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얼음화산
얼음화산(Cryovolcano)은 표면 온도가 극히 낮은 천체에서 암모니아, 질소 등 비등점이 낮은 물질이 액체 상태로 지표 밖으로 스며나오는 현상을 뜻한다.
목차
개요
- 얼음화산은 행성과학에서 다루는 화산의 한 종류로, 주로 분화 시에 물이나 메테인, 암모니아 등이 액체 상태로 분출되는 화산을 뜻한다. 보통 천체의 표면이 고체 상태의 메테인이나 물 따위로 되어있거나, 천체의 표면 온도가 극히 낮은 경우에나 존재할 수 있는 화산이다. 그러나 토성의 위성인 타이탄이나, 해왕성의 위성인 트리톤에는 얼음화산이 존재하며, 역시 토성의 위성인 엔셀라두스에서도 2005년에 있었던 카시니-하위헌스호의 탐사로 인해, 액체 상태의 물이 분출되는 화산이 발견된 적이 있다.[1]
- 얼음화산은 액체 물이나 다른 화학 물질을 표면으로 분출함으로써, 이들이 발생하는 행성이나 달이 생명체를 뒷받침할 수 있는 환경을 제공할 수 있다는 가능성을 보여준다. 즉, 이러한 현상은 외계 생명 탐사에서 중요한 역할을 한다. 얼음화산은 우리 태양계와 그 너머의 이해를 넓히는 데 중요한 역할을 한다. 이러한 특별한 현상은 외계 생명의 가능성뿐 아니라, 우리가 거주하는 이 행성을 둘러싼 우주의 신비로운 비밀에 한 걸음 더 다가서는 계기가 된다.
얼음 화산의 형성과 원리
- 우리가 일반적으로 알고 있는 화산과는 다르게 얼음화산은 크라이오 화산은 물, 암모니아, 메탄과 같은 낮은 끓는점을 가진 물질들을 분출한다. 이들 물질들은 우리 태양계의 외곽 부분처럼 극도로 추운 환경에서는 얼어붙어 있지만, 내부 열에 의해 녹아 분출되곤 한다. 얼음화산은 행성 내부의 열에너지가 얼음으로 덮인 표면을 녹여서 형성된다. 이 열에너지는 방사성 물질의 붕괴나 행성의 내부 구조 변화, 그리고 태양이나 다른 천체의 중력에 의한 조석력 등에 의해 발생할 수 있다. 이러한 열에너지가 충분히 모이면, 얼음 표면 아래의 액체가 압력을 받아 분출구를 통해 분출되어, 거대한 분수대 혹은 화산 분출물을 형성하게 되는 것이다.
명왕성 얼음화산
- 미국 과학자들이 얼음을 내뿜는 명왕성 '얼음화산'의 활동 증거를 포착했다. 명왕성 지표면의 지형과 성분을 분석한 것으로 이전까지 추정해오던 명왕성 얼음화산의 존재를 입증했다는 평이 나온다. 명왕성 얼음화산 활동이 비교적 최근까지 이어졌다는 분석도 나왔다. 명왕성은 1930년 발견된 태양계의 왜소행성이다. 248년을 주기로 태양을 돌고 있으며 태양에 가장 근접했을 때가 44억km이고 가장 멀 때가 74억km이다. 기온은 영하 228~238도까지 떨어진다. 대기는 대부분 질소로 이뤄져 있지만 이산화탄소나 메탄도 존재한다. 2006년까진 태양계 9번째 행성으로 대우받았으나 국제천문연맹(IAU)의 행성분류법이 바뀜에 따라 태양계 행성에서 퇴출당했다. NASA 연구팀은 지난 2015년 명왕성 지표면에 얼음을 분출하는 화산이 있다는 분석을 내놨다. 얼음화산은 얼음 상태의 물과 질소, 암모니아를 분출하는 화산으로 토성 최대 위성 타이탄 등 지구 밖 행성에만 발견되는 특이지형이다. 지구에는 존재하지 않으며 행성 내부의 뜨거운 열과 표면의 차가운 온도가 얼음화산을 만드는 원인으로 지목된다. 명왕성 내부의 뜨거운 열이 표면으로 분출될 때 표면의 낮은 온도 때문에 물과 질소 얼음 등이 화산처럼 분출되는 원리다. 연구팀은 '지구에서 가장 큰 화산 중 하나인 미국 하와이 마우나로아 화산과 크기가 비슷한 얼음화산도 있었다'며 '이런 지형 형성을 위해서는 여러 번 화산 분출이 있어야 한다'고 설명했다. 그러면서 '최근까지 얼음화산 활동이 이어졌다는 증거'라며 '이전에 예상했던 것보다 명왕성 내부에 더 많은 열이 남아있을 수 있다'고 덧붙였다. [2]
토성의 달 엔셀라두스의 얼음화산
- 엔셀라두스는 얼음으로 덮인 태양계 내의 몇 안 되는 천체 중 하나로, 표면 아래에 액체 물 바다가 존재한다는 증거가 있다. 2005년 NASA의 카시니 탐사선은 엔셀라두스에서 강력한 분수대를 발견하였는데, 이는 이 달의 남극에서 약 500km까지 솟아오르는 물, 얼음, 그리고 스팀으로 이루어진 분출물이었다. 이 분출물들은 엔셀라두스 내부에 물로 이루어진 대형 해양이 존재함을 시사한다.
