현대문명의 대전환 시즌 3 - 7회, 백두산 화산 폭발 100년 주기설, 사실일까

현대문명의 대전환 시즌 3 7회
백두산 화산 폭발 100년 주기설, 사실일까

격변적인 지구의 지질 활동 중 하나인 화산火山 활동은 나약한 인간의 입장에서 보면 신의 분노인 것처럼 보이지만 이것 또한 단순한 자연 현상의 하나일 뿐입니다. 일반적으로 활화산活火山이라는 것은 1만 년 이내에 분화된 이력을 가진 화산체를 말합니다. 휴화산休火山이라는 용어는 현재 사용하지 않고 휴화산도 활화산의 범주에 속합니다. 그래서 화산체는 ‘활화산’ 혹은 ‘사화산死火山’ 두 가지로 나눌 수 있습니다.

한반도 내에서는 울릉도鬱陵島 나리분지羅里盆地가 약 5,000년 전에 마지막으로 화산 활동이 있었기 때문에 울릉도는 활화산에 속합니다. 백두산白頭山은 서기 946년 밀레니엄 분화라고 하는 대분화 이후에 『고려사高麗史』, 『조선왕조실록朝鮮王朝實錄』 등에서 약 40차례 정도의 화산 분화 기록들을 가지고 있습니다. 한라산漢拏山은 서기 1002년, 1007년 고려 목종 임금 때 분화한 기록을 가지고 있습니다. 그래서 한반도 내에서 활화산은 울릉도, 백두산, 한라산 세 가지가 화산체火山體에 속하게 됩니다.

Q. 화산 분화의 종류는?

마그마Magma가 어떤 통로를 통해서 지표로 나오는 입구를 화구火口라고 합니다. 그렇게 화구를 통해서 마그마가 나오는 현상을 화산 분화噴火(Eruption)라 하고, 분화할 때 마그마의 물성에 따라서 고체 상태의 화산재나 화산탄과 같은 덩어리 형태로 하늘을 향해 날아서 나오면 화산 폭발暴發, 폭발성 분화라고 이야기합니다. 그리고 액체 상태의 마그마가 화구를 통해서 흘러넘치듯이 나오는 것을 일류식 분화, 화산 분출噴出이라고 합니다.

그래서 화산 분화의 종류에는 두 가지가 있습니다. 폭발성 분화는 굉음을 내면서 폭발적으로 화산재와 화산가스들이 나오는 분화이고, 일류성 분화(화산 분출)는 하와이에서 종종 나타나는 형태로 액체 상태의 용암이 화구를 통해서 흘러나오는 것입니다. 이와 관련해 땅속에서 마그마가 식어 있는 것을 심성암深成巖 또는 관입암貫入巖이라고 합니다. 반대로 땅 위로 용암이 나와서 식어 있는 것을 화산암火山巖이라고 하는데 이 화산암은 과거에 분출한 용암이 나와서 식은 것이기 때문에 분출암噴出巖이라고도 합니다.

마그마가 지표로 나오는 양식은 두 가지 종류가 있습니다. 직선상의 틈새를 통해서 나올 때 틈새 분화라고 하고, 한자로 열극熱隙 또는 열화 분화라고 합니다. 이런 화산 활동을 화산학에서는 아이슬란드형 분화라고 합니다. 우리가 아는 아이슬란드는 얼음으로 덮여 있지만 많은 화산체들이 있는데, 중심 분화보다는 대개 틈새를 따라서 나오는 분화를 합니다. 또 하나는 원통상의 점을 통해서 나오는 것을 중심 분화(Central Eruption)라 하고, 하와이형 분화라고도 합니다. 용암이 화구 위로 솟구쳐서 나오는 것을 용암분천鎔巖噴泉(Lava Fountain)이라고 하는데 그렇게 나온 용암은 주변으로 흘러 들어가게 됩니다.

용암분천이나 용암이 화구에서 흘러나오는 것을 보면 표면이 아주 매끈하고 개울에 물이 흘러가는 것 같다고 해서 용암 도랑, 용암 하천, 용암 수로라는 용어를 사용합니다. 그렇게 이동하면서 지면과 대기 중의 공기에 의해 식으면 검은색이나 회색의 은빛 색깔을 내면서 고체화되고 표면에 줄무늬가 나타나게 됩니다. 이렇게 평탄하면서 줄무늬를 나타내는 것들을 하와이에서는 파호이호이Pahoehoe 용암이 만들어진다고 이야기합니다. 또 붉은 용암 덩어리 형태로 나와서 돌무더기를 화구 주변에 쌓는 화산 활동을 스트롬볼리형(Strombolian)이라고 이야기합니다. 이것은 폭발적 분화의 한 종류입니다.

폭발적 화산 분화가 일어나면 화도를 통해서 화산탄, 화산암괴, 화산자갈, 화산재, 화산가스 등이 튀어나오게 되는데 이것을 분석噴石이라고 합니다. 분석들이 화구 주변에 쌓이면 제주도에서 많이 볼 수 있는 분석구噴石丘 오름이 만들어집니다. 또 돌멩이보다는 화도를 통해서 올라오는 마그마가 아주 가늘게 파쇄되어 화산재가 대기 중으로 2~5킬로미터, 높은 경우는 10킬로미터까지 올라가게 됩니다. 이렇게 화구 주변에 화산재가 흘러내리고 하늘로 올라가는 분화 활동을 불칸형(Vulcanian) 분화라고 이야기합니다.

