'장난감 로켓'처럼 분출한 하와이 화산…새 화산 폭발 원리 규명

지난 2018년 5월 미국 하와이 킬라우에아 화산 폭발로 용암이 흘러내리고 있다. 미국 환경보호청 제공

과학자들이 2018년 하와이에서 발생한 화산 폭발을 분석해 기존에 알려진 유형과는 다른 화산 폭발 메커니즘을 새로 규명했다. 마그마가 담긴 저장소의 지반이 무너지면서 순간적으로 마그마 가스의 압력이 높아져 '로켓 장난감'처럼 화산이 폭발한다는 원리다.

조쉬 크로지어 미국 지질조사국 화산과학센터 연구원이 이끈 국제연구팀은 2018년 미국 하와이 킬라우에아 화산에서 발생한 12번의 연쇄폭발을 분석해 새로운 유형의 화산 폭발 메커니즘을 밝혀내고 연구결과를 27일(현지시간) 국제학술지 '네이처 지구과학'에 공개했다.

화산 폭발은 일반적으로 암석이 녹은 마그마의 수위가 상승하거나 마그마가 지하수를 가열하면서 만든 증기가 팽창해 발생하는 것으로 알려졌다. 기존 폭발 메커니즘으로는 2018년 5월 발생한 미국 하와이 킬라우에아 화산이 12번 연속 폭발한 상황을 설명하기 어려웠다. 화산폭발은 보통 규칙적으로 일어나지 않는데 유사한 분화가 여러 번 연속으로 일어났기 때문이다.

연구팀은 마그마가 담겨 있던 공간의 압력 변화를 파악하고 3차원(3D) 모델을 활용해 화산 폭발을 시뮬레이션했다. 시뮬레이션에 따르면 폭발이 일어나기 전 마그마로 채워진 지하 공간에서는 마그마가 천천히 새어나갔다. 마그마가 빠져나간 공간이 점차 비워지다가 내부 공간이 갑자기 무너져 내렸다. 이때 위에서 떨어진 암석이 마그마 가스를 짓누르며 압축시키자 압력이 순간적으로 증가하며 가스와 용암 등이 분화구로 분출되었다는 설명이다.

연구팀은 이 과정을 장난감 로켓인 '스톰프 로켓'에 비유했다. 스톰프 로켓은 로켓과 호스로 연결된 공기주머니를 발로 세게 밟아 공기압을 가해 로켓을 공중으로 발사하는 장난감이다. 크로지어 연구원은 "1km 두께의 암석 덩어리가 아래로 떨어지면서 가스주머니에 압력을 가한 것"이라고 설명했다.

연구팀은 "이번에 밝혀낸 화산 폭발 메커니즘이 킬라우에아 화산뿐 아니라 이전에 폭발한 다른 화산과도 연관이 있을 수 있다"며 "메커니즘 분석으로 화산 폭발에 대한 더 나은 예측을 할 수 있고 폭발 경로에 있는 사람들에게 더 정확한 경고를 할 수 있다"고 밝혔다.

[이병구 기자 2bottle9@donga.com]