마그마 보존 시간으로 화산 폭발 예측 이산화탄소로도 화산 폭발 전조 알아기사 원문은 인터넷 과학 신문 사이언스 타임스에서 확인할 수 있습니다. http://bit.ly/2YmS3en
마그마 보존 시간으로 화산 폭발 예측 이산화탄소로도 화산 폭발 전조 알아기사 원문은 인터넷 과학 신문 사이언스 타임스에서 확인할 수 있습니다. http://bit.ly/2YmS3en
화산 폭발을 일으키는 용해 암석은 지구의 지각에 1000년간 저장될 수, 그러므로 이를 이용하면 화산 위험 관리와 함께 화산 폭발 시점을 더 잘 예측한다는 연구가 나왔다.영국 케임브리지 대학 연구 팀은 “결정체 시계(crystal clocks)”로 알려진 화산 광물을 이용하고 마그마가 화산 시스템의 가장 깊은 곳에 얼마나 오래 보존할 수 있는지 계산했다.이는 모호(Moho)로 불리는 지구 맨틀과 지각 경계 부근에서 마그마 보존 시간을 처음으로 계산한 추정치이다. 이 연구는 과학 저널”사이언스”(Science)19일자에 발표됐다.논문의 제1저자인 케임브리지 대학 지구 과학부의 위안, 행진곡(Euan Mutch)박사는 “이 연구는 지리학 탐사 작업과 같았다”라고 말했다.마치 박사는 “화산 분출이 어떻게 이루어지는지를 재구성하기 위해서 암석 속의 물질을 연구함으로써 마그마가 어떤 종류의 조건 하에서 보존되어 있는지 알 수 있지만 화산 시스템의 더 깊은 곳에서 무슨 일이 일어나고 있는지는 알기 어렵다”고 밝혔다.
지각과 맨틀 경계에서 마그마가 저장되는 시간은 지표로 올라오는 시간을 계산하는 데 도움이 된다는 연구가 나왔다. 1983년 하와이 화산 폭발 당시 용암이 솟아오르는 모습입니다. ⓒ Wikimedia / J.D. Griggs 1만 년 전에 일어난 아이슬란드 화산 분화 연구
논문 공저자인 케임브리지대 지구과학부 존 맥레넌(John Maclennan) 박사는 “마그마가 지구 지각에 얼마나 오래 보존할 수 있는지 알 수 있다면 화산 폭발 촉발 과정 모델을 개선하는 데 도움이 될 것”이라고 덧붙였다.맥레넌 박사는 마그마가 솟아올라와 저장되는 속도는 화산 지역 지각에 있는 열 및 화학물질 전달과 밀접한 관련이 있으며 이는 지열과 화산가스 대기 방출에 중요하다고 설명했다.연구팀은 북아이슬란드에 있는 테이스터레이킬 화산의 볼가라운(Borgarhraun) 분출을 연구했다. 이 화산 분출은 약 1만 년 전에 일어났으며 마그마 등이 모호에서 직접 솟아올랐다.이 경계 영역은 용융물이 맨틀에서 지표를 향해 올라왔기 때문에 용융물 처리 과정에서 중요한 역할을 한다.
수동면으로 화산 폭발이 발생한다. 1. 큰 마그마고임 2. 암반 3. 도관(파이프) 4. 베이스 5. 실 6. 제 7. 화산에서 방출된 재의 층 8. 측면 9. 화산 10에서 방출된 용암의 층.목11.기생콘12용암류13.통기공14.크레이터15.Ash Cloud ⓒ Wikimedia / MesserWoland 결정체 확인됨
연구 팀은 용암이 경계 영역에 얼마나 오래 보존됐는지를 계산하기 때문에 첨정 돌(spinel)로 알려진 작은 스톱 워치와 결정체 시계 같은 화산 광물을 사용했다.연구 팀은 결정체 시계 방법을 이용하고 마그마가 저장되는 동안 첨정 돌 결정 구성이 시간의 경과와 함께 어떻게 달라지는지를 모델링 할 수 있었다.그들은 특히 결정체 안에 들어 있는 알루미늄과 크롬의 확산 속도와 함께 이들 원소가 어떻게”구역화(zoned)”되는지를 조사했다.막레낭 박사는 “이런 원소의 확산은 결정체가 주변 환경과 화학적 평형을 이루도록 작용하는 “이라며”이 원소가 얼마나 빨리 확산될지를 알면 광물이 마그마에 얼마나 오래 보존되었는지를 조사할 수 있을 것”이라고 설명했다.연구 팀은 알루미늄과 크롬이 결정체 속에서 어떻게 구역화되는지를 알아보고 이 패턴이 마그마 저장 시간에 대한 흥미로운 새로운 사실을 말하고 있다는 사실을 깨달았다.
이번 연구에서는 마그마 상승 속도와 이산화탄소 배출 사이에 연관성이 있는 것으로 밝혀졌다. 2017년 페루 사반카야 화산 폭발 모습. ⓒ Wikimedia / Galeria de l Ministerio de Defensa de l Peŕ 화산은 많은 분출구를 갖는 배관 시스템
확산 속도는 이전의 실험실에서 행한 실험 결과로 추정했다. 연구 팀은 이어 유한 요소 모델링과 베이 시안 중첩 샘플링(Bayesian nested sampling)를 결합한 방법을 이용하여 저장 기간을 추산했다.마치 박사는 “우리는 이제 용암이 얼마나 깊은 곳에서 올라왔는지 매우 훌륭한 추정치를 갖게 된 “이라며”지금까지 누구도 깊이 지각에서 이런 종류의 시간 정보를 얻지 못 했다”고 밝혔다.마그마 보존 시간의 계산은 또, 마그마가 어떻게 지표에 올라오는지 알아내는 것에도 도움이 됐다.연구 팀은 화산은 밑에 커다란 마그마 저장 공간이 있는 고전적인 화산 모델 대신 마그마가 빠른 지표로 이동하는 수많은 작은 “분출구(spouts)”을 가진 화산”배관 시스템(plumbing system)”에 가깝다고 말했다.그들은 최근”네이처 지구 과학”(Nature Geoscience)에 발표한 2번째 논문에서 마그마의 상승 속도와 화산 모니터링에 영향을 미치는 이산화 탄소 배출 사이에 관련성이 있다고 밝혔다.연구 팀은 화산 분출이 몇일 전부터 충분한 양의 이산화 탄소가 마그마에서 가스로 옮기는 것을 관찰했다. 이는 이산화 탄소 모니터링이 아이슬란드에서 화산 분출의 전조를 밝히는 유용한 방법이 될 수 있음을 나타낸다.한국 과학 창의 재단 과학 타임스 김·변 희 객원 기자 저작권자 ⓒ ScienceTimes
