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용암
용암(熔岩)은 화산 분출물 중 붉게 빛나는 뜨거운 액체를 가리킨다.
개요
- 용암은 케인이 분출 동안 밖으로 나온 암석의 용융체이다. 처음 화산의 화구에서 빠져나올 때 용암의 온도는 700°C에서 1,200°C이다. 용암은 물에 비해 점성이 약 100,000배로 매우 점성질이지만, 요변성과 전단력으로 얇아지는 특성을 지녔기 때문에 냉각을 거쳐 굳을 때까지 매우 먼 거리를 이동하며 흐를 수 있다. 용암류(Lava flow)는 용암이 유출되어 나오는 것으로 비폭발적인 유출성 분출 중 생긴다. 움직임이 멈추면 용암은 굳어 현무암이 된다. 용암류를 줄여서 흔히 용암이라 부르기도 한다. 폭발적인 분출은 용암류와는 다른 화산재와 다른 파편들이 혼합된 테프라(tephra)를 만든다. 용암은 화산 밖에 있고, 마그마는 화산 안에 있다. 화산 안에 있는 마그마는 가스를 가지고 있지만, 화산 안에서 나가는 순간, 가스가 증발해 용암이 되는 것이다. 그래서 용암과 마그마가 다르다.[1]
- 용암은 녹은 암석을 말하고, 마그마는 암석이 녹아 만들어진 것이지만, 둘은 정의부터 용례까지 다르다. 마그마는 지하에 있는 덩어리를, 용암은 지표로 분출 완료된 대상을 지칭하는 용어이다. 화산은 지하에 있는 마그마를 다양한 방법으로 분출시킬 수 있으며, 이 중에서 용암은 녹은 암석이 덩어리째 분출된 물질을 가리킨다. 화산쇄설물도 마그마에서 가스가 빠져나가고 고화된 마그마 덩어리가 퇴적되지만, 이를 용암이라고 부르지는 않는다. 그래서 용암은 녹은 암석이 괴상으로 흐르거나(용암류(流), lava flow) 터져 나오는(화산탄, lava bomb) 경우, 그 덩이 혹은 그것이 굳은 암석을 지칭하게 된다. 용암은 마그마에 비해 훨씬 낮은 압력(대기압)에 놓여 있는 용융물이므로 당연히 휘발성 물질이 빠져나가기 용이한 환경이다. 그러므로 용암의 휘발성 성분을 분석하면 마그마의 성분을 대변하기 어렵다. 또한 용암은 하나의 흐름일지라도 시간에 따라 휘발성 물질의 농도가 달라지기 때문에 최대한 급랭시킨 경우에만 용암 자체의 성질을 의미한다고 간주한다. 마그마 자체의 휘발성분을 구하고 싶을 때는 확산이 어려운 상태로 갇혀 있는 특별한 경우에 가능하다. 그 때문에 용암의 흐름 양상을 지배하는 점성이 중요하며, 점성을 지배하는 온도, 성분, 기체 함량 등이 용암을 설명할 때 주로 다뤄지는 것이다. 결국 같은 화산암을 분석하더라도, 분석하는 대상이 용암이었는지, 화산탄이었는지, 화산쇄설물이었는지에 따라 도출되는 값의 의미는 달라지게 되는 것이다.[2]
- 용암은 지하에 녹아있던 마그마가 지각의 약한 틈을 타고 지표 위로 분출하여 녹아있는 상태 또는 마그마가 굳어져서 된 암석. 용암의 온도는 화학 조성과 가스의 함량에 따라 다르지만, 보통 800℃에서 1,200℃ 정도이다. 용암의 유동성은 화학 조성이나 온도 등의 여러 요인에 따라 달라지는데, 일반적으로 마그마의 온도가 높으며 휘발성 기체를 많이 포함하고 이산화규소(SiO₂)의 양이 적을수록 유동성이 좋다. 용암류가 호수나 바다와 같은 수중에서 분출하게 되면 갑자기 식으면서 판 모양이나 타원형의 베개 모양을 만드는데 이것을 베개용암(pillow lava)이라 한다. 우리나라의 경우 경기도 연천 부근에서 한탄강으로 흘러 들어간 현무암류의 앞부분에서 만들어진 베개용암을 볼 수 있다. 한편 용암류가 흘러갈 때, 표면과 내부의 냉각 속도는 서로 다르다. 그러므로 표면은 굳었지만 내부에서는 아직 유동 상태에 있을 때 용암류가 흐르면서 터널 모양의 빈 공간을 만드는 경우가 있다. 이렇게 해서 생긴 지형을 용암동굴(lava tunnel)이라 하는데, 제주도의 만장굴은 이와 같은 과정을 통해서 생긴 용암동굴이다.[3]
용암의 온도
- 용암은 지하에 녹아있던 마그마가 약한 지표면 틈을 타고 분출해 녹아있는 상태 또는 마그마가 굳어져 암석이 된 상태를 뜻한다. 용암의 온도는 화학 조성과 가스 함량 등 경우에 따라 차이는 있지만, 보통 800℃~1200℃에 이른다.
