화산은 지구 내부의 마그마가 지표로 분출하는 현상입니다. 붉은 용암이 흘러내리고, 화산재가 하늘을 뒤덮으며, 폭발음이 울려 퍼지는 장면은 지구가 살아있는 행성임을 강렬하게 보여줍니다. 화산은 파괴적이지만 동시에 창조적입니다. 폼페이를 순식간에 매몰시킨 베수비오 화산의 참극이 있는가 하면, 하와이의 비옥한 토양과 아름다운 섬들을 만든 것도 화산입니다. 화산은 지구 역사 내내 대기와 바다를 만들고, 대륙을 형성하며, 생명의 진화에 영향을 미쳤습니다. 화산의 분출 양식은 마그마의 성질에 따라 크게 달라집니다. 점성이 낮은 마그마는 조용히 흘러내리는 용암 분수를 만들고, 점성이 높은 마그마는 폭발적으로 분출하여 재앙을 일으킵니다. 화산의 모양도 분출 양식을 반영합니다. 순상 화산, 성층 화산, 종상 화산은 각각 다른 마그마의 산물입니다. 이 글에서는 화산이 왜 발생하는지, 마그마의 성질이 분출 양식에 어떤 영향을 미치는지, 화산의 종류와 특징은 무엇인지, 그리고 화산이 인류에게 주는 위험과 혜택을 상세히 알아보겠습니다.
화산의 발생과 마그마
화산은 주로 판의 경계에서 발생합니다. 환태평양 화산대는 태평양을 둘러싼 섭입대를 따라 형성되었으며, 전 세계 활화산의 75퍼센트가 집중되어 있습니다. 일본, 인도네시아, 필리핀, 칠레, 멕시코, 알래스카가 여기에 속합니다. 섭입대에서는 해양판이 대륙판 아래로 밀려 들어가면서 물을 방출하고, 이 물이 맨틀의 녹는점을 낮춰 마그마를 만듭니다. 발산 경계에서도 화산이 활발합니다. 중앙 해령을 따라 맨틀 물질이 상승하고 압력이 낮아지면서 부분 용융이 일어나 마그마가 생성됩니다. 아이슬란드는 대서양 중앙 해령이 지상으로 솟아오른 곳으로 활발한 화산 활동을 보입니다. 판의 경계가 아닌 곳에도 화산이 있습니다. 열점 화산이라고 부르며, 맨틀 깊은 곳에서 올라오는 뜨거운 기둥, 즉 맨틀 플룸에 의해 발생합니다. 하와이 제도는 태평양판이 고정된 열점 위를 지나가면서 하나씩 만들어진 화산섬들입니다. 가장 오래된 섬은 북서쪽에, 가장 젊은 하와이 섬은 남동쪽에 있으며, 지금도 활발하게 분출하고 있습니다. 마그마는 암석이 녹은 것으로, 규산염 광물이 주성분입니다. 마그마의 성질을 결정하는 가장 중요한 요소는 이산화규소 함량입니다. 이산화규소 함량이 높을수록 점성이 높고 색이 밝으며, 낮을수록 점성이 낮고 색이 어둡습니다. 현무암질 마그마는 이산화규소 함량이 45~52퍼센트로 낮습니다. 점성이 낮아 쉽게 흐르고, 온도가 높으며 약 1100~1250도입니다. 가스가 쉽게 빠져나가므로 분출이 비교적 조용합니다. 해양 지각과 열점 화산에서 주로 생성됩니다. 안산암질 마그마는 이산화규소 함량이 52~63퍼센트로 중간입니다. 점성도 중간이며 온도는 약 950~1100도입니다. 섭입대에서 주로 형성되며, 일본과 안데스 산맥의 화산에서 흔합니다. 유문암질 마그마는 이산화규소 함량이 63퍼센트 이상으로 높습니다. 점성이 매우 높아 끈적하고, 온도가 낮아 약 700~950도입니다. 가스가 갇혀 있다가 폭발적으로 분출합니다. 대륙 지각의 부분 용융으로 만들어지며, 옐로스톤과 백두산 같은 화산에서 볼 수 있습니다.
화산의 분출 양식
조용한 분출
현무암질 마그마는 점성이 낮아 조용하게 분출합니다. 용암이 분화구에서 넘쳐 흘러 용암류를 만듭니다. 하와이 화산은 이런 분출의 전형입니다. 킬라우에아 화산은 1983년부터 계속 분출하며 용암호를 형성하고, 용암이 바다로 흘러들어 섬의 면적을 넓히고 있습니다. 용암 분수가 수백 미터 높이로 솟아오르기도 하지만, 폭발은 거의 없습니다. 용암류는 빠르게 흐르는 파호이호이 용암과 느리게 흐르는 아아 용암으로 나뉩니다. 파호이호이 용암은 표면이 매끄럽고 물결 모양이며, 속도가 빨라 시속 수십 킬로미터로 흐릅니다. 아아 용암은 표면이 거칠고 각진 덩어리로 덮여 있으며, 천천히 움직입니다. 같은 용암이라도 온도와 가스 함량에 따라 파호이호이에서 아아로 바뀔 수 있습니다. 용암 동굴도 형성됩니다. 용암류의 표면이 먼저 식어 굳으면서 관을 만들고, 내부의 뜨거운 용암은 계속 흐르다가 빠져나가면 빈 동굴이 남습니다. 제주도의 만장굴이 대표적인 용암 동굴입니다. 조용한 분출이라도 위험할 수 있습니다. 용암이 마을을 삼키고 도로를 끊으며, 유독 가스가 방출됩니다. 하지만 용암의 이동 속도가 느려 대피할 시간이 있으므로, 폭발적 분출보다 인명 피해는 적습니다.
