* 역자 주: 통가 화산의 거대한 폭발은 2천 킬로미터 떨어진 곳에서도 화산 폭발음을 들을 수 있을 정도로 거대했으며, 위성사진은 그 폭발의 위력을 고스란히 드러냈다. 이 화산 폭발로 인한 쓰나미로 호주 동부 해안, 하와이, 알래스카 및 미국 태평양 연안에 쓰나미 주의보가 발령되었다. 이 폭발로 통가와의 모든 인터넷 연결은 끊어졌고, 섬의 표면적이 화산재에 의해 거의 45% 확장되었다고 한다. 이 폭발의 폭력성과 격렬성은 한편으로는 마그마가 빠른 속도로 분출하면서 물과 직접 접촉하면서 생긴 연료-냉각제 상호작용(fuel-coolant interaction)에 의해 설명될 수 있으며, 다른 한편으로는 기존 화산 활동의 누적의 결과로써 설명될 수 있다. 이 글은 오클랜드 대학교 지구과학 교수인 Shane Cronin이 1월 15일 자 The Conversation에 기고한 Why the volcanic eruption in Tonga was so violent, and what to expect next의 번역으로 통가 화산 폭발 이유와 그 격렬한 폭발의 원인, 이후 예상에 대해 분석하고 있다. 그는 2014/15년 퉁가 화산 폭발을 직접 조사한 경험에 기초해 이번 화산 폭발은 기존 화산 활동의 누적된 결과이며, 거의 1천 년을 주기로 발생하는 "거대 분화"라고 말하고 있다. 그에 따르면 이러한 규모의 화산 폭발은 서기 1100년 경에 발생했다.
통가의 화산 폭발이 그토록 격렬했던 이유와 다음에 예상되는 것
통가 왕국은 종종 전 세계의 관심을 끌지 못하지만 1월 15일 수중 화산의 격렬한 분화는 말 그대로 전 세계 절반에 충격파를 퍼뜨렸다.
화산은 일반적으로 볼 것이 많지 않다. 이것은 통가의 수도인 누쿠알로파(Nuku‘alofa)에서 북쪽으로 65km 떨어진 해발 약 100m 지점에 2개의 작은 무인도인 훙가-하파이(Hunga-Ha'apai)와 훙가-통가(Hunga-Tonga)로 이루어져 있다. 그러나 파도 아래에는 높이 1800m, 너비 20km에 달하는 거대한 화산이 숨어 있다.
훙가-통가-훙가-하파이(Hunga-Tonga-Hunga-Ha'apai) 화산은 지난 수십 년 동안 정기적으로 분화했다. 2009년과 2014/15년의 사건 동안 마그마와 증기의 뜨거운 분출이 파도를 통해 폭발했다. 그러나 이러한 분출은 작았고 2022년 1월에 일어난 사건에 의해 규모가 왜소해졌다.
이러한 초기 분출에 대한 우리의 연구는 이것이 이 화산이 대략 천 년마다 만들어낼 수 있는 거대한 폭발들 중 하나라는 것을 시사한다.
바닷물이 마그마를 식혀야 하는데 화산 폭발이 폭발적인 이유는 무엇인가?
마그마가 서서히 바닷물로 올라가면 약 1200℃의 온도에서도 마그마와 물 사이에 얇은 증기막이 형성된다. 이것은 마그마의 외부 표면을 식힐 수 있도록 단열층을 제공한다.
그러나 이 과정은 화산 가스로 가득 찬 땅에서 마그마가 분출되면 작동하지 않는다. 마그마가 물에 빠르게 들어가면 모든 증기층이 빠르게 파괴되어 뜨거운 마그마가 찬물과 직접 접촉하게 된다.
화산 연구자들은 이것을 "연료-냉각제 상호작용"(fuel-coolant interaction)이라고 부르며 이는 무기급 화학 폭발과 유사하다. 매우 격렬한 폭발이 마그마를 산산조각 낸다. 새로운 마그마 파편이 신선한 뜨거운 내부 표면을 물에 노출시키면서 연쇄 반응이 시작되고 폭발이 반복되어 궁극적으로 화산 입자를 분출하고 초음속의 폭발을 일으킨다.
