통가 화산에서 생성된 거대한 분화구 구멍

과학기술

통가 화산에서 생성된 거대한 분화구 구멍
[세계는 지금] 훙가통가-훙가 하파이섬의 화산 폭발

2022.06.09 09:00 김민재 리포터

통가 왕국의 대표적인 화산섬 훙가통가-훙가 하파이섬

훙가통가-훙가 하파이섬은 통가 왕국의 대표적인 해저 화산이 폭발하면서 솟아 나온 용암 및 화산재 등이 쌓이며 생긴 화산섬이다. 남태평양에 위치해 있으며 Fonuafo’ou의 해저 화산에서 남쪽으로 약 30km, 그리고 통가의 주요 섬인 Tongatapu에서 북쪽으로 약 65km 떨어진 곳에 위치해있다. 훙가통가-훙가 하파이섬은 매우 활발한 Kermadec-Tonga 섭입대의 일부이며 인도-호주판 아래 태평양판의 섭입에 의해 형성된 것으로 알려져 있다. 또한 매우 활동적인 지진대에서 약 100km 위에 존재하고 있는 것으로 여겨진다. 훙가통가-훙가 하파이섬은 해저에서 약 2,000m 높이에 있다.

통가섬의 위치 ⓒ TUBS

훙가통가와 훙가 하파이섬은 2015년까지 다른 섬이었지만 화산 폭발의 결과로 2015년부터 2022년까지 합쳐진 상태로 존재하고 있었다. 하지만 2022년 큰 화산 폭발 이후 다시 두 섬은 갈라진 상태로 존재하고 있다. 또한 섬의 크기도 축소된 상태이다.

과학자들이 1월 15일 관측한 데이터들에 따르면, 통가섬 현지 시각으로 오후 5시 이후 30분 만에 매우 강력한 분출 현상이 확인되었다. 이에 따라서 칼데라가 갈라지면서 뜨거운 마그마는 바닷물과 상호작용하게 되었고 소닉 붐이 발생하였다. 폭발에 이어서 물이 다시 흘러 들어오고 또 다른 폭발은 물의 유입과 또 다른 폭발을 야기 시켰다.

일본 기상청이 운영하고 국립 정보 통신 기술 연구소(NICT)가 공개한 1월 15일 통가의 해저 화산 폭발 모습(일본 기상 위성 Himawari-8이 촬영한 위성의 이미지 조합으로 구성) ⓒ NICT

참고로 훙가통가-훙가 하파이섬은 11세기 후반 또는 12세기 초반에 대규모 폭발을 일으켰을 가능성이 높은 것으로 예측되고 있다. 또한 20세기부터 1912년, 1937년, 1988년, 2009년, 2014-15년 및 2021-22년 등 대략 6차례 이상의 분화가 발생하였다.

훙가통가-훙가 하파이섬의 최근 화산 폭발

뉴질랜드 오클랜드 대학의 국립 수질 대기연구소(National Institute for Water and Atmospheric) 셰인 크로닌 교수(Prof. Shane Cronin) 연구팀은 통가 왕국에서 2개월이 넘는 시간 동안 거주하며 연구에 매진했으며 분화구를 포함한 섬의 주요 구조 변화 및 천연자원의 연구에 관한 연구를 수행했다. 또한 지난 1월 15일 엄청난 화산 폭발을 일으킨 훙가통가-훙가하파이섬(Hunga-Tonga Hunga-Ha’apai)섬의 3D 매핑을 마치며 그 결과를 공개했다.

2022년 1월 15일의 훙가통가-훙가 하파이섬 화산 폭발은 우주 공간에서도 느낄 수 있었다. 극한의 바람과 비정상적인 전류등은 NASA의 ICON 임무와 ESA SWARM 임무등에서도 포착되었다. ⓒ Mary Pat Hrybyk-Keith/NASA

최근 2022년 1월의 분화는 1991년 피나투보산의 분화 이후 가장 큰 폭발(대기 폭발 규모로는 1세기 동안 가장 큰 규모)로 여겨지는 엄청난 폭발이었다. 쓰나미는 일본과 미국 해안까지 도달했으며 화산 기둥은 중간권(중간권: 지구 대기권의 하나로 지표면으로부터 50~80km 정도의 영역) 대략 지표면으로부터 58km까지 도달했다. 또한, 최소 6.5 세제곱 km에 달하는 물질들이 분출되었기에 화산 폭발 지수 (Volcanic Explosivity Index)가 6으로 평가될 만큼 큰 폭발이었다. 위 화산 폭발에서 일어난 극한의 바람과 비정상적인 전류 등은 우주 공간에서도 포착되며 NASA의 ICON 임무와 ESA(유럽 우주국) SWARM 임무(관련 기사 바로가기) 등에서도 포착되었다.

