화산 형성 새로운 스타일 '버뮤다서 발견'
화산 형성 새로운 스타일 '버뮤다서 발견'
  • 함예솔
  • 승인 2019.06.09 15:50
  • 조회수 2178
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버뮤다의 아름다운 바다. 출처: pixabay
버뮤다의 아름다운 바다. 출처: pixabay

대서양의 버뮤다(Bermuda)는 이 지역을 지나는 수많은 항공기와 선박들이 사라졌다는 이유로 악명 높은 '버뮤다 삼각지대'로 잘 알려졌습니다. 그런데 최근 <Nature>에 게재된 새로운 연구에 따르면 과학자들이 이 지역에서 채취한 샘플에서 화산이 만들어지는 새로운 기작을 발견했다고 합니다. 전이대(transition zone) 구간에서 초고온의 물질들이 지표로 상승해 화산을 형성할 수 있다는 점을 발견했습니다.

 

참고로 전이대(transition zone)는 지표 아래 약 400~640km 지점, 상부맨틀과 하부맨틀이 접해있는 구간입니다. 참고로 상부맨틀은 주로 감람암(peridotite)로 구성된 반면 하부맨틀은 브리지머나이트(bridgmanite) 광물이 풍부하며 마그네슘-산화철 페로페리클레이스(ferropericlase) 광물이 많습니다. 또한 상부맨틀과 하부맨틀은 온도와 압력 역시 다르다고 합니다. 

버뮤다는 독특한 화산 역사를 가지고 있다. 전이대에서 유래한 마그마 물질이 이 화산섬의 기반을 만들어냈다. 출처:Cornell University
버뮤다는 독특한 화산 역사를 가지고 있다. 전이대에서 유래한 마그마 물질이 이 화산섬의 기반을 만들어냈다. 출처: Cornell University

이전까지 과학자들은 화산은 맨틀 위에 있는 지각판이 수렴되거나 혹은 열점(Hotspot)에서 맨틀 플룸(mantle plumes)이 상승하며 만들어진다고 생각했습니다. 그리고 전이대(transition zone)가 화산에 영향을 주는지 알지 못했습니다. 코넬대학교 지구대기과학부 선임연구원이자 부교수인 Esteban Gazel은 "우리는 화산이 만들어지는 새로운 방법을 발견했다"며 "지구 맨틀 깊숙한 곳에 있는 전이대에서 화산이 이러한 방식으로 만들어질 수 있다는 확실한 증거를 발견한 것은 이번이 처음"이라고 전했습니다. 

 

과학자들은 1972년 버뮤다 지역에서 시추 작업을 통해 얻은 길이 790m 길이의 코어 시료를 조사하던 중 이러한 사실을 발견하게 됐습니다. 이 코어 시료는 현재 댈하우지대학교에 소장돼 있는데요. 이번 연구의 공동저자이자 독일 뮌스터대학교 행성학 연구원인 Sarah Mazza 교수가 이 시료를 조사했습니다. 처음에 Sarah Mazza 교수는 버뮤다를 만든 화산이 열점에서 맨틀 플룸이 올라오며 만들어졌을 것이라고 기대했습니다. 참고로 이는 하와이가 형성된 기작과 같니다. 

하와이도 열점기원. 출처: pixabay
하와이도 열점 기원. 출처: pixabay

그래서 Sarah Mazza는 버뮤다의 지질학적·화학적 역사에 대해 밝혀내기 위해 시료의 단면도(cross-section)에서 동위원소 서명(isotopic signature), 미량원소(trace elements), 다른 휘발성 물질(volatile material), 물 함유량 등을 조사했습니다. 

 

그런데 조사 결과는 뜻밖이었습니다. Sarah Mazza와 그의 연구진들은 이 코어 시료가 전이대에서 나온 것과 일치하는 지구화학적 특성을 발견했기 때문입니다. 또, 이 시료에서는 섭입대에서 발견되는 것보다 더 많은 양의 물이 포함돼 있었습니다. 일반적으로 물은 판이 판 아래로 침강하는 섭입대 지역을 통해 순환하고 결국 지표로 다시 돌아오게 되는데요. Esteban Gazel 교수에 따르면 전이대에는 적어도 세 개의 해양을 형성하기에 충분한 물이 있고 이 물은 전이대에서 암석이 용융되는 것을 돕는다고 합니다.   

코어의 박편을 현미경으로보면 파란색과 노란색의 결정체인  titanium-augite가 사장석, 금운모, 스피넬, 인회석을 포함하고 있는 광물에 둘러싸여져있다. 이 광물 집합체(assemblage)는 이 용암이 물이 풍부한 곳에서 기원한다는 것을 알려준다.    의 출처:Cornell University /Gazel Lab/Provided
코어의 박편을 현미경으로보면 파란색과 노란색의 결정체인 titanium-augite가 사장석, 금운모, 스피넬, 인회석을 포함하고 있는 광물에 둘러싸여 있다. 이 광물 집합체(assemblage)는 이 용암이 물이 풍부한 곳에서 기원한다는 것을 알려준다. 출처: Cornell University /Gazel Lab/Provided

지질학자들은 시러큐스대학교 지구과학과 부교수인 Robert Moucha와 함께 수학적 모델을 개발하여 깊은 맨틀 층에서 나온 물질이 녹아 지표로 올라가게 했고 그 결과 전이대가 요동쳤을 가능성이 있다는 사실을 발견했습니다.

 

결국 버뮤다 지대는 대서양 지하 깊은 곳에 위치한 전이대(transition zone)의 이 특정 지점은 초대륙인 판게아(Pangea)가 형성되며 섭입이 발생할 때 부분적으로 만들어진 것으로 보입니다. 약 3천 만 년 전 전이대가 요동치며 전이대의 마그마 물질이 용승(upwelling)하며 지표로 올라오게 됐고 대서양에 버뮤다를 형성하게 된 것이었습니다.

 

Sarah Mazza 교수는 "버뮤다의 화산 지역에서 추출한 코어 시료에는 용암류(lava flows)에 따른 다양한 광물과 구조(texture)를 가지고 있어 이 지역의 화산 역사가 특별하다고 생각했다"고 전했습니다. Esteban Gazel 교수는 "이제 지구역학 분야와 화산학에서도 전이대의 중요성을 인식하기 시작할 수 있게 됐다"고 전했습니다. 

 


##참고자료##

 

 



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