폭발적 분출
안산암질과 유문암질 마그마는 점성이 높아 폭발적으로 분출합니다. 마그마 속의 휘발성 물질이 압력을 견디지 못하고 폭발하면서 마그마를 산산조각 냅니다. 화산재, 화산탄, 화산암괴가 하늘 높이 솟구칩니다. 분출 기둥은 성층권까지 올라가 수십 킬로미터 높이에 이릅니다. 플리니식 분출은 가장 격렬한 형태입니다. 서기 79년 베수비오 화산 분출을 기록한 플리니우스의 이름을 땄습니다. 분출 기둥이 30킬로미터 이상 올라가고, 엄청난 양의 화산재를 방출합니다. 폼페이는 6미터 두께의 화산재에 묻혔고, 수천 명이 순식간에 사망했습니다. 1991년 필리핀 피나투보 화산 분출도 플리니식이었으며, 분출 기둥이 40킬로미터까지 올라갔습니다. 화쇄류는 화산의 가장 치명적인 현상입니다. 고온의 화산재, 가스, 암석 파편이 혼합된 구름이 화산 사면을 시속 수백 킬로미터로 쏟아져 내려옵니다. 온도는 수백 도에서 1000도에 달하며, 지나가는 모든 것을 불태우고 파괴합니다. 1902년 마르티니크 섬의 몽펠레 화산에서 발생한 화쇄류는 생피에르 시를 3분 만에 전멸시켰고, 3만 명 이상이 사망했습니다. 라하르는 화산 이류입니다. 화산재와 물이 섞여 진흙 흐름을 만들며, 계곡을 따라 빠르게 내려갑니다. 1985년 콜롬비아 네바도 델 루이스 화산 분출 시 라하르가 발생하여 아르메로 마을을 덮쳐 2만 5000명이 사망했습니다. 칼데라 분출은 초대형 폭발입니다. 지하의 거대한 마그마방이 한꺼번에 비워지면서 화산 정상부가 무너져 내려 거대한 분지를 만듭니다. 옐로스톤, 백두산, 제주도 한라산이 칼데라 화산입니다. 7만 5000년 전 인도네시아 토바 화산의 초화산 분출은 인류를 멸종 직전까지 몰았다는 가설도 있습니다.
화산의 종류와 영향
화산의 형태
순상 화산은 점성이 낮은 현무암질 용암이 만드는 화산입니다. 경사가 완만하고 넓게 퍼진 방패 모양입니다. 하와이의 마우나로아와 마우나케아가 대표적이며, 제주도 한라산과 백록담도 순상 화산입니다. 마우나로아는 해저에서 높이가 약 1만 미터로 에베레스트보다 높습니다. 성층 화산 또는 복합 화산은 용암과 화산 쇄설물이 교대로 쌓여 만들어집니다. 원뿔 모양에 경사가 급하며, 정상에 분화구가 있습니다. 안산암질 마그마가 주로 만들며, 가장 흔한 형태입니다. 후지산, 베수비오, 에트나, 세인트 헬렌스, 백두산이 성층 화산입니다. 아름다운 산 모양을 만들지만 폭발적 분출의 위험이 큽니다. 종상 화산은 점성이 매우 높은 유문암질 마그마가 만듭니다. 용암이 멀리 흐르지 못하고 분화구 주변에 쌓여 둥근 돔을 형성합니다. 프랑스 퓌드돔 지역의 화산들이 예입니다. 열하 분출구와 응회환도 있습니다. 마그마가 지하수를 만나 폭발적으로 수증기를 발생시키며 분화구를 만듭니다. 제주도의 성산 일출봉과 송악산이 대표적인 응회환입니다.
화산의 영향
화산은 파괴적입니다. 용암류는 건물과 농경지를 태우고, 화쇄류는 생명을 앗아가며, 화산재는 농작물을 죽이고 항공기 엔진을 멈춥니다. 화산 가스는 유독하고, 산성비를 일으킵니다. 대규모 분출은 기후를 바꿉니다. 1815년 인도네시아 탐보라 화산 분출은 역사상 최대 규모였으며, 이듬해 북반구는 여름이 없는 해를 맞았습니다. 화산재와 이산화황이 성층권에 퍼져 태양광을 차단했기 때문입니다. 하지만 화산은 혜택도 줍니다. 화산 토양은 비옥합니다. 화산재와 현무암 풍화토에는 미네랄이 풍부하여 농업에 유리합니다. 인도네시아 자바 섬은 화산이 많지만 세계에서 인구 밀도가 가장 높은 지역 중 하나입니다. 지열 에너지를 제공합니다. 아이슬란드는 화산 지열로 전기와 난방을 공급하며, 뉴질랜드, 일본, 미국도 지열 발전을 활용합니다. 관광 자원이기도 합니다. 제주도, 하와이, 아이슬란드는 화산 경관으로 관광객을 끌어들입니다. 광물 자원도 화산에서 나옵니다. 화산암은 건축 자재로 쓰이고, 화산 활동은 구리, 금, 은 같은 금속 광상을 만듭니다. 화산은 지구가 살아있다는 증거입니다. 지구 내부의 열이 표면으로 방출되고, 대륙이 만들어지며, 대기가 공급됩니다. 화산이 없었다면 지구는 화성처럼 죽은 행성이 되었을 것입니다.