- 타이탄에서의 얼음 화산 폭발에 대한 증거는 NASA, 유럽 우주국 (ESA), 그리고 이탈리아 우주국이 공동으로 수행한 카시니-호이헌스 임무에서 수집한 데이터에서 나왔다. 타이탄에서의 크라이오 화산 활동은 전통적인 화산과는 다르게 녹아내린 바위 대신 액체 하이드로카본인 에탄이 분출한다는 점에서 독특하다. 타이탄에서의 크라이오 화산 활동에 대한 주요 증거 중 하나는 소트라 패큘라라는 산지 지역에서 나왔다. 이 지역은 1,000m (3,000피트) 이상의 높이를 가진 여러 산봉우리와 크레이터 바닥에 흐름 같은 특징을 갖춘 큰 크레이터를 포함하고 있다. 이러한 지형은 크라이오 화산에 의해 생성된 지질학적 형성물과 일치하다.
카자흐스탄 얼음화산
- 카자흐스탄 남동부 알마티주에 있는 얼음 화산이 기이한 경관으로 주민들의 눈길을 사로잡았다. 일명 '얼음 화산'은 지하에서 뿜어져 올라오는 지하수가 곧바로 얼어붙어 마치 화산처럼 보이는 일종의 얼음언덕이다. 해당 지역에서는 자주 지하수가 지상으로 흘러나와 거대한 아이스링크와 같은 얼음 바닥이 만들어지곤 했다. 형성된 '얼음 화산'은 높이 14m 정도이다. 게다가 지하로부터 얼음 언덕의 꼭대기까지 강하게 솟구치는 지하수의 모습이 마치 용암을 내뿜는 진짜 화산처럼 보이는 진풍경을 연출했다. 겨울에는 지상으로 흘러나온 지하수로 빙판이 만들어지고, 여름에는 빙판이 녹아내린 뒤 녹색 식물이 덮이는 등 다양한 풍경이 만들어지는 곳이다. '아이스 볼케이노'로 불리기도 하는 얼음 화산이 목격된 것은 이번이 처음은 아니다. 미국의 기상학자 어니 오스투노는 우연히 미시간주의 한 호수에서 원뿔 형태의 얼음 언덕을 발견했다. 당시 미 국립기상청은 '호수 수면에 얇게 얼음이 언 부분 아래에서 물결이 일면 얼음에 구멍이 생기면서 화산처럼 폭발할 수 있다'고 설명했다.
세레스 얼음화산
- 거대한 얼음 화산이 왜소행성 세레스(Ceres)에서 포착됐다. NASA의 소행성 탐사선 Dawn은 2015년 3월에 발사돼 세레스의 궤도를 돌기 시작했다. 세레스는 태양계에서 가장 작은 왜소행성 중 하나이다. 위치는 화성과 목성 중간에 있는 소행성대(asteroid belt)이다. 세레스의 'Ahuna Mons'라고 이름 붙인 화산이 얼음으로 되어 있다는 점을 알아냈다. 세레스의 지면 온도는 영하 113도이다. 행성 자체가 암석과 얼음으로 이루어져 있다. Ahuna Mons는 세레스의 유일한 산인데 높이가 4km이고 폭이 17km입니다. 크기가 에베레스트산의 절반 정도 되는 셈이다. 발견된 얼음화산은 종상 화산에 해당합니다. 산의 정상이 돔 모양을 띠는 게 특징이다. 이 화산은 대체적으로 용암이 위로 뿜어져 나오지 않고 조용히 지면으로 스며나온다. 화구가 메워져 화구 없는 용암돔을 만드는 식이다.
