화산은 왜 그 자리에 있나— 해령·섭입대·열점

화산 지도는 사실 판 경계 지도다THE MAP IS THE ANSWER

지구에는 지난 1만 년 안에 분화한 적 있는 화산이 약 1,350개 있습니다. 그중 500개 정도는 역사 기록이 남아 있는 시기에 실제로 터졌습니다.

이것들을 세계 지도에 찍어 보면 무작위가 아닙니다. 태평양을 빙 두르는 고리 하나, 대서양 한가운데를 세로로 가르는 선 하나가 선명하게 드러납니다.

지진 분포도 거의 같은 자리에 겹칩니다. 지구에서 일어나는 대규모 지진의 약 81%가 태평양을 두르는 그 고리에서 발생합니다. 화산이 있는 곳에 지진이 있고, 지진이 있는 곳에 화산이 있습니다.

20세기 중반 판구조론이 자리잡기 전까지 이 규칙에는 설명이 없었습니다. 분포는 누구나 볼 수 있었지만, 왜 하필 그 선인지를 말할 수 있는 사람이 없었습니다.

그리고 예외처럼 보이는 자리

판 경계로 대부분이 설명됩니다. 그런데 하와이가 남습니다. 가장 가까운 판 경계에서 3,000km 넘게 떨어진, 태평양 판 한복판입니다. 미국 본토의 옐로스톤도 마찬가지입니다.

이 예외가 세 번째 자리입니다. 하나씩 보겠습니다.

해령 — 압력이 풀려서 녹는다DECOMPRESSION MELTING

지구에서 가장 긴 산맥은 육지에 없습니다. 바다 밑에 있고, 길이가 약 6만 5천 km입니다. 지구를 한 바퀴 반 두르는 길이인데, 90% 이상이 깊은 바다에 잠겨 있어 눈에 띄지 않습니다.

여기서는 두 판이 서로 멀어집니다. 벌어진 틈을 아래쪽 맨틀이 밀고 올라옵니다.

이렇게 만들어진 마그마는 규소가 적은 현무암질입니다. 묽고 잘 흐릅니다. 가스가 쉽게 빠져나가므로 터지지 않고 조용히 흘러나와 새 해양 지각이 됩니다.

부피로 따지면 지구에서 일어나는 화산 활동의 대부분이 여기서 일어납니다. 그런데 물속이라 아무도 보지 못합니다. 해령이 해수면 위로 솟아오른 드문 곳이 아이슬란드입니다.

섭입대 — 물이 녹인다WATER DOES THE MELTING

태평양을 두르는 고리, 이른바 불의 고리입니다. 일본·필리핀·인도네시아·안데스·알래스카가 모두 여기에 있습니다.

여기서는 무거운 해양판이 다른 판 아래로 내려갑니다. 이것을 섭입이라고 합니다.

1. 물을 머금는다 해양 지각은 수억 년 동안 바닷물에 잠겨 있으면서 광물 구조 안에 물을 붙잡아 둡니다.
2. 물을 뱉는다 판이 섭입해 깊이 내려가면 압력과 온도가 오릅니다. 그러면 광물이 구조를 바꾸면서 붙잡고 있던 물을 내놓습니다.
3. 물이 올라간다 빠져나온 물은 가벼우므로 위쪽 맨틀로 스며 올라갑니다.
4. 녹는점이 내려간다 물이 섞인 암석은 더 낮은 온도에서 녹습니다. 온도를 올린 것이 아니라 녹는 조건을 바꾼 것입니다.

겨울철 도로에 소금을 뿌리면 얼음이 녹습니다. 도로를 데운 것이 아니라 녹는점을 끌어내린 것입니다. 섭입대에서 물이 하는 일이 정확히 이것입니다.

그래서 여기 화산은 터진다

이 마그마는 위로 올라오면서 두꺼운 지각을 통과합니다. 그 과정에서 성분이 바뀌어 규소가 많아지고 끈적해집니다.

끈적한 마그마는 가스를 놓아주지 못합니다. 가스가 안에 갇힌 채 압력이 계속 쌓이다가 한계를 넘으면 폭발합니다.

여기서 중요한 결론이 하나 나옵니다. 화산의 성격까지 위치가 결정합니다. 해령의 화산은 흘러내리고, 섭입대의 화산은 터집니다. 같은 "화산"이라는 이름을 쓰지만 위험도도 지형도 전혀 다릅니다.

열점 — 판이 지나가는 자리HOT SPOTS

하와이로 돌아옵니다. 판 경계가 아닌데 화산이 있습니다.

설명은 이렇습니다. 맨틀 깊은 곳에서 올라오는 좁고 뜨거운 상승류가 있고, 그 자리가 거의 고정되어 있습니다. 판은 그 위를 계속 지나갑니다.