더 넓어지고 깊어진 칼데라

연구팀은 2015년과 2016년에 수행되었던 칼데라 구조 분석을 기반으로 비교 분석을 수행하며 화산 주변 지역에 대한 수심 측정(깊이) 지도를 공개했다. 일반적인 구조 변화 이외에도 내부 절벽의 심화 및 분화구 남쪽 끝에서 큰 덩어리가 손실되었음을 확인했다.

훙가통가-훙가 하파이섬의 해저 변화도 ⓒ National Institute for Water and Atmospheric, The Nippon foundation, BBC

또한 폭발 이전의 칼데라(화구 주변의 붕괴·함몰에 의해 생긴 대규모 원형 혹은 말굽형의 우묵한 곳을 나타내는 부분)는 대략 150m 정도였으나 폭발 이후의 칼데라는 폭이 4km에 달했으며 해수면 아래 850m까지 깊어진 것으로 드러났다.

칼데라의 폭은 4km에 달하며 해수면 아래 850m까지 깊어진 것이 확인되었다. ⓒ National Institute for Water and Atmospheric, BBC

위 결과에 대해서 크로닌 교수는 통가의 주요섬 중 하나인 통가타푸섬조차도 훙가통가-훙가 하파이섬 칼데라의 3분의 2만 채우게 될 것이라고 설명했다.

통가타푸섬과 인근의 작은 섬들 ⓒ ESA

연구팀은 여러 물질이 계속해서 유입되었다는 증거들이 있지만, 전반적으로 현재의 화산 원뿔 구조는 매우 안정되어 보인다고 전했다. 크로닌 교수에 따르면 다만 칼데라는 결국 측면이 안쪽으로 무너지면서 직경이 조금 더 커지고 얕아질 것으로 전망했으며 연구팀이 이를 계속해서 조사할 것이라고 설명했다. 또한 북동쪽의 칼데라는 약간 얇아 보이지만 이 때문에 쓰나미가 훙가 하파이섬 부분을 무너뜨릴 가능성도 있다고 전했다.

크로닌 교수팀은 영국 파트너인 Sea-Kit International과 함께 곧 또 다른 칼데라 지도를 만들 예정이다. 이는 분화구 가장자리에서 진행 중인 퇴적물 이동과 화산 내부에서의 지속적인 물질 배출을 측정하는 데 유용하게 이용될 전망이다.

마지막으로 연구팀은 훙가통가-훙가 하파이섬이 향후 수백 년 동안 반복적인 화산 폭발을 겪을 가능성은 작지만, 남서 태평양에는 비슷한 규모의 폭발이 예측되는 화산섬이 대략 최소 10개 정도 존재한다고 예측했다.

화쇄류의 중요성

크로닌 교수는 분화과정에서 화쇄류(pyroclastic flow: 분화구에서 분출된 화산쇄설물의 흐름)의 중요성을 강조했다. 점성도가 큰 용암을 분출하는 화산에서 여러 덩어리가 화산 가스와 함께 분출되는데, 분화구에서 멀어지더라도 영향력은 여전히 클 수 있으며 저온임에도 매우 위험한 분화 현상 중 하나이기 때문이다. 이들은 통가 군도 전역의 해안선을 침수시킨 쓰나미 파도 활동 대부분의 원인이 되었으리라 추측된다. 심지어 화산 폭발에서 85km나 떨어진 섬에서도 높이 10m의 쓰나미가 발생하였다.

1984년 필리핀 마욘산의 화쇄류 촬영 ⓒ C.G. Newhall

망고나무를 더 심어야 한다

크로닌 교수는 통가의 토지 및 관리에 대해서, 화산섬의 저지대에 관광 리조트를 재건하는 대신 “지중해 스타일”의 해변 보호 구역 및 공원을 개발하며 리조트 숙박 시설을 더 높고 육지와 가까운 쪽으로 건설하는 편이 나아 보인다고 의견을 밝혔다. 또한 망고나무와 같은 나무를 훨씬 더 많이 심어야 한다고 설명했다. 쓰나미가 지나가고 나면 나무들은 넘어지더라도 이를 통해서 통나무 댐을 만들 수 있으며 이를 통해서 파도의 흐름 등을 감소 시킬 수 있기 때문이다.

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