[논문]울릉도에서의 화산과정과 발생 가능한 분출유형의 평가

황상구; 정성욱; 류한영; 손영우; 권태호

doi:10.9719/eeg.2020.53.6.715

울릉도에서의 화산과정과 발생 가능한 분출유형의 평가
Evaluation of Volcanic Processes and Possible Eruption Types in Ulleung Island 원문보기

자원환경지질 = Economic and environmental geology, v.53 no.6, 2020년, pp.715 - 727

황상구 (안동대학교 자연과학대학 지구환경과학과) , 정성욱 (안동대학교 기초과학연구소) , 류한영 (한국수자원공사) , 손영우 (한국수자원공사) , 권태호 (오현광물박물관)

초록
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울릉도에서 화산층서는 도동현무암질암류, 울릉층군, 성인봉층군과 나리층군 등의 4개 층군으로 구분된다. 그 중에 화성쇄설암층은 도동현무암질암류에 협재하는 라필리응회암, 사동각력암 상부의 라필리응회암, 사태감응회암, 곰바위 용결응회암, 봉래분석층, 말잔등응회암, 나리분석층과 죽암분석층 등이 있다. 분출유형을 살펴보면 도동현무암질암류 내의 라필리응회암은 써쩨이언 분출에 의한 것이고 봉래분석층, 나리분석층과 죽암분석층은 소규모 스트롬볼리언 분출 혹은/및 저플리니언 분출에 의한 것이지만, 사태감응회암과 말잔등응회암은 대규모 플리니언 분출과 수증기플리니언 분출에 의한 것이다. 특히 말잔등응회암의 분출은 칼데라를 형성할 만큼 규모가 컸었으며, 한반도 동해안과 일본 열도까지도 영향을 미쳤을 것으로 분석된다. 아직도 살아있을 잠재성 높은 마그마는 조면안산암질과 포놀라이트질로 판단된다. 조면안산암질 마그마가 폭발한다면 아마도 스트롬볼리언 분출로 발생하여 폭발강도가 상당히 낮겠지만, 포놀라이트질 마그마가 터진다면 플리니언 분출로 폭발강도는 훨씬 더 커질 것이다. 그 분출이 높은 폭발강도를 가진다면, 단열의 발생빈도도 커질 것이고 그에 따라서 지하수의 유입으로 인해 수증기플리니언 분출로 쉽게 전환될 가능성도 있을 것이다. 이러한 대규모 분출은 한반도 동해안과 일본열도까지도 테프라를 확산시킬 수 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

Volcanostratigraphy in Ulleung Island is divided into 4 stratigraphic groups: Dodong Basaltic Rocks, Ulleung Group, Seonginbong Group and NariGroup. The main pyroclastics in them includes lapilli tuff intercalated within the Dodong Basaltic Rocks, lapilli tuff at the top of Sadong Breccia, Sataegam Tuff, Gombawi Welded Tuff, Bongrae Scoria Deposits, Maljandeung Tuff, Nari Scoria Deposits and Jugam Scoria Deposits. Analysing eruption types, The lapilli tuff in the Dodong Basaltic Rocks is derived from Surtseyan eruption, and the Bongrae, Nari and Jugam Scoria Deposits are caused by Strombolian eruptions or/and sub-Plinion eruptions, but the Sataegam Tuff and Maljandeung Tuff are derived from Plinian and phreatoplinian eruptions. Among them the large-scaled eruptions. In particular, the eruptions of Maljandeung were large enough to result in caldera collapse, and had falled out tephras to the eastern Korean peninsula but even Japan Islands. The magma with high potential to be still alive is judged to be trachyandesitic and phonolitic in composition. If the trachyandesitic magma explodes, it will probably result in a strombolian eruption and have a fairly low explosivity, but if the phonolitic magma explodes, it will probably result in a plinian eruption and have a much higher explosivity. If the eruption had a high explosivity, there is a possibility that it could easily be converted into a phreatoplinian eruption due to the influx of groundwater by the easy generation of fractures. These large-scaled eruptions could fall out tephras to the eastern Korean peninsula but even Japan Islands.

