화산의 모양도 갖가지 - 화산의 분출 유형 및 형태

[마르코]

지구상에는 다양한 크기와 모양의 화산이 존재한다. 어떤 화산은 크기도 작고 원뿔형인 반면, 어떤 화산은 크기도 크고 방패 또는 종의 모양을 보여준다. 이 글에서는 다양한 화산의 모양을 알아보고 그 형태를 결정짓는 요인에 대해 알아보도록 하자.

화산의 분출유형

지구 내부에서 암석이 녹아 만들어진 마그마가 지각을 뚫고 나와 지구 표면에 분출되는 과정을 화산 활동이라 한다. 그런데 어떤 화산은 폭발적으로 분출하는 반면 어떤 화산은 조용히 분출한다. 그 이유는 무엇일까? 화산 활동 방식은 마그마의 화학조성, 마그마에 포함된 기체함량 및 온도 등의 요인에 큰 영향을 받는데, 이 요인들이 마그마의 점성에 영향을 끼친다. 특히, 점성은 온도의 영향을 많이 받는데, 용암이 식으면(온도가 하강하면) 점성이 높아지므로 용암은 잘 흐르지 않는다. 반면, 규산염 함유량이 적고 온도가 높은 마그마는 점성이 작고 빠르게 움직이므로, 지표면에 분출되어 시속 100km 이상으로 움직일 수 있다. 또한 마그마의 점성은 마그마에 포함된 규소 함량과 관련 있다. 일반적으로 마그마의 규소함량이 많으면 마그마의 점성은 증가하며, 규소 함량이 적으면 점성은 감소한다. 현무암을 형성하는 마그마는 약 50%의 규소를 함유하는 반면, 화강암을 형성하는 마그마는 70% 이상의 규소를 함유하고 있다. 마그마에 녹아 있는 가스도 중요하다. 가스의 대부분은 수증기와 이산화탄소로 이루어지는데, 마그마의 점성이 높으면 가스가 상부로 이동하는 것이 지체되며 가끔 폭발적인 화산 폭발을 일으킨다. 결론적으로, 이러한 특징들에 의해 스트롬볼리형 분출, 불칸형 분출, 플리니우스형 분출, 하와이형 분출 및 수르체이형 분출 등 다양한 화산의 분출이 일어나며 그 결과 순상화산, 성층화산, 종산화산, 암설구, 폭렬화구 등 다양한 화산의 형태가 만들어진다.

스트롬볼리형 분출 <출처: (cc) Wolfgang Beyer>

스트롬볼리형, 불칸형, 플리니우스형, 하와이형, 수르체이형…

스트롬볼리형 분출은 발작적, 불연속적, 폭발적으로 분출하지만, 화산분출물이 멀리까지 날아가지는 못한다. 불칸형 분출은 스트롬볼리형 분출보다 더 격렬하게 분출하여 고도 10~20km까지 분출기둥이 치솟으며 더 작은 화산 암편들을 멀리까지 날려 보낸다. 플리니우스형 분출은 고도 45km까지 분출기둥이 솟으며 많은 화산쇄설물을 빠른 속도로 분출한다. 주로 점성이 큰 안산암질 또는 화강암질 마그마에서 용존가스의 분출에 의해 폭발성 분출을 하게 된다. 반면 하와이형 분출은 심해에서 점성이 낮은 많은 양의 용암을 분출하여 순상 화산을 형성한다. 천해환경에서 일어난 하와이형 분출은 수르체이형 분출이라 부른다.

화산의 형태 (1) 순상화산

산록의 경사가 5°~6°로 매우 완만한 거대한 방패 모양의 화산으로 점성이 작아 유동성이 매우 큰 현무암질 용암에 의해 생성된다. 분출 초기에는 마그마가 뜨겁고 유동성이 높아 경사가 급하지 않은 산체를 형성하지만, 계속적으로 용암이 분출되면 마그마가 냉각되고 점성이 높아지면서 점차 정상부로 가면서 산록의 경사가 급해진다. 하와이 섬에서 관찰되는, 지구상에서 가장 큰 활화산인 마우나로아(Mauna Loa) 화산, 킬라우에아(Kilauea) 화산 및 마우나케아(Mauna Kea) 화산 그리고 아프리카 마다가스카르 동쪽에 위치한 레위니옹 섬에서 관찰되는 피통드라푸르네즈(Piton de la Fournaise) 화산은 대표적인 순상화산이다.

