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칼데라
칼데라(caldera)란 화산 폭발이 끝난 후 마그마가 빠져나와 생긴 지하의 빈 공간이 산 정상부의 무게를 이기지 못해 꺼져 생긴 넓은 함몰분화구를 말한다.
내용
칼데라는 화산성 분출에 따라 일어나는 붕락으로 형성된 화산 지형으로, 보통 화산 화구와 혼동되기도 하는데 서로 다른 것이다.
보통 분화구는 크기가 지름 1km 이하이지만 어떤 원인으로 인해 화구가 크게 팬 경우 그 윤곽이 원형 또는 말굽형일 때 칼데라라고 한다. 한국에서의 화구와 칼데라의 구별은 지름 2km를 경계로 하고 있다. 폭발 칼데라는 대형 폭렬 화구이며, 침식 칼데라는 침식 작용 때문에 화산체에 커다란 원형 웅덩이가 팬 것이다.
칼데라 대부분은 함몰 칼데라이며, 어떤 원인으로 화구 바로 밑의 마그마굄의 마그마의 양이 급격히 감소하여 화산체가 밑에서부터 받쳐주는 지지를 잃어 화구 부근이 함몰된 것이다. 킬라우에형 칼데라는 하와이형 순상 화산에서 볼 수 있으며, 산꼭대기 바로 밑에 있는 마그마 덩어리에서 현무암질 마그마가 급격히 다른 쪽으로 이동하면서 속이 비기 때문에 생긴다. 마그마의 이동은 보통 산 중턱의 갈라진 틈이 벌어져서 생기는 측(側)분화가 원인이 된다. 이들은 모두 대규모 화쇄류 분출이 먼저 일어나고 그 직후에 화구 부근이 함몰하여 지름 몇 킬로미터에서 20km의 칼데라가 된 것이다. 칼데라의 바깥쪽에는 광대한 지역에 화쇄류 퇴적물이 대지를 이루어 펼쳐져 있다.
특히 함몰 칼데라는 칼데라의 대부분을 차지하고, 또 대형의 것도 포함하므로 지학 현상으로서 가장 중요시된다. 암질, 분화, 양식, 지질구조 등의 차이에서 킬라우에아(Kilauea)형 칼데라, 크라카토아(Krakatau(oa))형 칼데라, 화산 구조성 함몰지 등으로 세분된다. 한편, 폭발 칼데라 및 침식 칼데라는 그 보기가 드물고 규모도 작은 것으로 알려져 있다.
'칼데라'는 가마솥을 의미하는 라틴어 'caldaria'에서 유래된 스페인어로, 영어로는 'cauldron'이라도 표기된다. 독일의 지질학자 레오폴드 폰 부흐에 의해 처음 사용되었다.
형성
화산의 분출 후에 비어있는 지하의 마그마방(Magma Chamber)으로 분화구의 일부가 함몰되어 화산분출분화구가 형성된다. 정단층을 수반하는 함몰된 분화구의 규모가 커지면 칼데라가 된다. 파테레(Paterae)는 목성의 위성 이오에서 관찰되는 불규칙한 형태의 칼데라이다. 함몰된 칼데라에 지하수나 주변의 녹은 눈이 유입되면 칼데라호수(Caldera Lake)가 형성된다. 대표적으로 백두산 천지가 있다.
칼데라는 대규모 폭발형 화산암체에서 형성되므로, 10⁵Pa∙s보다 큰 점성을 지니는 유문암질 마그마의 분출과 밀접한 관련이 있다. 유문암질 마그마의 폭발 때문에 생성된 대량의 화산쇄설물은 칼데라 주변에 화산쇄설암(Pyroclastic Rocks)이나 용결응회암(Ignimbrites)의 형태로 존재한다. 때에 따라 수증기나 이산화탄소를 많이 포함한 점성이 작은 현무암질 마그마가 주변의 유문암질 마그마와 반응하여 대형 화산 폭발을 일으키기도 한다. 칼데라의 크기는 화산 폭발 때문에 비워진 마그마방의 크기와 화산 폭발 때문에 형성된 화산쇄설암의 부피에 비례하여 증가한다.
형태
- 원형 칼데라
마그마방이 부력과 중력이 같은 중성부력(Neutral Buoyancy)상태를 유지하면 마그마가 지속해서 유입되어 팽창하게 된다. 부력이 중력보다 큰 양성부력(Positive Buoyancy)상태로 마그마방이 진화하면, 압력을 효율적으로 감소시키기 위해서 지표에 수직인 방향으로 이동하게 된다. 마그마방 상부 지층이 특정 방향으로 깨지지 않는다면, 마그마는 지표에 수직인 방향으로 분출하게 되어 원형의 칼데라를 형성하게 된다. 미국 오리건주에 있는 마자마화산(Mountain Mazama)의 크레이터호(Crater Lake)가 대표적인 원형 칼데라이다.
