화산 폭발, 지진 원인 ‘열점’, 지구의 핵에서 왔다

하와이, 아이슬란드 화산의 원인 열점
맨틀에서 형성된다는 기존 예상 뒤집어
화산과 지진 연구에 영향 미칠 듯

지난달 27일(현지 시각) 분화를 시작한 미국 하와이주 빅아일랜드에 위치한 마우나 로아 화산 분출 모습. /미국 지질조사국(USGS) 제공

뜨거운 마그마를 내뿜는 ‘열점(熱點)’이 지구의 핵에서 시작했다는 연구 결과가 나왔다. 열점은 지구 내부의 마그마가 약한 지각을 뚫고 나오는 곳이다.

준 코레나가 미국 예일대 지구및행성과학과 교수 연구팀은 16일(현지 시각) 열점화산에서 나온 마그마의 동위원소를 분석한 결과 지구 맨틀이 아닌 지구 핵과 성분이 같다는 연구 결과를 얻었다고 국제학술지 미국립과학원회보(PNAS)에 밝혔다. 이번 연구는 열점을 설명하는 기존 이론을 뒤집는 결과로 화산과 지진 연구에 새로운 방향을 제시할 것으로 예상된다.

열점은 말 그대로 뜨거운 마그마가 나오는 고정된 위치를 말한다. 지구 내부의 마그마가 약한 지각을 뚫고 나오는 곳으로 화산 활동이 활발하다.

미국 하와이 마우나 로아(Mauna Loa’s) 화산이 지난해 11월 38년 만에 폭발한 원인으로 추측된다. 마그마가 쉽게 나올 수 있는 지각판 경계가 아닌 하와이나 아이슬란드같은 지각판 내부에서 일어나는 화산 폭발을 설명하는 이론이다. 대표적인 화산섬인 하와이는 60만년 전에 만들어진 열점이 폭발해 형성됐다고 추측한다. 백두산을 포함해 전 세계 화산의 5%이 이 같은 열점화산이다.

과학계는 지금까지 열점이 지구의 지각 아래에 있는 맨틀에서 형성된다고 예측했다. 하부맨틀에서 만들어진 마그마가 고온의 상승류를 따라 지각까지 올라가 열점이 된다는 것이다.

연구진은 열점의 형성 과정을 살펴보기 위해 열점화산에서 나온 마그마의 동위원소를 분석했다. 동위원소는 원자 번호는 같지만 중성자 수가 다른 원소를 말한다. 동위원소 비율은 시간에 따라 달라지기 때문에 물질의 형성 시점을 예측하는 데 쓰인다. 연구진은 마그마의 텅스텐과 헬륨의 동위원소 비율을 분석했다.

그 결과 마그마의 동위원소 비율은 맨틀 성분의 비율과는 일치하지 않았다. 오히려 지구 핵의 동위원소 비율과 같았다. 열점에서 나온 마그마가 지구 핵에서 유래됐다고 볼 수 있는 결과다.

연구진은 분석 결과를 검증하기 위해 동위원소의 움직임을 보여주는 컴퓨터 모델을 개발했다. 코레나가 교수는 “이 모델로 화산섬의 주성분인 현무암에서 확인한 텅스텐과 헬륨의 불규칙한 동위원소 비율을 설명할 수 있었다”고 밝혔다. 맨틀보다 더 깊은 지구핵으로부터 열점 형성이 시작된다는 가설이 시뮬레이션으로 증명된 것이다.

연구진은 이번 연구 결과가 지구 내부 영역의 형성 과정을 이해하는 데 도움이 될 뿐 아니라 초기 지구의 조건을 연구하는 데 영향을 미칠 것으로 예상했다.

참고자료

PNAS, DOI: 10.1073/pnas.2215903120

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