또 하나의 분화는 화구를 통해서 올라오는 화산재, 화산가스 등이 순간적으로 아주 큰 굉음을 내면서 대기 상층으로 올라가는데 높이 약 50킬로미터까지도 올라갑니다. 동시에 화구를 통해서 폭발적 분화가 일어날 때 그 굉음이 주변에 큰 압력을 미치고 화구에서 나온 것들이 화산체 주변의 사면斜面을 따라 흘러갈 때 그것을 화쇄류火碎流라고 부릅니다. 화쇄류는 약 700도에서 500도 정도의 열을 내고 사면에서는 시속 400킬로미터, 평지에서는 시속 100킬로미터 정도의 속도를 내면서 주변으로 흩어지는데 이러한 분화를 플리니형(Plinian) 분화라 합니다.

Q. 화산으로 인한 피해는?

화산 분화로 인해서 자연재해가 발생할 때 그것을 화산재해라고 합니다. 화산재, 분석, 화산가스, 액체 상태의 용암류가 이동하는 주변을 다 소각시키고 화산재가 사면을 타고 높은 온도에서 운동 에너지를 가지고 이동하며 그 일대를 소각시키기도 합니다. 이런 것을 화쇄류, 화성쇄설류라고 합니다. 화산재가 물과 만나 진흙, 시멘트 반죽처럼 흘러가는 것을 화산 이류泥流(라하르)라고 하는데 이들 또한 지면에 있는 것을 모두 덮어 버리게 됩니다.

또 물이 흘러가면 화산성 홍수도 발생할 수 있고 여러 가지 자연재해가 발생할 수 있습니다. 만약 우리 민족의 영산인 백두산에서 이산화규소(SiO2) 함량이 아주 높은, 점성이 큰 규장질 마그마가 폭발성 분화를 일으킨다면 화산재 기둥, 분연주가 대기 상층으로 15킬로미터 이상 올라가고 주변에 화성쇄설류가 발생하게 됩니다. 규장질 마그마가 나오면서 마그마가 깨지지 않고 천천히 올라오면 산 사면이나 산꼭대기에 용암돔을 만들게 됩니다. 이 돔이 깨지면서 화성쇄설류를 발생시키면 사면 아래쪽으로 이동하면서 재해를 일으킵니다. 그리고 화산재를 이루는 먼지와 이산화황 등이 대기 상층으로 올라가면 성층권에서 태양 복사를 차단해 지구 전체에 영향을 미칠 수도 있습니다. 이렇게 화구 근처에서 일어나는 재해를 근접 화산재해, 먼 거리에서 일어난 것을 광역 화산재해라고 합니다.

Q. 백두산 화산의 현재 상태는?

백두산에서는 화산성 지진이 주로 발생하고 있습니다. 일반적으로는 구조성 지진(Tectonic Earthquake)라고 하는데 화산 지역에서는 땅속으로부터 마그마가 올라오면서 소규모의 지진이 발생합니다. 이것을 화산성 지진이라고 합니다. 중국 학자들이 백두산 지구 물리 탐사를 한 결과 백두산 밑에 4층의 마그마 방이 있다는 것을 이야기했습니다. 4층의 마그마 방 중에 일부가 2002~2005년에 백두산 아래쪽으로 이동한 것으로 생각됩니다.

많은 분들이 질문합니다. 백두산은 언제 분화할까요? 백두산 천지가 언제 분화할 것인가에 대해서는 현재 어느 누구도 예측할 수가 없습니다. 그래서 흔히 ‘Only God knows.’ 하나님만이 아신다고 말합니다. 그것은 ‘Nobody knows.’ 아무도 모른다는 겁니다. 그것을 알려면 마그마 방이 상승하고 있는지, 지하에서 마그마 방이 커지고 있는지, 마그마의 이동 속도 등을 계산해서 언제쯤 지표에 도달할 것인지를 종합적으로 해석하는 마그마 플러밍 시스템Magma Plumbing System, 마그마 배관 구조 해석이 되어야 알 수 있습니다.

이런 것을 알기 위해서는 화산성 지진 연구를 해야 합니다. 이 화산 구조성 지진은 마그마가 위로 올라오기 위해서 부력과 운동 에너지에 의해 마그마 윗부분을 밀게 되는데 이때 균열이 생깁니다. 균열이 생기면서 미끄러질 때 만들어지는 지진을 화산 구조성 지진이라고 하고, 아래쪽에 있는 것은 파장이 길게 나타나는데 이것을 장주기(Long-Period) 화산성 지진이라고 합니다. 이것은 갈라진 틈을 따라서 마그마 유체가 이동하며 발생하는 지진입니다. 2019년에는 백두산에서 스물여덟 번의 지진이 감지되었는데, 그중 일곱 번이 화산 구조성 지진, 스물한 번이 장주기 지진이었습니다. 장주기 지진이 발생했기 때문에 ‘마그마가 위로 올라오고 있는 것 아닌가.’라고 유추할 수 있습니다.

