천연기념물 제63호로 지정된 산굼부리 분화구은 기존 마르형 분화구로 인식되었지만, 새로운 정밀지질도 작성과 함께 야외에서의 지질학적 특징들이 산굼부리 분화구가 두 번에 걸친 화산활동으로 형성된 함몰분화구(pit crater)임을 지시한다. Stage 1 단계에서는 비현정질휘석현무암 I와 화산재와 래필리로 구성된 화성쇄설물 I가 동시에 형성되었고, stage 2 단계에서는 침상장석감람석현무암 형성 후 비현정질휘석현무암 II와 집괴암으로 구성된 화성쇄설물 II가 동시에 형성되었다. Stage 2의 침상장석감람석현무암을 Ar-Ar 연대측정 결과 산굼부리 함몰분화구는 7만3천 년 전에 형성되었다. 산굼부리 분화구는 함몰분화구(pit crater)임에도 불구하고 현재까지는 하부로 빠져나간 마그마의 방향을 알 수 없다.
천연기념물 제63호로 지정된 산굼부리 분화구은 기존 마르형 분화구로 인식되었지만, 새로운 정밀지질도 작성과 함께 야외에서의 지질학적 특징들이 산굼부리 분화구가 두 번에 걸친 화산활동으로 형성된 함몰분화구(pit crater)임을 지시한다. Stage 1 단계에서는 비현정질휘석현무암 I와 화산재와 래필리로 구성된 화성쇄설물 I가 동시에 형성되었고, stage 2 단계에서는 침상장석감람석현무암 형성 후 비현정질휘석현무암 II와 집괴암으로 구성된 화성쇄설물 II가 동시에 형성되었다. Stage 2의 침상장석감람석현무암을 Ar-Ar 연대측정 결과 산굼부리 함몰분화구는 7만3천 년 전에 형성되었다. 산굼부리 분화구는 함몰분화구(pit crater)임에도 불구하고 현재까지는 하부로 빠져나간 마그마의 방향을 알 수 없다.
Sangumburi crater, designated as Natural Monument No. 63, recognized as a maar, but precise geological mapping and geological characteristics in the field indicate that Sangumburi crater is a pit crater. Two stages of volcanic activities created Sangumburi pit crater. Lava flow (aphanitic pyroxene b...
Sangumburi crater, designated as Natural Monument No. 63, recognized as a maar, but precise geological mapping and geological characteristics in the field indicate that Sangumburi crater is a pit crater. Two stages of volcanic activities created Sangumburi pit crater. Lava flow (aphanitic pyroxene basalt I) and associated pyroclastic deposit (pyroclast I), composed of ash and lapilli, were formed at the stage 1. In the stage 2, lava flow (feldspar olivine basalt) was overlain by lava flow (aphanitic pyroxene basalt II) and associated pyroclastic deposit (pyroclast II), composed of agglomerate. Sangumburi pit crater formed at $0.073{\pm}0.036Ma$, determined by Ar-Ar age dating for the feldspar olivine basalt at the stage 2. It is not clear the preferred migration direction of subsurface magma after Sangumburi pit crater formed.
Sangumburi crater, designated as Natural Monument No. 63, recognized as a maar, but precise geological mapping and geological characteristics in the field indicate that Sangumburi crater is a pit crater. Two stages of volcanic activities created Sangumburi pit crater. Lava flow (aphanitic pyroxene basalt I) and associated pyroclastic deposit (pyroclast I), composed of ash and lapilli, were formed at the stage 1. In the stage 2, lava flow (feldspar olivine basalt) was overlain by lava flow (aphanitic pyroxene basalt II) and associated pyroclastic deposit (pyroclast II), composed of agglomerate. Sangumburi pit crater formed at $0.073{\pm}0.036Ma$, determined by Ar-Ar age dating for the feldspar olivine basalt at the stage 2. It is not clear the preferred migration direction of subsurface magma after Sangumburi pit crater formed.
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문제 정의
산굼부리는 천연기념물로 지정되어 보호받고 있는 문화재임에도 불구하고 아직까지 산굼부리 분화구에 대한 자세한 지질조사가 이루어지지 않은 실정이다. 이번 연구의 목적은 산굼부리 분화구와 인근 지역 용암류에 대한 정밀 지질조사를 수행하여 산굼부리 분화구가 형성된 과정을 밝히는데 있다.
