퇴적시켰었던 기록이 존재합니다.
논문 1. 백두산 천지 화산의 화산재 확산과 침적 모델링을 위한 개념적 설계
백두산이 폭발하게 되면 봄, 여름, 가을, 겨울철에 발생한 백두산 폭발 화산재가 한반도로 남부로 남하할 확률이 28%로 나타났다. 화산재가 편서풍을 타고 함경도를 지나 동해를 건너 일본 열도로 진출될 수 있다.
가정 1. 분화율이 크다는 것은 대기 중으로 보다 많은 화산재를 방출하고 화산재가 점차적으로 더 많이 퍼져나가는 것으로 간주한다.
가정 2. 분화 지속시간이 길다는 것은 대기 중으로 보다 많은 화산재를 방출하고 화산재가 점차적으로 더 많이 퍼져나가는 것으로 간주한다.
가정 3. 분연주가 더 높다는 것은 화산재가 더 많이 퍼져나가는 것으로 간주한다.
가정 4. 대기 중의 풍속이 세다는 것은 화산재가 더 멀리 퍼져나가는 것으로 간주한다.
(근거 : Parfitt and Wilson, Martin_(2008/2009) 분화 물질이 더 많다는 것은 확산되는 화산재가 더 많이 방출된다는 것을 의미 등)
또한, 백두산이 폭발할 경우 대기에 영향을 많이 받게되는데 이를 간단하게 설명하면, 백두산 지역에 서풍이 불다가 북풍 계열의 북풍 계열의 바람(북풍 또는 북동풍)이 유입되면 화산재는 남한으로 확 살 될 가능성이 충분하다. 그런데 최근 3년간의 기상장 분석 결과 약 28%로 계산되었다.
논문 2. 시뮬레이션에 의한 백두산 화산분출 영향범위 분석
논문에 의하면(계절에 따른 방향 제한 존재) 백두산 화산 폭발지수는 7이며, 9시간 만에 울룽도까지 퍼질 것으로 예상된다.
화산재의 높이는 12km까지 시뮬레이션 되었으며, 분출시간은 9시간, 분출 높이는 500m, 최대범위는 500km로 예상됐다.
또한, 화산재가 한국으로 향한다면, 서울, 경기, 강원도 지역은 화산재 영향권에 들 수 있으며, 북서계절풍에 따라 지속적으로 확산된다면 24시간 후에는 일본열도를 통과한다.
또한, 용암류는 55km 반경 어느 지역에도 영향을 미칠 수 있다. 다만, 시뮬레이션 결과에 의한 중국 쪽으로 흘러갈 가능성이 높다.
(1) 용암류 확산 모델 적용
(2) 바람의 속도, 방향, 성츨권 대류, 화산재 입자의 크기, 대기밀도 등을 고려한 모델링
화산 폭발지수별 피해 범위는?
화산이 폭발하면 그동안 있었던 화산 폭발지수에 따른 예상 범위의 피해에 대한 간략한 이해는 다음과 같습니다.
- 화산 폭발지수가 1인 경우 화산 폭발은 상대적으로 적은 양의 화산재와 용암이 생성되는 경미한 폭발을 한다. 또한, 화산재 분출 범위는 일반적으로 화산 바로 근처이며 몇 킬로미터 이내로 제한될 가능성이 높다. 이때 화산재 분출량이 1,000m 이내인 경우 항공 운항에 영향을 미칠 수 있으며, 농작물에 피해를 초래할 수 있다. (비행기의 경후 10,000m~12,000m에서 운행)
- 화산 폭발지수 3인 경우(통가 화산 폭발) 화산재의 분출재 높이는 12km 분출되었을 것으로 추정하고 있으며, 화산재의 분출 범위는 65km~100km 떨어진 곳에서 발견되었다.
- 화산 폭발지수 6인 경우(20세기 최대 화산 폭발 : 피나투보 화산) 필리핀에 위치한 피나투보 화산은 남중국해와 태평양까지 20만㎢이상 바람에 실려 퇴적되었다. 이로 인해 지구 표면이 일시적으로 섭씨 0.5도 냉각되었다.
- 화산 폭발지수 7인 경우(약 960년 백두산 폭발) 한반도는 물론 한반도에서 1,000km이상 떨어진 곳에서도 화산재가 발견될 가능성이 높다. 화산재 분출재 높이는 25km 이상이다.
현재 시뮬레이션 또는 마그마 방 등 종합적인 관점에서 따져 볼 때 백두산이 폭발하면 규모 7급으로 보고 있는데, 분화한 화산재가 성층권까지 도달하고 제트류와 같은 매우 빠른 풍속과 관련된다면, 화산재의 이동을 시뮬레이션할 수 없지만 이전에 밀레니엄 분화의 경험으로 비추어 볼 때, 강화화산재가 약 2,000km 이상 떨어진 쿠릴 열도 해구에서까지 흘러가지 않을까 생각될 수 있습니다.
단순히 강하화산재일까? 이 강화화산재는 인체에 굉장히 해롭습니다.
강하화산재는 무엇이지? 얼마나 인체에 해로워?
백두산의 강하화산재는 다른 유명한 화산들에서 발생되는 일반적인 암질과는 다른 고규장질 화산재가 포함되어 있는데 이는 고온의 실리카 결정인 크리스토발라이트가 상당량 포함되어 있습니다.
고온의 실리카 결정인 크리스토빌라이트는 특정한 산업 공정에서 발견되는 물질인데, 이 먼지를 흡입하면 폐와 호흡기에 영향을 주는 규폐증을 유발합니다. 장시간 흡입할 경우 혹은 노출될 경우 폐암으로 사망할 수 있습니다. 이 경우 산업현장에서 사용되는 보호장비를 착용하여야 할 정도로 심각합니다.
그리고 참고로 이러한 강하화산재의 확산으로 아주 적은 소량만으로 아주 짧은 시간의 노출만으로도 항공기의 엔진은 맛탱이 갈 수 있고 알려져 있을 만큼의 미세먼지라고 생각하면 좋을 것 같습니다.(Peterson and Dean_2008)
그래서 결론, 백두산에서 발생한 지진, 온천수 온도 상승, 화산 가스 등에 대한 정보를 종합하면 백두산이 활동 기에 접어들었다는 것을 의미하고 있습니다. 백두산이 분화한다는 사실에 대해서는 학자들 사이에 이견이 없다.
다만, 언제 분화하느냐는 지질기록의 부족으로 의견이 다양하며 가을에서 봄 사이 북서계절 풍이 부는 계절일 경우(의견a) 용암류는 중국 쪽으로 55km 흘러가며, 화산재는 북서계절풍의 영향으로 북한 쪽으로 퇴적되는데, 9시간 동안 23,200㎢로 확산되며, 500km 떨어진 울릉도 인근까지 도달할 가능성이 높습니다.
모델링에 대한 가정을 종합해서 보면 화산재가 2만㎢는 영향을 미칠 것으로 예상되나 FS공상과학영화에서 나오는 것처럼 지구가 둘로 쪼개지거나 화산 폭발로 땅이 갈라지는 현상은 일어나지 않을 것으로 판단됩니다.
