연구 결과: 일본 기카이 초화산이 마그마 저장고를 다시 채우고 있다

고베대학교 연구진에 따르면 지구에서 가장 강력한 초화산 가운데 하나가 거대 분화가 일어난 지 수천 년이 지난 지금 지하 마그마 저장고를 서서히 다시 채우고 있다. 약 7,300년 전 분화한 일본 기카이 칼데라 아래의 지진 탐사에서 신선한 마그마가 그곳에 쌓이고 있다는 증거가 발견되었다. 이 연구는 Communications Earth & Environment에 실렸다.

기카이가 유용한 실험실인 이유

어떤 분화는 너무 많은 마그마를 내보내 비워진 저장고 위의 암석이 무너져 칼데라라 불리는 넓고 얕은 함몰지를 남긴다. 미국의 옐로스톤, 인도네시아의 토바, 그리고 기카이가 그 예다. 기카이의 마지막 거대 분화는 약 7,300년 전에 일어났으며, 약 1만 1,700년 전에 시작된 지질 시대인 홀로세에 알려진 가장 큰 화산 분화였다. 분출된 마그마는 뉴욕 센트럴파크를 약 12킬로미터(7.5마일) 두께의 층으로 묻기에 충분한 양이었을 것이다.

과학자들은 거대 칼데라 화산이 두 번 이상 분화할 수 있다는 것은 알지만, 그렇게 막대한 양의 마그마가 어떻게 쌓이는지는 거의 이해하지 못하고 있어 미래의 분화를 예측하기 어렵다. “거대 칼데라 분화가 어떻게 일어나는지 이해하려면 그렇게 많은 양의 마그마가 어떻게 쌓일 수 있는지 이해해야 합니다.” 고베대학교 지구물리학자 세아마 노부카즈(Nobukazu Seama)는 말한다. 기카이의 대부분은 바다 밑에 있는데, 이것이 오히려 이점이 된다. “수중에 있다는 점 덕분에 체계적인 대규모 탐사를 수행할 수 있습니다.”라고 세아마는 설명한다.

지각에 귀 기울이기

연구팀은 일본 해양연구개발기구(JAMSTEC)와 함께 에어건 배열을 사용해 해저 아래 지각으로 지진 펄스를 보냈다. 해저 지진계라는 장비가 파동이 어떻게 전달되는지 기록했다. 지진파는 고체 암석을 지날 때와 용융 물질이 있는 영역을 지날 때 움직임이 다르므로, 이 기록은 직접 관찰할 수 없는 구조를 드러낸다.

분석 결과, 7,300년 전 분화 지점 바로 아래에서 마그마 비율이 높은 상당한 영역이 확인되었다. 그 위치와 범위는 이것이 당시 분화에 관여한 것과 같은 마그마 저장 시스템임을 시사한다. “범위와 위치로 볼 때 이것이 실제로 이전 분화 때와 같은 마그마 저장고라는 것은 분명합니다.”라고 세아마는 말한다.

남은 것이 아니라 새로운 마그마

이전 연구에서는 칼데라 중심 근처에서 용암 돔이 지난 약 3,900년 동안 자라 왔다는 사실이 밝혀졌고, 화학 분석 결과 돔과 다른 최근 활동의 물질은 거대 분화가 방출한 물질과 조성이 다른 것으로 나타났다. 이는 지금 돔 아래에 저장된 마그마가 분화에서 남은 것이 아니라 지각이나 맨틀 깊은 곳에서 새로 주입된 용융 암석에서 왔음을 시사한다. “이는 현재 용암 돔 아래 마그마 저장고에 있는 마그마가 새로 주입된 마그마일 가능성이 높다는 뜻입니다.”라고 세아마는 요약한다.

다른 초화산에 주는 시사점

연구진은 이 재주입 모델이 옐로스톤과 토바 같은 다른 거대 칼데라 아래에 존재하는 크고 얕은 마그마 저장고와 일치한다고 말한다. 마그마가 다시 채워진다고 해서 또 다른 파국적 분화가 임박했다는 뜻은 아니다. 이는 저장고가 수천 년에 걸쳐 어떻게 다시 만들어질 수 있는지를 보여 주며, 과학자들이 초화산의 장기적 거동을 평가하려면 먼저 이를 이해해야 한다.

연구팀은 이제 마그마의 이동과 저장을 더 자세히 연구하기 위해 지진 탐사 방법을 개선하려 한다. “우리의 궁극적인 목표는 미래의 거대 분화에 대한 중요한 지표를 더 잘 모니터링할 수 있게 되는 것입니다.”라고 세아마는 말한다. 이 연구는 일본 문부과학성(MEXT)과 일본학술진흥회의 지원을 받았다.

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