주제어

표/그림 (6)

그림 Fig. 1. Physiographic map and geological map of Ulleung Island after Hwang et al. (2012).
그림 Fig. 2. Features of major outcrops in Dodong Basaltic Rocks, Ulleung Group and Seonginbong Group. (a) Hyaloclastite, and (b) pillow lava with some pillow clasts in the Dodong Basaltic Rocks; (c) Sadong Breccia, and (d) trachyte lava with basal breccia in the Ulleung Group; (e) Sataegam Tuff showing better bedding, (f) its pumice lapillistone part, (g) trachyte lava showing flow foliation, and (h) Gombawi Welded Tuff in the Seonginbong Group.
그림 Fig. 3. Features of major outcrops in Nari Group. (a) Scoria-fall beds showing normal grading, and (b) massive welded in Bongrae Scoria Deposits; (c) Tuff and lapilli tuff showing better bedding and bomb-sag, and (d) pumice deposits in Maljandeung Tuff; (e) Some scoriae from Nari Scoria Deposits; (f) Albong Trachyandesite lava including some vesicular scoriae.
표 Table 1. Volcanic processes and eruption styles for stratigraphy of the Ulleung volcano
그림 Fig. 4. Correlation diagram between the eruption types and the average SiO₂ contents for the pyroclastic deposits from the Ulleung volcano. Dispersion of deposits and height of eruption column inferred from the eruption types of pyroclastic deposits from the Ulleung Volcano (Walker, 1973; Cas and Wright, 1987). Solid symbols represent phreatomagmatic deposits, and open ones magmatic deposits.
그림 Fig. 5. Correlation diagram between the eruption types and the stratigraphy for the pyroclastic deposits from the Ulleung volcano. Dispersion of deposits and height of eruption column inferred from the eruption types of pyroclastic deposits from the Ulleung Volcano (Walker, 1973; Cas and Wright, 1987). Symbols are the same as in Fig, 3; Solid symbols represent phreatomagmatic deposits, and open ones magmatic deposits.

AI 본문요약
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문제 정의

울릉도는 복잡한 화산층서를 이루지만 그 층서에 따라 각 층의 암상을 분석함으로 분출유형을 알아낼 수 있고 그 유형의 발생시기와 빈도를 고려하여 앞으로 발생할 잠재성 있는 분출유형을 예측하고자 한다.
그리고 분출유형이 관측되었을 때 어떤 과정으로 전개될지 문제로 귀결된다. 이역시 과거의 화산분출 역사에 대한 자료와 복잡하게얽힌 화산암 내에 담겨진 기록들을 잘 이해하는 것이선결과제이다. 즉 과거의 분출 양상과 과정을 정밀하게 알아야만 미래의 분출 양상을 예측할 수 있음을 말해준다.

가설 설정

Features of major outcrops in Dodong Basaltic Rocks, Ulleung Group and Seonginbong Group. (a) Hyaloclastite, and (b) pillow lava with some pillow clasts in the Dodong Basaltic Rocks; (c) Sadong Breccia, and (d) trachyte lava with basal breccia in the Ulleung Group; (e) Sataegam Tuff showing better bedding, (f) its pumice lapillistone part, (g) trachyte lava showing flow foliation, and (h) Gombawi Welded Tuff in the Seonginbong Group.