두 규모의 훙가 화산 폭발
2014/15년의 분화는 화산 원뿔을 만들어냈고 두 개의 오래된 훙가 섬을 합쳐 약 5km 길이의 합쳐진 섬을 만들었다. 우리는 2016년에 방문했고 이러한 역사적 분화는 단지 메인이벤트의 개막극(curtain raiser)에 불과했다는 것을 발견했다.
해저 지도를 작성하면서 파도 아래 150m 아래에 숨겨진 "칼데라"(calera, 화산의 폭발로 인해 화산 꼭대기가 거대하게 원형이나 말굽형으로 파여 생긴 부분 - 역자 주)를 발견했다.
칼데라는 폭이 약 5km에 달하는 분화구 모양의 움푹 들어간 곳이다. 작은 분출(예: 2009년 및 2014/15년)은 주로 칼데라 가장자리에서 발생하지만 매우 큰 분출은 칼데라 자체에서 발생한다. 이 큰 분출은 너무 커서 분출하는 마그마의 꼭대기가 안쪽으로 무너지면서 칼데라가 깊어진다.
과거 분출의 화학작용을 보면서 우리는 이제 작은 분출이 마그마 시스템이 서서히 재충전되어 큰 사건을 준비하는 모습을 나타낸다고 생각한다.
우리는 오래된 섬의 퇴적물에서 훙가 칼데라에서 과거에 두 차례의 거대한 폭발이 일어났다는 증거를 발견했다. 우리는 이것을 65km 떨어진 통가타푸(Tongatapu)의 가장 큰 유인 섬에 있는 화산재 퇴적물과 화학적으로 비교한 다음 방사성 탄소 연대 측정을 사용하여 약 1000년 동안 큰 칼데라 분출이 발생했으며 마지막 분출은 AD1100년에 발생했음을 보여주었다.
이러한 지식으로 볼 때, 1월 15일의 분화는 "큰 분화"의 예정대로 진행된 것으로 보인다.
우리가 지금 일어날 것으로 예상할 수 있는 일
우리는 여전히 이 주요 분출 과정의 한가운데에 있으며 많은 측면이 불분명하다. 부분적으로는 이 섬이 현재 재구름으로 가려져 있기 때문이다.
2021년 12월 20일과 2022년 1월 13일의 두 번의 더 이른 분화는 중간 규모였다. 그들은 최대 17km 높이의 구름을 생성하고 2014/15년의 합쳐진 섬에 새로운 땅을 추가했다.
최근의 분출은 폭력적인 측면에서 규모를 강화했다. 화산재 기둥은 이미 약 20km 높이이다. 가장 눈에 띄는 것은 이 기둥이 바람에 의해 뒤틀리기 전에 화산에서 약 130km 떨어진 지점에 거의 동심원 모양으로 펼쳐져 직경 260km의 기둥을 형성했다는 것이다.
이것은 마그마-물의 상호작용만으로는 설명할 수 없는 엄청난 폭발력을 보여준다. 그것은 그 대신에 칼데라에서 다량의 신선한 가스로 충전된 마그마가 분출되었음을 보여준다.
이 분화는 통가 전역과 이웃한 피지와 사모아 전역에 쓰나미를 일으켰다. 충격파는 수천 킬로미터를 가로질러 우주에서 관찰되었으며 약 2,000km 떨어진 뉴질랜드에서 기록되었다. 분화가 시작된 지 얼마 지나지 않아 통가타푸의 하늘이 재로 가려지면서 이 재들이 떨어지기 시작했다.
이 모든 징후는 거대한 훙가 칼데라가 깨어났다는 것을 암시한다. 쓰나미는 폭발 시 대기 및 해양 충격파가 결합되어 발생하지만 해저 산사태 및 칼데라 붕괴로 인해 쉽게 발생하기도 한다.
이것이 분출의 절정인지는 불분명하다. 이것은 마그마 압력의 방출을 나타내며, 이것은 시스템을 안정시킬 수 있다.
그러나 경고는 화산의 이전 분화로 인한 지질학적 퇴적물에 있다. 이러한 복잡한 시퀀스는 1천 년 간의 주요 칼데라 분출 에피소드 각각에 많은 개별 폭발 사건이 포함되었음을 보여준다.
따라서 우리는 훙가-통가-훙가-하파이 화산에서 주요 화산 불안정을 몇 주 또는 몇 년 동안 경험할 수 있다. 통가 사람들을 위해 그러지 않기를 바란다.
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