일본 남부 해저에 위치한 키카이 칼데라에서 대규모 화산 분화 가능성을 시사하는 연구 결과가 발표됐다. 과거 지구 역사상 최대 규모 분화를 일으켰던 이 화산 아래에서 마그마가 다시 축적되고 있다는 것이다.
지난 4일 고베대학교 연구진은 학술지 '커뮤니케이션스 지구와 환경'에 게재한 논문을 통해 가고시마현 류큐 열도 이오섬 인근 키카이 칼데라 지하에서 마그마가 서서히 재충전되고 있다고 밝혔다.
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키카이 칼데라는 약 7300년 전 단일 폭발로 약 160㎦에 달하는 화산물질을 분출해 지난 1만년간 지구에서 가장 큰 화산 분화를 기록한 곳이다. 이는 1980년 미국 세인트 헬런스 화산 분화량(1㎦ 미만)과 1991년 필리핀 피나투보 화산 분화량(약 10㎦)을 압도하는 규모다.
당시 폭발로 중소도시 크기의 거대한 분화구가 해저에 형성됐으며, 분화 이후 3900여 년간 마그마가 칼데라 바닥을 뚫고 올라오면서 세계 최대 규모인 32㎦의 용암 돔을 만들어왔다.
연구진은 이 용암 돔에 마그마를 공급하는 지점을 정확히 파악하기 위해 대규모 조사를 실시했다. 연구를 주도한 지구물리학자 노부카즈 세아마는 "거대 칼데라 폭발 메커니즘을 이해하려면 먼저 대량의 마그마가 어떻게 축적되는지 규명해야 한다"고 설명했다.
일본 해양지구과학기술청과 공동으로 진행된 이번 연구에서는 칼데라를 가로지르는 175㎞ 구간에 수중 센서 39개를 설치했다. 연구진은 선박 탑재 에어건으로 해저에 음파를 발사해 1만 2000건 이상의 파동 기록을 분석, 해저면 아래 내부 구조를 3차원으로 재구성했다.
분석 결과 과거 초대형 분화 당시 작동했던 마그마 저장소가 수천 년이 지난 현재까지 활성 상태를 유지하고 있는 것으로 확인됐다. 화학 분석을 통해서는 용암 돔 내 마그마 물질의 화학 조성이 과거 분출물과 다르다는 사실도 밝혀졌다.
세아마는 "용암 돔 아래 마그마 저장소에 현재 존재하는 마그마가 새로 충전된 것일 가능성이 높다"고 분석했다.
연구진 추산에 따르면 평균적으로 1000년마다 약 8.2㎦ 이상의 마그마가 새로 유입되고 있으며, 대규모 분화 이후 경과 시간을 고려할 때 상당량의 마그마가 축적됐을 것으로 보인다. 마그마 저장소 부피는 220㎦에 달할 것으로 추정된다.
논문은 "칼데라 직하부 얕은 지역의 마그마 저장소에 용융물이 재주입되는 현상은 향후 거대한 칼데라 분화로 이어지는 단계일 수 있다"고 경고했다.
이오섬 / Pixabay
키카이 칼데라의 마그마 재충전 양상은 미국 옐로스톤이나 인도네시아 토바호에서 확인된 대규모 얕은 마그마 시스템과 동일한 패턴을 보이고 있다.
연구진은 "칼데라 바로 아래 마그마 저장소로의 마그마 재주입은 거대한 칼데라 분화로 이어지는 단계일 수 있으며, 지진파 속도 감소율 관측과 이러한 변화 정보는 거대한 칼데라 분화의 중요한 지표가 될 수 있다"며 장기적인 관측 체계 구축 필요성을 강조했다.