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成 層 火 山 / Stratovolcano / Composite volcano
1. 개요
▲ 성층 화산의 교과서적인 모습을 보여주는 필리핀의 마욘 화산 (Mt. Mayon).
화산체(Volcanic bodies)의 일종이다. 여러 차례 분출하여 어느 정도 크기로 성장한 화산체 중 비교적 경사가 급하고 기저면이 좁은 원뿔 모양을 한다. 용암류와 화산재 퇴적 등이 복합적으로 쌓이면서[1] 모양을 갖춰나가게 된다. 복합 화산(composite volcano)이라고도 한다.[2]
대부분 매체에서 묘사되는 거의 기본적인 화산의 모습이라고 봐도 무방하다.
2. 주요 성질
2.1. 구조 및 분출 양상
성층 화산의 전형적인 모습은 원뿔 모양의, 홀로 우뚝 솟은 산 형태이다. 중앙에서 분출된 물질이 주변에 누적되면서 산 모양을 만들어간 것이다. 크기는 작게는 높이 수백 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 칼데라가 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 올라타 있는 것이다. 유명한 많은 화산들이 이런 구조를 갖고 있다. 당장 백두산도 산 아래에 넓은 현무암질 대지와 순상 화산체가 있다.
성층 화산은 보통 산의 정상부 혹은 그 근처에서 주기적으로 분출이 일어난다. 대부분 용암, 화산재, 부석(pumice) 내지는 화산탄이 화산 가스와 함께 뿜어져 나오게 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 성층 화산 중에서 스트롬볼리식 분출이 일어나는 경우, 산 정상이나 인근에 분석구(cinder cones)가 발달하게 된다.[3] 이런 분출이 반복 퇴적 되면서 산이 성장해 나가는 것. 사람들의 편견과는 달리 성층 화산도 상당히 용암을 많이 흘려보낸다. 높이가 3천 미터가 넘는 화산들도 용암류가 흔하게 퇴적된다. 당장 성층 화산 모양의 교과서라고 말하는 후지 화산도 최근 분출은 주로 용암류로 구성되어 있다.
그러나 가끔, 정말 가끔 성층 화산의 분출은 재앙 그 자체가 된다. 세계에서 일어난 대부분의 끔찍한 화산 재난은 성층 화산이 일으킨 결과다. 성층 화산은 (성분 항목에서 볼 수 있듯이) 꽤 진화한 마그마가 그 공급원인 경우가 많다. 또한 섭입대에서 성층 화산이 잘 발달하기 때문에 유체의 함량도 많다.[4] 그리고 성층 화산은 마그마의 공급이 원활하지 않아 휴지기를 갖는 경우가 자주 있다. 이때 누적된 마그마의 압력과 에너지가 휴지기를 끝마치면서 터져나오게 되는데, 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, 전 지구 온도와 기후에 영향을 미치거나, 경제 활동에 심각한 피해를 주는[8] 등 재난을 일으킨다. 이 때문에 보통 화산을 감시하고 피해를 최소화시키려는 노력은 성층 화산에 집중되고 있다.
▲ 스트롬볼리식 분출을 일으키고 있는 마욘 화산. (2009년)
▲ 불칸식 분출을 일으키는 마욘 화산. (2014년)
▲ 플리니식 분출을 일으키는 마욘 화산 (1984년)
2.2. 성분과 분포
성층 화산에서 발견되는 용암의 성분은 현무암에서 유문암에 이르기까지 다양하지만, 부피의 상당 부분은 중성질 암석이 차지한다. 성층 화산이 대부분 섭입대 환경에서 만들어지기 때문에, 성층 화산 대부분은 사실상 안산암과 석영 안산암질 성분이 전형적이다. 평균적으로 점도가 꽤 높은 마그마가 꽤 많은 양을 차지하는 것이다. 드물지만 알칼리 성분(나트륨과 칼륨)이 풍부한 마그마는 조면안산암 내지는 조면암, 향암 계통의 암석들이 누적된다. 다만, 성층 화산이라는 작은 원뿔을 떠받드는 큰 화산암 기저는 현무암 대지인 경우가 제법 많다. 백두산 역시 산체 밑으로 넓은 현무암 기저가 있다. 이 때문에 성층 화산은 완만한 경사를 이루는 기저와 가파른 원뿔대 모양 본체로 구성됨이 전형적이다.보통 가스 함량이 상대적으로 많아 불칸상이나 스트롬볼리상 분출을 유도하는 마그마를 만들 수 있고, 마그마의 공급이 지속적으로 유지되지만 지각이 두꺼워 마그마의 분화 과정(differentiation process)이 활발한 곳이 성층 화산이 발달하기 용이한 환경이다.[9] 가스 함량이 상대적으로 높게 유지되면서 마그마가 한곳에 지속적으로 공급되는 환경은 물에 의해 용융이 일어나는 섭입대이며, 이 때문에 성층 화산은 섭입대의 상징과 같다.