그리고 이 그림은 1999년부터 2019년까지 백두산에서 화산성 지진이 발생한 빈도와 규모, 횟수를 나타냅니다. 2002~2005년 사이에 빈도가 높게 나타나고 규모도 큰 것이 발생했는데, 이때 백두산 분화가 임박했었다고 이야기할 수 있습니다. 하지만 분화는 하지 않았습니다. 그 이후에 2006년부터는 다시 배경 수준(Background level)이라고 하는 낮은 수준으로 바뀌었고 2019년에 다시 증가 추세였지만 2021년 6월에는 다시 배경 수준으로 돌아갔습니다. 그래서 지금 당장 백두산이 분화할 것이라는 긴박한 상황은 아니고 현재는 조용한 상태입니다. 그렇지만 지속적으로 화산성 지진이 발생하고 있기 때문에 이에 대한 정밀한 모니터링, 감시 연구가 필요한 상태입니다.

일반적으로 마그마 방을 액체 상태로 생각합니다. 스펀지에 적당하게 물을 먹여서 테이블 위에 놓고 보면 외관상 볼 때는 고체 상태입니다. 하지만 짜면 물이 나오죠. 그처럼 암석이 부분적으로 녹아 있는 것을 부분 용융이라 하고, 부분 용융되어 있는 물질이 틈새를 따라 지표 위로 상승하게 됩니다. 마그마가 화산의 바로 아래에 있는 천처 마그마 방에 도달해 힘을 키워서 나오게 되고 그것이 화산 활동이 되겠습니다.

화산성 지진뿐만 아니라 백두산이 팽창하면서 마그마가 사면을 밀고 올라오면 사면이 올라가게 됩니다. 그것을 ‘백두산이 융기한다.’라고 합니다. 2002~2005년에 백두산 주변의 GPS를 관측하니, 백두산이 방사상으로 팽창했다는 것을 발견했습니다. 그때 마그마가 올라왔다고 이야기를 하고, 현재 동남쪽으로 향하는 그런 모습을 나타내고 있습니다. 그렇지만 변이는 계속되고 있기 때문에 미약한 GPS 변이 기록을 계속해서 지속적으로 감시할 필요가 있습니다.

그리고 지표 변형을 알기 위해 백두산 분화에 대해서 많은 관심을 가지고 있는 나라로는 북한, 중국, 대한민국뿐만 아니라 일본도 있습니다. 백두산에서 폭발적 분화가 일어나면 화산재가 동해로 가서 일본 홋카이도北海道와 혼슈本州를 지나가기 때문입니다. 때문에 일본은 환경 기상 위성으로 8시간마다 백두산을 감시하고 있습니다. 그래서 2002년도에 백두산 폭발 징조가 나타난 이후 2004~2005년 사이 1년 동안 감시를 통해 백두산 주변이 -2, 그 주변에 –1, 0으로 팽창한 것을 발견했습니다. 그것을 계산해 보니 약 100만 톤 정도의 마그마가 지하 5킬로미터에 도달했다가 어떤 징후를 나타냈다는 것을 발표했습니다.

앞에서 말씀드린 화산재해의 영향으로 “가까운 지역은 근접 화산재해, 먼 지역은 광역 화산재해가 발생된다.”라고 말씀을 드렸습니다. 만약 백두산 지역에서 폭발적 분화가 일어나면 화산재가 이동하게 되는데, 어떤 탁월한 지역의 우세한 바람이 불게 되면 풍하측風下側, 바람이 불어가는 쪽에 강하 화산재가 떨어지게 됩니다. 그래서 봄에 백두산 지역에 서풍이 불면 화산재는 동쪽으로 가고, 겨울에 북서풍이 불면 동남쪽으로 가지만 동쪽으로 치우쳐서 갑니다. 여름철에 남서풍이나 남풍이 불면 북쪽으로 가는 게 아니고 역시 오른쪽으로 치우쳐서 화산재가 강하합니다. 그래서 10년간의 기상 모의 결과 평균을 내 보면, 강하 화산재가 이동하는 것은 백두산에서 오른쪽으로 주로 치우치게 됩니다.

대류권에서는 편서풍을 타고 성층권으로 올라가면 제트 기류를 타고 동쪽으로 이르렀는데, 휴전선 남쪽 아래도 영향권에 들 수 있습니다. 붉게 된 부분은 화산재가 수 미터에서 수십 미터로 낙하해서 쌓일 수 있는 장소입니다. 북한의 양강도, 함경도 지역은 심각한 피해를 입을 수 있기 때문에 인도적 차원의 선제적 공동 대비 연구가 필요하고, 남한의 강원도와 경기 북부 지역도 피해가 예상될 수 있습니다. 지금까지 화산 분화의 종류와 화산으로 인한 피해, 백두산 화산의 현재까지 알아봤습니다. 감사합니다.