가설 설정
7). 만약 부분용융 동안 이들 미량원소비가 변화하지 않았다고 가정 한다면 화산암을 형성한 마그마는 결핍 맨틀(DMM)과 부화된 맨틀(EM)에서 기원한 마그마들 사이의 지화학적 영역에 도식된다. 그러므로 산굼부리 화산암을 형성한 마그마는 결핍 맨틀과 부화된 맨틀의 지화학적 특성이 혼합된 근원물질로부터 형성되었음을 알 수 있다.
제안 방법
두 번째 분출 시기(stage 2)에는 침상장석감람석현무암(FOB)이 분출된 후 비현정질휘석현무암 II(APB II)와 화성쇄설물 II(P II)가 동 시기에 분출하였다 (Fig. 1). 침상장석감람석현무암은 제주도 동부와 서부 해안가에서 주로 관찰되는 침상장석감람석현무암 조직과 매우 유사하고, 육안으로 사장석 반정이 잘 관찰된다(Fig.
산굼부리 형성 연대를 알아내기 위해 분석시료를 250~180 µm 크기로 분쇄하여 중성자 조사(neutron irradiation)를 실시한 후 40Ar-39Ar 연대 측정을 한국 기초과학지원연구원 오창센터에서 레이저 발생장치(Fusions10.6, Photon Machines)와 다검출기 불활성기체 질량분석기(ARGUS VI, Thermo)를 이용하여 실시하였다.
산굼부리 화산암을 형성시킨 근원 맨틀 물질의 특성을 알아보기 위해 미량원소(Ba/Nb, Th/Nb, Rb/Nb)비를 이용하여 검토해 보았다(Fig. 7). 만약 부분용융 동안 이들 미량원소비가 변화하지 않았다고 가정 한다면 화산암을 형성한 마그마는 결핍 맨틀(DMM)과 부화된 맨틀(EM)에서 기원한 마그마들 사이의 지화학적 영역에 도식된다.
암석 시료는 풍화되지 않은 암석면을 이용하여 세척 후 분말로 만들 후, 분말 시료와 Li2B2O7 용재(flux)를 1:10의 비율로 섞어 1,200oC에서 비드(bead)를 만들어 분석하였다. 시료를 비드로 제작한 후에 주성분원소 분석은 전류 70 mA, 전압 40 kV하에서 X-선을 조사하여 수행되었다.
산굼부리 분화구에서 채취한 화산암 시료의 주성분원소는 한국지질자원연구원의 X-선 형광분석기(X-ray florescence; MXF-2400)를 이용하여 분석되었다. 암석 시료는 풍화되지 않은 암석면을 이용하여 세척 후 분말로 만들 후, 분말 시료와 Li2B2O7 용재(flux)를 1:10의 비율로 섞어 1,200oC에서 비드(bead)를 만들어 분석하였다. 시료를 비드로 제작한 후에 주성분원소 분석은 전류 70 mA, 전압 40 kV하에서 X-선을 조사하여 수행되었다.
앞에서 언급한 것 같이 산굼부리 분화구는 두 번에 걸쳐 폭발하여 형성되었다. 야외조사 결과와 이번 연구결과들을 바탕으로 그림 8과 같이 산굼부리 분화구의 형성과정을 모식화하였다.
이차 변질작용의 과정에서 비유동성인 원소들(Hf,Th, Ta)을 이용하여 산굼부리 화산암의 지구조 환경을 분별하는데 사용하였다(Rollinson, 1993). Fig.
4B)(Kil, 1995). 점성도가 낮은 거문오름 II 용암이 산굼부리 분화구 남쪽면을 따라 후기에 흐르면서 거문오름 II 용암 상부가 구불구불한 표면을 만들었다(Fig. 4B).
대상 데이터
40Ar/39Ar 연대 측정을 위하여 신선한 화산암 시료를 250~180 µm 크기로 잘게 분쇄하여 증류수로 세척 한 후 건조한 시료를 준비하였다.
본 연구 수행은 제주특별자치도 “제주 산굼부리 분화구 종합 학술조사 및 보존, 활용방안 연구용역”에 의하여 수행되었다.
분석조건은 빔 사이즈 110 µm, 10 Hz, 70% 출력이고, Ca 원소를 내부표준물질(internal standard)로 NIST 612를 외부표준물질(external standard)로 사용하였다.
산굼부리 분화구의 정밀 지질조사를 수행하기 위해 1:5000 지형도와 GPS가 이용되었고, 편광현미경 관찰을 위해 채취한 모든 암석은 전남대학교 에너지자원공학과 박편실에서 박편으로 제작되었다.