섭입대는 일렬로 늘어선 성층 화산이 특징적인 곳이다. 대표적인 지역은 일본, 미국 서부 캐스케이드산맥,[10], 알류산 열도, 필리핀, 안데스산맥, 이탈리아 인근의 에올리언 화산호,[11] 마리아나 화산호, 인도네시아, 헬레네 화산호 등이 있다.
3. 대표적인 예
- 마욘 화산
- 후지산
- 에트나 화산
- 피나투보 화산
- 백두산
- 울릉도[12]
- 독도[13]
- 사쿠라지마
- 베수비오산
- 스트롬볼리 화산
- 에레보스 화산
- 오호스 델 살라도
- 세인트 헬렌스 화산
- 레이니어 산(Mt. Rainier)
- 멜버른 화산
- 킬리만자로 산
- 케냐 화산
- 운젠 화산
- 크라카타우 화산 및 아낙 크라카토아
- 크로노츠카야 화산
- 클류쳅스카야 화산
- 탐보라 화산
- 후드 화산(Mt. Hood)
[1]
그래서 성층(strato-)이라는 단어가 사용된다.
[2]
초창기 복합 화산에 대한 단면 모델을 만들 때, 화산재층과 용암층이 번갈아 가면서 산체를 쌓는다고 생각하여 '성층 화산'이라는 단어를 도입했다. 그러나 실제로 성층 화산이 '성층화'된 경우는 드물다. 보통은 다양한 분출물이 여러 겹 여기저기 덧붙여 쌓이지만, 이 구조가 '성층'은 아니다. 그래서 복잡한 구조가 누적되면서 만들어졌다 하여 '복합 화산'이라는 단어를 쓰기로 했다. 성층 화산은 비록 과거에 쓰여서 대중들에게 더 익숙한 단어이지만, 학술적으로 더 '정확'한 용어는 복합 화산이다.
[3]
에트나 화산이 대표적.
[4]
쉽게 말해 화산 가스가 많다는 뜻이다.
[5]
베수비오 화산 분출을 묘사한
고대 로마의 박물학자
대 플리니우스의 이름을 따서 만든 이름.
[6]
크라카토아, 탐보라 화산 등의 대규모 분출 때는 인근 지대의 민족들이 쓸려나가면서 사라져 버렸다.
[7]
무려 폭발의 충격파만으로 16km 내 사람들의 고막이 터졌다.
[8]
2010년 에이야프얄라요쿨 화산 분출이 대표적 사례.
[9]
마그마의 재공급이 너무 활발하거나 지각이 얇아 분화가 충분히 일어나지 못하면 현무암질 용암만이 분출하면서 순상 화산체가 형성된다.
[10]
후드산, 세인트 헬렌즈, 레이니어 등 유명하고 아름다운 화산들이 다수 분포한다.
[11]
스트롬볼리, 불칸 등 화산이 여기에 있다.
[12]
높이 3,000 m에 달하는 커다란 성층 화산체이다. 다만 대부분의 산체가 물속에 있을 뿐....
[13]
실제로는 울릉도에 맞먹는 큰 성층 화산체이나, 분출 시기가 오래되어 물 위는 대부분이 풍화되어 없어져 현재는 작은 섬만이 노출되어 있다.