- 화산의 종류는 여러 가지가 있지만 크게 3가지로 나눌 수 있다. 영국의 분류에 따르면 분화구 주변이 돔 모양을 띠는 종상 화산(domed volcano)과 성층 화산이 몇 개 겹쳐져 형성된 복식 화산(composite volcano), 방패 모양의 순상 화산(shield volcano)을 들 수 있다. 복식 화산은 성층 화산이 여러 개 겹치면서 높고 가파른 모양이다. 폭발성이 크고, 끈적거리는 용암이 느리게 흘러 멀리 못가 굳는데 이런 작용이 반복됐기 때문이다. 순상 화산은 높이가 낮으며 완만한 경사를 이룬다. 폭발성이 복식 화산보다 약하다. 용임이 물 같이 묽고 빠른 속도로 흘러나와 비교적 멀리 퍼져서 그렇다. 세레스의 얼음 화산과 그 모양새가 유사한 화산이 일본에 있다. 홋카이도의 쇼와신산이다. 용암이 굳어 화산 입구가 메워졌다. 대표적인 종상 화산 형태로 세레스 화산 또한 모양이 이와 비슷한 것으로 분석된다. 차이점은 세레스 얼음 화산이 용암 대신 염류 등이 섞인 물을 분출한다는 것이다. 연구진은 'cryomagma'라는 용어를 쓰는데 점성이 높고 여러 물질이 섞인 얼음 용암이다.
빙저화산
- 빙저화산은 마그마나 용암이 빙하 밑에서 분출하게 되면 얼음이 녹아 빙하 한복판에 얼음에 둘러싸인 호수가 만들어지며 이 호수 내부에서 일어난 화산활동에 의해 만들어진 화산을 말한다. 빙저화산은 주로 아이슬란드와 남극대륙에서 보고되었으며 캐나다나 알래스카의 고산지대에서도 나타나는 것으로 알려져 있다. 빙하 밑에서 화산분출이 일어날 경우 용암의 열 때문에 위에 놓인 얼음이 녹게 되며, 이 물에 의해 용암은 급격히 냉각되어 베개용암을 만든다. 베개용암이 부스러지고 화산의 사면을 따라 굴러 내리면 베개각력암(pillow breccia), 응회질 각력암, 그리고 유리쇄설암(hyaloclastite) 등의 암석이 만들어진다. 용암이 녹아 만들어진 물은 빙하 바닥의 틈새를 따라 방출되기도 한다.
- 빙저화산은 측면이 매우 가파르고 윗부분은 평탄한 특이한 형태를 지닌다. 가파른 사면은 화산을 에워싸고 있는 얼음과 물의 압력에 의해 사면붕괴가 제한되어 나타나는 현상이다. 화산이 상부의 빙하를 완전히 녹이고 수면 위로 드러나게 되면 용암이 흘러나와 윗면은 펑퍼짐해진다. 이처럼 사면은 가파르고 윗면은 평탄한 빙저화산을 투야(tuya) 또는 탁상형 산(table mountain)이라고 부른다. 하지만 용암과 화산분출물이 계속 쌓이면 일반적인 화산과 비슷한 형태를 갖게 된다. 빙저화산은 화산과 얼음 또는 빙하의 상호작용을 통해 만들어지는 화산으로서 극지방의 고환경 해석에 유용하게 활용될 수 있다.
동영상
각주
- ↑ 〈얼음화산〉, 《위키백과》
- ↑ 고재원 기자, 〈명왕성에는 얼음입자를 분출하는 화산이 있다〉, 《동아사이언스》, 2022-03-30
참고자료
- 〈얼음화산〉, 《위키백과》
- 곽노필 기자, 〈얼음덩어리 명왕성도 한때는 따뜻?…얼음 아래 화산 품었었다〉, 《한겨레신문》, 2024-06-29
- 고재원 기자, 〈명왕성에는 얼음입자를 분출하는 화산이 있다〉, 《동아사이언스》, 2022-03-30
같이 보기
