화산 활동과 화산암

하와이의 화산에서는 붉은 용암이 강물처럼 흘러내리고, 사람들이 가까이서 구경하기도 한다. 그런데 1980년 미국의 세인트헬렌스 화산은 산의 한쪽이 통째로 날아갈 만큼 폭발했고, 화산재가 수백 km 날아갔다. 같은 마그마가 땅 위로 나오는 것인데 왜 이렇게 다를까? 그리고 한라산과 울릉도의 모양이 다른 까닭도 같은 원리로 설명할 수 있을까?

SiO₂ 함량 (%)

1.4.1마그마의 성질

마그마는 SiO₂ 함량에 따라 현무암질(약 45~52%), 안산암질(약 52~63%), 유문암질(약 63% 이상)로 나눈다. SiO₂는 마그마 속에서 규소와 산소가 사슬과 그물처럼 연결된 구조를 만든다. 그래서 SiO₂가 많을수록 마그마가 끈적끈적해진다. 또 유문암질 마그마는 온도가 낮고(약 800 °C), 현무암질 마그마는 온도가 높다(약 1200 °C). 온도가 낮을수록 점성은 더 커진다.

그림 1에서 SiO₂ 함량을 바꾸어 보자. 50%이면 점성이 물의 수십만 배로 진한 꿀이나 시럽 정도이지만, 70%이면 물의 수천억 배로 거의 굳은 엿처럼 움직인다. 탄산음료를 흔든 뒤 따면 거품이 솟듯이, 끈적한 마그마 속에 갇힌 가스가 지표 가까이에서 압력이 낮아지면 한꺼번에 팽창하여 폭발한다.¹

1.4.2우리나라의 화산

제주도의 대부분은 현무암질 용암이 흘러 만든 완만한 지형이고, 한라산 꼭대기의 백록담 부근에는 점성이 큰 조면암이 굳은 가파른 부분이 있다. 울릉도와 독도는 조면암질 마그마가 분출하여 경사가 급한 섬이 되었다. 화산에서 나온 용암이 빨리 식으면 결정이 작은 화산암이 되고, 지하 깊은 곳에서 천천히 식으면 결정이 큰 심성암이 된다.

1.4.3예제 풀이

마그마 1 m³는 2500 kg이므로 물은 \(2500 \times 0.04 = 100\) kg, 곧 \(\dfrac{100\,000}{18} \approx 5560\) mol이다.

이상 기체로 보면 \(V = \dfrac{nRT}{P} = 5560 \times 0.082 \times 1273 \approx 5.8 \times 10^5\) L, 곧 약 580 m³이다. 마그마 부피의 580배이다. 점성이 작으면 이 기체가 거품으로 빠져나가지만, 점성이 크면 갇혀 있다가 한꺼번에 팽창하며 마그마를 산산이 부수어 화산재로 날려 보낸다. 그래서 같은 양의 가스를 품고 있어도 마그마의 점성에 따라 분출의 모습이 전혀 달라진다.

아래 탐구 카드에서 마그마가 만들어지는 곳, 현무암과 화강암의 알갱이 차이, 용암이 육각기둥이 되는 까닭, 흐르는 화산과 터지는 화산을 비교해 보자.

1. 화산 폭발의 규모는 분출물의 부피로 화산 폭발 지수(VEI)를 매긴다. 지수가 1 커질 때마다 분출물이 약 10배 많다. 세인트헬렌스(1980)는 5, 백두산의 946년 분화는 7로 추정된다.