Ar 연대 측정을 위하여 신선한 화산암 시료를 250~180 µm 크기로 잘게 분쇄하여 증류수로 세척 한 후 건조한 시료를 준비하였다. 중성자 조사 후 분석은 한국기초과학지원연구원 오창센터에 있는 레이저 발생장치(Fusions 10.6, Photon Machines)와 다검출기 불활성기체 질량분석기(ARGUS VI, Thermo)를 이용하였다.
데이터처리
화산암 시료의 미량원소원소 분석은 한국기초과학 지원연구원 오창센터에서 레이저 삭마 유도결합플라즈마 질량분석기(Laser Ablation Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometer)를 이용하여 분석되었다(Kil and Jung, 2015). 미량원소 분석에는 주성분원소 분석에서 사용된 비드를 이용하였고, 각 시료마다 3번의 분석 후 평균값을 사용하였다. 분석조건은 빔 사이즈 110 µm, 10 Hz, 70% 출력이고, Ca 원소를 내부표준물질(internal standard)로 NIST 612를 외부표준물질(external standard)로 사용하였다.
분석조건은 빔 사이즈 110 µm, 10 Hz, 70% 출력이고, Ca 원소를 내부표준물질(internal standard)로 NIST 612를 외부표준물질(external standard)로 사용하였다. 분석 데이터는 버지니아 공대 AMS 프로그램을 이용하여 처리 되었다.
이론/모형
6, Photon Machines)와 다검출기 불활성기체 질량분석기(ARGUS VI, Thermo)를 이용하여 실시하였다. 40Ar-39Ar 연대 측정은 Kim et al. (2014)이 제시한 분석 조건과 방법을 따라 수행되었다.
산굼부리 화산암을 분류하기 위하여 TAS(Total Alkali-Silica) 그림을 이용하였다(LeBas et al., 1986). 그림 5A에서와 같이 일부 비현정질휘석현무암 I는 조면현무암(trachy basalt) 영역에 도시되지도 하지만, 산굼부리 화산암 대부분이 현무암 영역에 도시된다.
화산암 시료의 미량원소원소 분석은 한국기초과학 지원연구원 오창센터에서 레이저 삭마 유도결합플라즈마 질량분석기(Laser Ablation Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometer)를 이용하여 분석되었다(Kil and Jung, 2015). 미량원소 분석에는 주성분원소 분석에서 사용된 비드를 이용하였고, 각 시료마다 3번의 분석 후 평균값을 사용하였다.
성능/효과
야외에서의 stage 1과 stage 2 사이의 고토양층을 발견하지 못한 것은 두 단계 사이의 휴식기가 길지 않았음을 의미한다. 결과적으로 산굼부리 분화구 형성 시기는 7만3천년이고, 이 시기는 기존 연구된 K-Ar 0.128 Ma(Jejudo, 2003)보다 젊다.
분화구 내의 급경사, 분화구 바닥의 재동된 퇴적물, 용암동굴 등의 야외조사를 통해 얻은 지질학적 자료와 정밀지질도를 통해 산굼부리 분화구는 함몰분화구(pit crater)임을 알 수 있었다. 그러나 산굼부리 분화구 일대에 또 다른 함몰분화구의 위치를 파악할 수 없어, 현재로서는 하부로 빠져나간 마그마의 방향은 알 수 없다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
함몰분화구란 무엇인가?
함몰분화구란 용암 분출 후 지하에 있던 마그마의 공급이 중단되거나 다른 곳으로 이동함으로써 생기는 지하의 빈 공동에 의해 지반 암석들이 함몰되어 생기는 분화구이다. 일반적으로 함몰되어 형성된 분화구 직경이 2 km 이상이면 칼데라(caldera)라고 하며, 1 km이하이면 함몰분화구라고 한다.
산굼부리는 언제 천연기념물로 지정되었는가?
산굼부리는 1979년 국내 유일의 마르(maar)형 분화구로 지질학적 가치를 인정받아 천연기념물 제63호로 지정되었다. Park et al.
산굼부리 분화구의 형성 과정은 어떠한가?
산굼부리 분화구의 정밀지질도 작성과 Ar-Ar 연대 측정을 통해 산굼부리 분화구는 7만3천 년 전 두 번에 폭발로 형성되었음을 알 수 있었다. Stage 1에서는 비현정질휘석현무암 I의 용암과 화산재와 래필리로 구성된 화성쇄설물 I이 동시에 형성되었다. Stage 2에서는 침상장석감람석현무암 분출 후 비현정질휘석 현무암 II와 집괴암으로 구성된 화성쇄설물 II가 동시에 형성되었다. 새로이 작성된 지질도상의 암상 및 층서는 산굼부리 인근 시추공(well 54)의 층서와 잘 일치한다.
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