- 용암의 온도는 용암 종류에 따라 조금씩 다르다. 용암은 이산화규소 함량에 따라 유문암질, 안산암질, 현무암질로 나뉘는데 이 중 용암의 온도가 가장 높은 것은 현무암질 용암이다. 용암의 온도는 각각 유문암질 용암 900~1000℃, 안산암질 용암 1000~1100℃, 현무암질 용암 1100~1200℃ 정도로 알려진다.
- 용암 속의 현무암질의 온도는 약 1100℃, 안산암질의 온도는 약 1000℃이다. 또 용암은 화산을 타고 내려오면서 공기와 접촉하기 때문에 계속 냉각되기에 그보다 온도가 낮다. 시멘트는 혼합물이기 때문에 일정한 녹는점을 계산하기 어렵지만 산화알루미늄(Al2O3)의 함량이 높을수록 녹는점이 2000℃까지 올라간다. 따라서 시멘트로 용암을 막을 수 있다.
용암과의 비교
- 화산 : 땅속 마그마가 지각의 틈을 통하여 지표로 나올 때 분출물이 쌓이면서 생긴 지형이다. 용암의 점성(끈끈한 정도)에 따라 화산의 모양이 달라진다. 점성이 끈끈하면 잘 흘러내리지 않아 종 모양의 화산이 되고 점성이 약하다면 잘 흘러내려 완만한 모양이 된다.
- 마그마 : 땅속 깊은 곳에서 암석이 높은 열에 의하여 녹은 물질이다. 고온의 마그마에는 기체도 포함이 되어있다. 위에서는 딱딱한 암석이 누르고 아래에선 고온의 기체가 있다 보니 마그마가 위로 올라간다. 올라가며 고온에 의해 더 녹이며 커다란 방을 만들고 마그마가 더 모이게 된다. 점점 마그마가 모이다 올라가려는 기체와 누르려는 지각에 의해 한계점에 도달하면 화산 폭발이 일어난다.
- 용암 : 마그마가 지표면을 뚫고 나온 것으로 액체 상태의 물질이다. 마그마가 밖에 나오고 기체가 빠져나간 후의 액체 상태 물질이다.
- 분출물 : 화산이 분출할 때 분화구를 통하여 나오는 물질로 고체 상태로는 화산재, 화산 암석 조각이 있고 액체 상태로는 용암이고, 기체 상태로는 화산 가스가 있다. 화산 가스는 수증기가 대부분이고 이산화황, 이산화탄소 등이 포함되어 있다.
용암 대지과 용암 동굴
- 유동성이 큰 현무암질 용암이 완만한 경사를 따라 먼 거리까지 흘러내려가면서 넓고 평탄한 대지를 형성하는데 이것이 '용암 대지'이다. 이러한 용암은 흘러들어갈 때 표면에 비해 내부가 빨리 응고되지 않기 때문에 터널 모양의 빈 공간이 만들어지기도 한다. 이것을 '용암 동굴'이라고 하며 제주도에 있는 만장굴, 쌍용굴이 대표적인 용암 동굴이다.
한국의 용암
- 우리나라에서는 현재 용암이 흘러가는 지역을 직접 볼 수 없다. 그러나 과거에 용암이 흘러간 흔적은 제주도뿐만 아니라, 경기도 연천이나 강원도 철원과 같은 내륙에서도 쉽게 볼 수 있다.
- 이 밖에 제주도나 울릉도는 섬 전체가 용암으로 이루어진 지형이며 백두산도 용암으로 형성된 지형이다. 이것들은 모두 신생대 제3기 말에서 제4기 초에(약 250만 년 전) 일어난 화산 활동의 결과로 생긴 것이다.
- 그 밖에 경상북도 의성의 금성산, 경상북도 청송의 주왕산, 광주광역시 무등산의 서석대나 입석대 등에서도 용암의 흐른 다음 식은 흔적을 찾을 수 있는데, 이것들은 중생대 말기(약 1억 년 전∼약 7,000만 년 전)의 화산활동에 의한 것이다.
