옐로스톤은 세계 최초의 국립공원입니다. 경기도 크기와 맞먹을 만큼 넓습니다. 옐로스톤은 슈퍼볼케이노 때문에 형성된 것으로 알려졌는데요. 자료를 종합하면 옐로스톤 지하에 남한 면적의 3배에 달하는 엄청난 양의 마그마가 흐르고 있습니다.
여기서 슈퍼볼케이노란 '슈퍼화산'이라고도 합니다. 폭발할 때 마그마와 화산재가 1,000㎦ 이상으로 분출되는 것으로 추정되는 초대형 화산을 가리킵니다.
과거 전문가들은 옐로스톤이 폭발할 경우 미국 영토의 3분의 2가 초토화될 수 있다고 경고한 바 있습니다. 옐로스톤을 만든 슈퍼볼케이노가 폭발할 경우 화산 분출로 인한 직접적인 피해 뿐 아니라 이산화황에 의한 산성비, 화산재가 태양 빛을 차단하면서 생기는 2차 피해 등도 생명체를 초토화시킬 수 있다는 겁니다.
그런데 이렇게 무시무시한 옐로스톤 슈퍼볼케이노가 애초에 지질학적으로 어떻게 조성된 건지에 대한 새로운 관점이 제시돼 학계의 이목을 끌고 있습니다. 옐로스톤이 슈퍼볼케이노로 만들어졌다는 건 기존과 새 가설 둘 다 동일합니다. 그 슈퍼볼케이노가 어떤 요인 때문에 만들어졌는가가 차이점인데요.
기존 가설, '맨틀플룸(matle plume)' 모델
지금까지 과학자들은 옐로스톤을 만든 슈퍼볼케이노가 열점(Hot spot) 때문에 만들어졌다고 생각했습니다. 열점으로 인한 화산분출은 오늘날에도 볼 수 있습니다. 현재까지도 격렬하게 폭발하고 있는 하와이의 킬라우에아 화산이 그 예입니다.
열점(Hot spot)은 맨틀과 외핵 경계 바로 윗부분인 깊은 맨틀에서 올라오는 대규모의 마그마, 즉 '맨틀플룸' 때문에 분출됩니다. 옐로스톤 슈퍼볼케이노 지대에서 맨틀플룸을 찾는다면 열점을 통해 슈퍼볼케이노가 만들어졌다는 가설이 입증되겠죠? 이게 바로 '맨틀플룸(matle plume)' 모델입니다.
그래서 과학자들은 열점의 열 공급원, 열원을 찾고자 노력했습니다. 이를 위해 토모그래피(tomography), 즉 X-ray를 이용해 땅 속을 들여다 봤는데요. 조사 결과 옐로스톤 슈퍼볼케이노 아래에는 맨틀 깊은 곳까지 연결된 플룸구조가 없었습니다. 그렇다면 열점 때문에 옐로스톤 슈퍼볼케이노가 만들어진 게 아니라는 걸까요? 아직까지 학계는 유보적인 입장으로 보입니다.
새 가설, '거대한 해양판' 때문?
버지니아 공대 Ying Zhou 교수가 옐로스톤 슈퍼볼케이노가 3천만 년 전 북미판 아래로 가라앉은 거대한 해양판 때문에 생긴 거라는 새로운 가설을 내놓았는데요.
연구팀은 지진 데이터를 이용해 옐로스톤 지각 내부의 이미지를 재구성합니다. 그 과정에서 지하 400~640km 부근의 이상 현상을 발견했습니다. 이 현상은 수백만년 전 북미판 아래로 가라앉은 오래된 해양지각이 부서지면서 떨어져 나온 판의 일부였습니다.
연구팀은 해양판이 가라앉으며 부서졌고, 그 과정에서 부서진 판의 일부가 맨틀의 뜨거운 물질들을 동요(perturbations)시키며 표면으로 밀어 올렸을 것이라고 생각했습니다. 그 결과 엄청난 양의 마그마가 지표로 분출하면서 슈퍼볼케이노를 만들었고, 그 결과 옐로스톤이 만들어졌다는 설명입니다.
정리하자면, 3천만년 전 북미판 아래로 고대 해양판인 패럴론판(Farallon plate)이 침강했고, 패럴론판이 부서지며 맨틀암석을 동요(perturbations)시켰습니다. 이로 인한 1,600만년 전 대규모 화산폭발로 옐로스톤이 조성됐다는 흐름입니다.
Ying Zhou 교수는 앞으로 후속연구를 통해 "지하의 암석에 대한 자세한 이미지를 얻기 위해 X-ray 해상도를 높이고, 컴퓨터 시뮬레이션을 사용해 고대의 해양판이 분열되는 것을 재현하고자 한다"며 "그 과정에서 어떻게 옐로스톤의 마그마가 공급됐는지에 대한 시나리오를 시험할 것"이라고 전했습니다.
한편, 기존의 플룸모델(plume model)은 미국 중서부에 걸쳐 존재하는 오레곤, 아이다호 및 와이오밍의 옐로스톤 열점 통로에 대해 설명하는 데 적합하다는 분석인데요. 따라서 플룸모델과 새롭게 밝혀진 두 가설 모두 옐로스톤의 슈퍼볼케이노 기원 연구에 이용될 수 있을 것으로 보입니다. 이번 연구는 <Nature Geoscience>에 게재됐습니다.
##참고자료##
Ying Zhou. Anomalous mantle transition zone beneath the Yellowstone hotspot track. Nature Geoscience, 2018; 11 (6): 449 DOI: 10.1038/s41561-018-0126-4