- 타원형 칼데라
반복적인 화산 분출 때문에 마그마 상부의 지층이 약해지면, 단층에 평행한 방향으로 마그마의 분출이 집중되어 타원형 칼데라가 형성된다. 지구에서 현재 관찰되는 최대 넓이의 칼데라인 토바 칼데라는 인도네시아 북수마트라에 위치하며, 약 100km의 길이와 30km의 너비로 관찰되는 타원형 칼데라이다. 화산폭발지수(VEI) 8의 대규모 화산 폭발 때문에 형성된 토바 칼데라의 평균 깊이는 505m이며, 세계에서 가장 큰 화산호수이다. 대략 7만 5천년 전에 토바 칼데라를 형성한 대규모 화산 분출 때문에 화산겨울(Volcanic Winter)이 수천년 지속하며 생태계를 교란하였고, 현생 인류의 진화에도 영향을 주었다.[1]
현황
세계 최대의 칼데라는 일본 아소산 칼데라로 지름 20km, 둘레 130km 정도의 놀라운 규모를 자랑하고 있다. 대한민국에서 칼데라가 발견되는 곳은 백두산과 울릉도 두 곳뿐. 백두산 칼데라에는 천지(天池)가 칼데라호(湖)를 이루고 있으며, 울릉도 칼데라에는 나리분지(羅里盆地)와 알봉분지가 들어서 있다.
세계적으로 유명한 칼데라호로는 미국의 국립공원인 오리건주의 크레이터 레이크가 있다. 이곳 칼데라호는 지름 8~10㎞, 수심 약 660m이며 수면 위로 중앙화구구가 솟아올라 섬(Wizard Island)을 만들었다.
한국에서는 백두산(2,744m)의 천지(天池)가 유일한 칼데라호이다. 백두산 천지는 과거 조선시대 때 대택(大澤), 대지(大池), 달문(闥門), 용왕담(龍王潭) 등의 이름으로 불렸다. 천지라는 이름은 1908년 청나라 유건봉이 편찬한 「장백산강지략」에서 용왕담을 천지라 명명하면서부터 사용되기 시작하였다고 한다.
천지의 수면 고도는 2,237m, 면적은 약 9.16㎢로 불규칙한 타원형 모양이며 안쪽 사면 경사는 70~90°로 절벽을 이룬다. 둘레는 14.4㎞, 동서 폭은 3.55㎞, 남북 폭은 4.64㎞이다. 수심이 가장 깊은 곳은 384m이며, 평균수심은 213.3m이다. 호수 바닥에는 부석, 자갈, 모래 등이 쌓여 있다. 물의 원천은 대기 강수와 일부 지하수로 보충된다.
천지는 한반도 호수 중 가장 먼저 얼음이 두껍게 어는 호수로서 얼음 평균 두께는 1.5m이다. 호숫물의 총량은 19억 5500만㎡이며 천지의 물은 중국 송화강으로 유입된다. 백두산 천지는 세계적으로도 가장 높은 곳에 있는 칼데라호로서 경관이 뛰어날 뿐만 아니라 학술적으로도 가치가 높아 절대적 보존 관리가 필요한 곳이다. 북한에서는 1980년 1월에 천연기념물 제351호로 지정하여 특별히 보호하고 있다.
분화구
분화구(噴火口)란 화산체(火山體)의 일부에 열려 있는 용암과 화산가스 따위의 분출구를 말한다.[2]
분화구는 지하의 마그마가 용암이나 화산가스로 지표에 분출하는 출구로서 화구 또는 분화공이라고 한다. 화산체에서의 상대적인 위치에 따라 산정화구, 중앙화구, 측화구 등으로 구분된다. 분화 직후 출현하는 화구는 깔때기 모양에 가깝지만 시간이 지나면 화구벽이 붕괴되고 분화구 바닥이 메워져 사발 모양이 된다.
화구는 마그마가 지하 깊은 곳으로부터 상승해와 지표로 분출될 때 형성된다. 따라서 화구 밑에는 반드시 마그마의 통로인 화도(火道)가 있다. 일반적으로 원형, 타원형으로 분화 중에는 화도가 연장된 원통형 구멍으로 여겨지지만, 분화가 끝나면 주위의 토사와 암석이 허물어져 절구형의 웅덩이 형태로 많이 변한다. 대체로 지름이 1km를 넘지 않는다.
화구와 달리 칼데라는 화산이 분화될 때 폭발 등으로 인해 화구 주변이 함몰되어 형성된 분지로 지름이 1km가 넘는다.
화구에 물이 고인 것을 화구호라고 한다. 한라산의 백록담이 화구호의 대표적인 예이며, 백두산의 천지는 칼데라호이다.
제주도의 산굼부리는 용암을 거의 분출하지 않고 폭발에 의하여 구멍만 깊숙이 패였으며, 폭발로 인한 물질은 사방으로 던져지고 소량만 주위에 쌓였다. 또한, 화구에 내린 빗물은 화구벽의 현무암 자갈층을 통하여 바다로 흘러나간다. 이런 화구를 마르(Maar)라고 하는데, 한국에서는 산굼부리가 유일하며 세계적으로는 일본과 독일에 몇 개 알려져 있다.
동영상
각주
참고자료
- 〈칼데라〉, 《위키백과》
- 〈칼데라〉, 《나무위키》
- 〈칼데라〉, 《지질과학백과사전》
- 〈칼데라호〉, 《한국민족문화대백과사전》
- 〈칼데라〉, 《네이버지식백과》
- 〈분화구〉, 《네이버국어사전》
같이 보기