용암과 마그마
- 용암은 마그마가 지표로 분출한 것 또는 그것이 고결된 것으로서, 고온이며 가스함량이 클수록 점성이 낮다. 지표면 가까이 오면서 압력이 낮아지면 마그마의 가스가 기포가 되는데, 점성이 낮으면 기포가 잘 빠져나가서 완만한 분출이 되고 점성이 높으면 폭발적인 분출이 일어난다.
- 용암에는 매우 유동성이 높은 것이 있는 반면에, 거의 유동하지 않고 점성(粘性)이 높은 것도 있다. 용암의 점성은 그 화학조성, 가스의 함량, 온도 및 결정화(結晶化)의 정도에 의해 좌우된다. 일반적으로 고온이며 가스함량이 클수록 점성은 낮다. 또한 이산화규소 SiO2의 양이 많고(즉 CaO, MgO, FeO의 양이 적고), 결정화가 진척되면 점성이 높아진다.
- 마그마는 지하에서는 가스를 녹여서 함유하고 있는데, 지표 가까이 또는 지상에 이르러 고압에서 해방되면 기포로 되어 그 자국이 기공(氣孔)으로 남게 된다. 이와 같은 기공이 나중에 광물로 채워지면 행인상(杏仁狀) 구조를 이루게 된다. 점성이 낮은 용암으로부터는 가스가 쉽게 발산하지만, 점성이 높은 용암에서는 기포가 잘 빠져나가지 못하고, 가스의 압력이 상당히 높아질 때까지 집적된다. 따라서 점성이 낮은 용암의 분출은 완만하지만, 점성이 높은 용암의 분출은 폭발적이 된다. 폭발적인 분출이 일어나면 마그마나 암편이 흩어져 화산재·화산력·화산암괴로 뿌려진다. 이와 같은 분출에서 방출된 마그마는 가스가 급격히 일출(逸出)하기 때문에 공극이 많은 암괴(부석이나 岩滓)가 생긴다.
- 분출 이전의 마그마의 온도 강하는 완만하므로, 그때 이미 결정작용이 시작되고 있으면 결정은 크게 성장하여 반정(斑晶)을 이루는데, 분출 후에는 재빨리 고결하여 미세한 결정의 집합체 또는 유리질로 된다. 용암의 분출 때의 온도는 현무암질의 것에 있어서 1,200∼1,100 ℃, 안산암이나 석영안산암질의 것에 있어서 1,000∼900 ℃이다. 비중은 상온에서 2.9(현무암질)∼2.3(유문암질)이다. 용암의 표면형태로 보아, 괴상(塊狀)용암·아아용암·승상용암(繩狀溶岩:파호이호이용암) 등이 있다. 그리고 용암의 유동 방향으로 평행 또는 수직으로 절리(節理)가 발달하는 경우도 있으며, 판상절리·주상절리라고 한다.
- 점성이 높은 용암의 한 장의 두께는 600m에 이르는 것이 있으나, 피복면적은 그다지 크지 않으며 종상화산(鐘狀火山)이나 탑상화산(塔狀火山)을 형성한다. 중간 정도의 점성(안산암질)의 용암은 화산쇄설물이나 용암류의 층을 이루어 원추형의 화산체를 이룬다(필리핀의 마욘산, 일본의 후지산). 점성이 낮은 용암은 한 장의 두께가 수 m이지만 피복 면적이 크고, 경사가 완만한 화산체(순상화산)를 형성한다(하와이의 마우나로아산). 점성이 아주 낮은 용암은 대지현무암이며, 막대한 양의 용암이 폭발 없이 유출하여 광대한 면적을 덮는다(미국의 컬럼비아강 현무암, 스네이크강 현무암, 인도의 데칸고원 현무암).[4]
관련 기사
- 화산의 마그마에서 발생하는 작은 진동이나 수분량을 분석해 예측의 정확도를 높이고 지진 분석에 인공지능(AI)이 동원되고 있다. 전 세계에서 화산 40~50개가 최근 폭발했거나 불안정한 상태다. 화산이 폭발할 때 분출되는 마그마는 땅속에 있기 때문에 예측 연구가 더 어렵다. 수억 명이 언제 터질지 모르는 위험에 무방비로 노출된 셈이다. 미 오리건대의 레이프 칼스트롬 교수 연구진은 '화산에 고여 있는 용암 호수에서 발생하는 작은 진동 신호를 분석해 폭발 징후를 찾아낼 수 있다'고 국제 학술지 '사이언스어드밴시스'에 2022년 6월 1일 밝혔다. 2007년부터 분화구에 용암이 고여 있다가 2018년 폭발한 하와이 킬라우에아 화산이 연구 대상이었다. 