‘동해 형성이 동일본 화산 군집의 방아쇠’
‘동해 형성이 동일본 화산 군집의 방아쇠’
  • 함예솔
  • 승인 2021.04.14 09:00
  • 조회수 828
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연세대학교 지구시스템과학과 이창열 교수 연구팀이 동해 형성이 동일본 화산 군집의 원인일 수 있다는 것을 밝혔습니다. 이 연구 결과는 지구물리학 분야 권위지 '지구물리학연구회보(Geophysical Research Letters)'에 게재됐습니다.

 

동해와 동일본 화산 군집, 어떤 관계 있나

 

해양판이 맨틀로 침강(섭입)하는 섭입대에서는 해양판에서 빠져나온 물에 의해 발생한 마그마로 인해 (호)화산이 형성됩니다. 태평양판과 필리핀판이 섭입하는 일본은 활발한 화산 활동이 발생하는 대표적인 섭입대입니다. 마이오세(Miocene epoch)는 신생대에 속한 지질시대로 약 2,300만 년 전에서 530만 년 전까지를 말하는데, 태평양판이 섭입하는 동일본 섭입대는 후기 마이오세 이후 화산이 집중적으로 형성되어 다수의 화산 군집이 나타납니다.

  • 호화산(arc volcano)

섭입해양판에서 빠져나온 물에 의해 형성된 마그마가 분출되어 형성된 화산들이 섭입대를 따라 분포합니다. 마그마는 섭입한 해양판에서 빠져나온 물이 상부에 존재하는 맨틀로 유입돼 유체유입용융(flux melting)을 일으켜 생성됩니다. 마그마는 부력에 의해 상승하여 지각에 관입(intrusion)하거나 분출(extrusion)하여 화산을 형성합니다.

  • 화산 군집(volcano clustering)

여러 화산이 모여 집단을 이루는 것을 가리키는 용어로써 동일본 (호)화산 군집이 대표적인 예입니다. 

화산 군집의 하부 맨틀에는 높은 온도의 맨틀이 손가락 모양(뜨거운 손가락-hot finger)으로 분포하고 있음이 기존 연구를 통해 밝혀졌으며 이 맨틀이 화산 군집의 원인으로 제시됐습니다. 그러나 이러한 가설 제시 이후 약 20년이 지난 지금까지도 왜 화산 군집이 동일본을 포함한 일부 섭입대에서만 나타나는지에 대해 명확한 설명이 제시되지 못했습니다.

  • 뜨거운 손가락(hot finger)

동일본 화산 군집 하부 맨틀에 존재하는 뜨거운 맨틀을 지칭하는 용어입니다. 동일본을 따라 다수의 뜨거운 맨틀이 손가락 모양으로 분포하고 있다고 하여 '뜨거운 손가락'으로 이름 붙여졌습니다. 

뜨거운 손가락. 출처: 국제해저지각시추사업(IODP) 원정 350 보고서
뜨거운 손가락. 출처: 국제해저지각시추사업(IODP) 원정 350 보고서

 

이를 규명하기 위해 이창열 교수팀은 마이오세 시기 일본을 현재의 위치로 이동시킨 동해의 형성에 주목해 이를 3차원 컴퓨터 수치모델링으로 재현했습니다. 실험 결과, 동해의 형성으로 인해 얇아진 배호 분지의 암석권과 동일본 암석권이 만나는 지점 하부에서 발달한 맨틀 하강류가 맨틀의 유입을 방해함으로써 동일본 하부 맨틀에 손가락 모양의 뜨거운 맨틀이 형성되는 것으로 나타났습니다.

(왼쪽) 일본의 제4기 활화산 분포. 적색 삼각형은 제4기 화산을 지시하며 동일본 및 이주-보닌 (호)화산대를 따라 군집으로 분포한다. (오른쪽) 3차원 컴퓨터 수치모델링으로 재현한 동일본 섭입대 지역의 현재 모습으로서 뜨거운 맨틀의 유입이 동일본 하부 맨틀에 나타난다. 출처: 연세대학교
(왼쪽) 일본의 제4기 활화산 분포. 적색 삼각형은 제4기 화산을 지시하며 동일본 및 이주-보닌 (호)화산대를 따라 군집으로 분포한다. (오른쪽) 3차원 컴퓨터 수치모델링으로 재현한 동일본 섭입대 지역의 현재 모습으로서 뜨거운 맨틀의 유입이 동일본 하부 맨틀에 나타난다. 출처: 연세대학교

섭입한 태평양판에서 빠져나와 뜨거운 맨틀에 유입된 물에 의해 다량의 마그마가 형성되며 이는 화산이 집중적으로 형성되는 군집 작용을 잘 설명합니다. 

 

이 연구는 동해의 형성이 동일본 화산 군집을 일으킨 방아쇠 역할을 했음을 직접 밝혔을 뿐만 아니라 이와 유사한 시기 필리핀판의 확장 이후 형성된 이주-보닌 섭입대에서의 화산 군집을 설명할 수 있습니다.

동해의 형성에 의해 얇아진 배호 분지의 암석권과 동일본 하부 암석권이 만나는 지점 하부에서 발생한 맨틀 하강류가 동일본 하부로의 맨틀 유입을 방해해 뜨거운 맨틀의 유입(적색선)이 발생한다. 뜨거운 맨틀에서 다량의 마그마가 발생해 지표면에 분출함으로써 화산 군집을 형성한다.출처: 연세대학교
동해의 형성에 의해 얇아진 배호 분지의 암석권과 동일본 하부 암석권이 만나는 지점 하부에서 발생한 맨틀 하강류가 동일본 하부로의 맨틀 유입을 방해해 뜨거운 맨틀의 유입(적색선)이 발생한다. 뜨거운 맨틀에서 다량의 마그마가 발생해 지표면에 분출함으로써 화산 군집을 형성한다.출처: 연세대학교

이창열 교수는 "배호 분지의 형성이 화산 군집의 방아쇠 역할을 한다는 것을 동해의 형성과 동일본 화산 군집 형성과의 인과 관계에서 밝힐 수 있었으며, 과거 및 현재 다수의 섭입대에서 배호 분지가 형성됐다는 점에서 이 연구가 화산 연구에 널리 활용될 수 있을 것"이라고 이번 연구 결과가 갖는 의미를 설명했습니다.


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