그러면 판 위에는 화산이 하나만 생기는 것이 아니라 줄줄이 남습니다. 하와이 제도는 섬·환초·해산 132개가 약 2,400km에 걸쳐 늘어서 있고, 북서쪽으로 갈수록 오래됐습니다.

컨베이어 벨트 위에 종이를 올려놓고 아래에서 촛불을 대는 것과 같습니다. 촛불은 가만히 있는데 종이에는 그을린 자국이 줄로 남습니다.

이걸로 판의 속도를 잰다

섬들의 나이가 순서대로라면, 섬 사이의 거리를 나이 차로 나누면 판이 움직인 속도가 나옵니다. 지질학자가 판의 이동 속도를 재는 실제 방법 중 하나입니다.

같은 방법을 옐로스톤에 적용하면, 북아메리카판이 최근 1,650만 년 동안 연평균 약 4.6cm 움직였다는 값이 나옵니다. 손톱이 자라는 속도쯤 되는 이 느린 움직임이, 시간이 충분히 주어지면 대륙을 옮깁니다.

하와이 남동쪽 바다 밑에서는 다음 섬이 될 화산이 이미 자라고 있습니다.

세 자리를 한 장으로THREE SETTINGS

이 표 한 장이 오늘의 질문에 대한 답입니다. 그리고 동시에 판구조론이 왜 강력한 이론인지를 보여줍니다. 화산의 위치, 마그마의 성분, 분화의 방식이 따로 노는 사실 세 개가 아니라 하나의 원인에서 함께 나옵니다.

좋은 이론은 사실을 많이 아는 것이 아니라, 흩어져 있던 사실들이 서로 이어져 있었다는 것을 보여 주는 것입니다.

교육과정 연계CURRICULUM

심화 & 사고력 포인트GOING DEEPER

교과서를 넘어서는 지점

• 교과서는 "판 경계에서 화산이 생긴다"로 끝납니다. 여기서는 녹는 메커니즘이 자리마다 다르다는 점을 다룹니다.
• 압력이 낮아져서 녹는다 — 열을 가하지 않고도 녹을 수 있다는 것은 교과서에서 잘 강조되지 않습니다.
• 물이 녹는점을 낮춘다 — 섭입대 화산이 왜 폭발형인지가 여기서 갈립니다.
• 위치가 마그마의 성분을 결정한다 — 분포와 암석학이 하나로 이어지는 지점입니다.
• 열점으로 판 속도를 잰다 — 화산이 관측 대상이 아니라 측정 도구가 되는 사례입니다.

이 회차가 길러 주는 사고력

• 분포에서 원인 읽기 — 흩어진 점들에서 규칙을 찾고 그 규칙의 원인을 묻기
• 예외의 가치 — 하와이라는 예외가 새로운 메커니즘(열점)을 드러냈다
• 조건 바꾸기 — 온도를 올리는 것 말고도 녹이는 방법이 있다는 발상
• 이론의 통합력 — 좋은 이론은 사실을 늘리는 것이 아니라 이어 붙인다

관련 영상VIDEO

생각해보기THINK ABOUT IT

정리 퀴즈QUIZ

참고 자료REFERENCES

• NOAA Ocean Service — 지구에서 가장 긴 산맥은 무엇인가 (해령 총 길이 약 6만 5천 km)
• NOAA Ocean Service — 하와이 제도는 어떻게 만들어졌나 (열점, 132개 섬·해산, 약 2,400km, 북서로 갈수록 오래됨)
• USGS — 불의 고리란 무엇인가 (활화산 약 1,350개 중 약 500개가 역사시대에 분화)
• USGS — 지진은 어디서 일어나는가 (대규모 지진의 약 81%가 환태평양 지진대)
• USGS — 열점이란 무엇이며 어떻게 알아내는가 (옐로스톤 기준 북아메리카판 연평균 약 4.6cm)
• Smithsonian Global Volcanism Program — 백두산(Changbaishan) 분화 기록
• 감압 용융과 함수 용융(물에 의한 녹는점 강하)에 관한 암석학 문헌
• 동아시아 하부 정체 슬랩과 백두산 마그마 기원에 관한 지진파 토모그래피 연구

이 글은 위 자료들을 확인해 직접 작성한 것입니다. 특정 저작물의 문장을 옮기거나 요약하지 않았습니다. 링크가 걸린 항목은 작성 시점에 접속을 확인한 자료입니다. 사실 관계에 오류가 있다면 알려주세요.

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016 · 명왕누대·시생누대 판구조 운동은 언제 시작됐나 — 판 경계 세 종류와 지진 005 · 명왕누대·시생누대 마그마 바다와 지구의 층 나누기 — 지진파로 확인한 핵·맨틀·지각 004 · 명왕누대·시생누대 달은 어떻게 생겼나 — 테이아 충돌설과 그 증거

명왕누대·시생누대 시대는 현재 5편 공개돼 있습니다.