지구상에서 가장 큰 활화산이자 순상화산인 마우나로아 화산 <출처: (cc) Gordon Joly>

화산의 형태 (2) 성층화산

용암과 가스·재 그리고 암석 부스러기 같은 화산쇄설물이 교대로 쌓여서 만들어진 원뿔 모양의 화산이다. 마그마는 주로 안산암질 또는 유문암질 마그마로, 규산염 함유량이 많고 온도가 낮으므로 점성이 높아 느리게 움직인다. 따라서 산록의 경사가 매우 급한 화산을 형성한다. 정상부에서는 30° 내외의 급경사를 가지며 기슭은 완만하다. 특정 장소에서 오랜 기간에 걸쳐 화산 분화가 일어날 때 잘 발달한다. 일본의 후지 산, 필리핀의 메이온 산 및 시칠리아 섬의 에트나 산은 대표적인 성층화산이다.

대표적 성층화산인 후지 산

화산의 형태 (3) 종상화산

종상화산은 안산암질 또는 유문암질 마그마처럼 규산염 함유량이 많고 점성이 매우 큰 마그마가 지표로 밀려 나와 만들어진 화산으로, 종을 엎은 모양과 같이 둥글고 측면 경사가 급한 모양을 이룬다. 용암돔 또는 용암원정구라고도 부른다. 점성이 작은 경우에는 지표로 밀려 나온 뒤 옆으로 부풀어 만두 모양의 구릉을 이루기도 한다. 미국의 세인트헬렌스(St. Helens) 산에서 관찰된다. 지표로 올라온 부분이 탑 모양을 만들기도 한다.

세인트헬렌스 산에서 관찰되는 용암돔(lava dome). 종상화산의 사례이다. <출처: (cc) Gregg M. Erickson>

화산의 형태 (4) 암설구(巖屑丘)

화산활동에 의해 분출된 암석 부스러기(화산 암편)와 재 등의 화산쇄설물이 화구 주변에 쌓여 만든 원뿔형의 구릉이다. 암설구가 주로 화산재로만 이루어진 경우 경사는 30° 내외로 급하지만 화산암편이 쌓이면서 경사가 완만해진다. 화산 암편이 많은 경우 경사는 25° 내외이다. 암설구가 화산 암편(분석)으로만 이루어진 경우에는 분석구(噴石丘) 또는 스코리아구(scoria cone)라 부른다. 하와이 섬에 있는 다이아몬드 헤드 화산이 대표적인 분석구인데, 산의 높이에 비해 화구의 지름이 특히 큰 형태이다. 이러한 분석구를 구상화산이라 부른다.

다이아몬드 헤드 화산. 암설구·분석구·구상화산의 대표 사례 <출처: (cc) ProveIt at Wikipedia>

화산의 형태 (5) 폭렬화구

작은 규모의 화산폭발만 일어나고 활동을 중지하여 화구만 오목하게 들어간 형태로 남아 있는 경우이다. 이곳에 물이 괴면 마르(maar)가 된다. 마르는 넓고 낮은 기복을 갖는 크레이터로, 마그마가 지하수와 접촉하여 폭발하면서 형성된다. 마르는 가로 길이가 60m~8,000m에 이르며 깊이는 10m~200m에 이른다. 가장 큰 마르는 미국 알래스카에서 관찰되는데 지름이 4,000 x 8,000이며 깊이는 300m에 이른다. 마그마가 영구동토층과 접촉하면서 폭발하여 형성됐다. 우리나라에서는 제주도 서귀포시에서 관찰되는 ‘하논’이 국내 최대의 마르형 화산이다. ‘하논’의 생성시기는 최소 3만 년 전 이전에 마그마가 지하수와의 접촉에 의한 화산폭발에 의해 형성됐다.

제주도 서귀포시의 ‘하논’은 국내 최대의 마르형 화산이다. 현재의 모습(좌)과 생성 당시 모습의 상상도(우) <출처: 서귀포시>

글 김동희 / 국립중앙과학관 연구사

충북대학교 과학교육학과를 졸업하고 서울대학교 지질과학과에서 이학박사 학위를 받았다. 미국 오클라호마대학 자연사박물관과 서울대학교 지구환경과학부에서 박사 후 연구원으로 일했으며 지금은 국립중앙과학관 연구사로 일하고 있다. 저·역서로는 [공룡화석은 왜 우리나라에서 많이 발견될까요], [지구], [지구시스템의 이해] 등이 있다.

발행일  2011.01.24

협조국립중앙과학관