화산 분화구 가장자리에 있던 돌덩이가 용암 호수 안으로 떨어질 때 수십 초간 작은 진동이 발생한다. 연구진은 이 작은 신호로 마그마의 정보를 알 수 있다고 추정했다. 구진은 일본에서 수집한 실제 지진 데이터와 함께 일본의 지진 발생 지역 1400곳에서 발생할 수 있는 지진 시뮬레이션 데이터 35만 건을 AI에 학습시켰다. 연구진은 '기존보다 8초 앞당긴 것이 작게 느껴질 수 있지만 조기 경보에서는 긴 시간'이라고 밝혔다. 특히 AI는 큰 규모의 지진을 잘 구별해냈다. 강한 지진의 경우 P파의 진폭이 최대가 돼 다양한 규모의 지진을 구별하기 어려웠다. 연구진은 '다른 방법보다 일찍 지진의 규모와 위치를 모두 정확하게 구별할 수 있었다'고 말했다.[5]
- 한반도 최남단 섬 마라도가 약 20만 년 전 형성된 것으로 확인됐다. 제주도 세계유산본부는 호주 커틴대학교와 함께 '우라늄-토륨-헬륨 연대측정법'으로 마라도의 형성시기를 측정한 결과 약 20만 년 전 형성됐다는 것을 새롭게 확인했다고 2022년 10월 24일 밝혔다. 20만년 전 해저 용암이 분출해 식으면서 마라도가 형성된 것이다. 이 연대 측정법은 지르콘(저어콘)과 같이 우라늄 함량이 높은 광물을 대상으로, 광물 내 우라늄이 붕괴하는 과정에서 생성된 헬륨의 양을 조사해 연대를 측정하는 방법이다. 이 분석법은 거문오름이 약 8,000년 전, 송악산이 약 4,000년 전에 형성됐음을 규명하는데도 활용됐다. 연구진은 또 마라도 현무암에서 꽃 문양의 작은 구 형태(직경 1∼1.5㎝)의 군집이 발달한 것을 확인했다고 밝혔다. 이는 제주도 본섬의 현무암에서는 찾아보기 힘든 것이다. 마라도는 모슬포항에서 남쪽으로 11㎞ 떨어진 거리에 있는 국토 최남단 섬이다. 남북으로 길쭉한 타원형을 하고 있으며, 천연기념물 제432호로 지정·보호되고 있다.[6]
동영상
각주
- ↑ 〈용암〉, 《위키백과》
- ↑ 〈용암〉, 《나무위키》
- ↑ 〈용암(熔岩)〉, 《한국민족문화대백과사전》
- ↑ 〈용암(lava,熔岩)〉, 《두산백과》
- ↑ 유지한 기자, 〈화산폭발 징후, 용암호수의 작은 진동신호로 찾는다〉, 《조선일보》, 2022-06-08
- ↑ 박미라 기자, 〈한반도 최남단 섬 마라도의 나이는? 약 20만년전 형성〉, 《경향신문》, 2022-10-24
참고자료
- 〈용암〉, 《위키백과》
- 〈용암〉, 《나무위키》
- 〈용암(熔岩)〉, 《한국민족문화대백과사전》
- 윤철수 기자, 〈제주세계자연유산센터 개관 10주년, 거문오름 용암길 개방〉, 《헤드라인제주》, 2022-11-16
- 김수진 여행작가, 〈“굳이 해외 갈 필요 있나요?” ···철원한탄강주상절리길〉, 《아파트관리신문》, 2022-11-11
- 박미라 기자, 〈한반도 최남단 섬 마라도의 나이는? 약 20만년전 형성〉, 《경향신문》, 2022-10-24
- 황기현 기자, 〈8개월 만에 또 폭발한 화산서 용암 줄줄…'용감한 관광객들' 몰렸다 (해외토픽)〉, 《데일리안》, 2022-08-06
- 유지한 기자, 〈화산폭발 징후, 용암호수의 작은 진동신호로 찾는다〉, 《조선일보》, 2022-06-08
- 통후니, 〈(화산 마그마?, 화산의 원리, 용암, 온도, 하와이 킬라우에아 화산 위력]〉, 《네이버블로그》, 2018-05-26
같이 보기
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