제안 방법

5) 중기에 대부분 비폭발성의 용암분류로 대부분 용암류과 화산돔으로 여러 조면암층과 돔을 정치하였으며, 후기에 포놀라이트질마그마의 비폭발성 분출로 여러 용암돔 또는 플러그 돔을 형성하였다. 그리고 나리 화산작용기에는 전기에 조면암질 마그마에 의해 저플리니언 내지 스트롬볼리언분출을 일으켜 봉래분석층, 포놀라이트질 마그마로부터수증기플리니언 및 플리니언 분출에 의해 말잔 등 응회암(18.8~5.6 Ma)을 퇴적시켰으며(Fig. 5), 후기에 조면 안산암질 마그마에 의한 스트롬볼리언 및 용암 분류로부터 각각 나리분석층과 알봉 용암돔을 형성하였다. 결론적으로 울릉도에서 화산작용은 도동 및 울릉 화산작용기에 비폭발성 분출에 의한 용암분류가 절대적으로 우세했지만, 성인봉 화산작용기에는 폭발성 분출과 용암분류가 거의 대등했고 나리 화산작용기에는 폭발성 분출이 용암분류보다 절대적으로 우세하였다.
전기단계에는 중앙화구 혹은 봉래골에서 스트롬볼리 언 내지 저플리니언 분출이 일어나 화쇄류와 분석 층을 쌓았다. 그리고 중앙화구 근처에서는 격렬한 플리니언분출과 수증기플리니언 분출이 번갈아 일어나 부석과화산회를 넓게 확산시켜 말잔등응회암을 퇴적시켰다.
후기단계(0.75~0.51 Ma)에는 성인봉을 중심으로 조용한 분류성 분출(effusive eruption)로 대개 조면암질 용암이 여러 차례 분출되어 각기 다른 방면으로 용암류를 정치시켰다. 이때 윗구암과 초봉 등지에서는 중심화산의 측면분출이 발생하여 서쪽으로 흘러 용암류를 형성하였다.

대상 데이터

나리 분석 층은 조면안산암질이고 분석들로 구성되며, 알봉 조면 안산암은 용암으로 구성되고 돔과 쿨리를 형성한다. 죽암 분석 층은 조면안산암질이고 분석들로 구성되며 국부적으로 고립 분포한다.

성능/효과

(1) 도동 화산작용기에는 현무암질 화산작용에 의해 해산이 해수면 위로 들어나면서 급냉파쇄작용과 분류작용이 일어났고 유리쇄설성 각력암과 용암류를 축적시켰다. 분류작용은 아아 용암과 파호이호이 용암을 형성하였으며(1.
(3) 성인봉 화산작용기에는 긴 휴지기를 지나 다시 조면암질 화산작용이 재개되어 울릉화산을 높게 성장시켰다. 그리고 다시 화산휴지기를 거치면서 포놀라이트질 화산작용에 의해 국부적인 측화산으로 작은 화산 돔을 형성하였으며 그 발전과정으로 보아 크게 3단계로 구분하여 생각할 수 있다.
(4) 나리 화산작용기에는 긴 휴지기에 화산 표면이 크게 침식된 후에 다시 조면암질 및 포놀라이트질 화산작용이 시작되어 대규모 화성쇄설물을 분출시키면서 칼데라 함몰을 일으켰다. 그리고 칼데라 내에서 조면 안산암질 화산작용에 의해 분석구와 용암돔을 형성하였으며 크게 2단계로 구분된다.
울릉도에서 발생했던 분출유형은 SiO2와의 관계를 살펴보면 SiO2 57%를 경계로 크게 달라진다. SiO2가 >57%이면 스트롬볼리언 내지 하와이언 분출과 써 제이 언 분출이 일어났고, SiO2가 <57%이면 저플리니언에서 초플리언까지의 플리니언 분출과 수증기플리니언분출물이 얼어났다(Fig. 4). 즉 일반적으로 고철 질일수록 스트롬볼리언 내지 하와이언 분출이 발생한 것이고 규장질일수록 플리니언 분출이 일어났던 것이다.
5), 후기에 조면 안산암질 마그마에 의한 스트롬볼리언 및 용암 분류로부터 각각 나리분석층과 알봉 용암돔을 형성하였다. 결론적으로 울릉도에서 화산작용은 도동 및 울릉 화산작용기에 비폭발성 분출에 의한 용암분류가 절대적으로 우세했지만, 성인봉 화산작용기에는 폭발성 분출과 용암분류가 거의 대등했고 나리 화산작용기에는 폭발성 분출이 용암분류보다 절대적으로 우세하였다. 따라서 이후에 나타날 화산작용은 폭발성 분출일 가능성이 매우 높은 것으로 판단된다.
이 나리분석층은 대부분 암회색의 다공상 쇄설물인 분석들로 구성되지만 약간의 치밀한 암괴도 포함된다. 분석들은 조성이 조면 안산암질이지만 다양한 조직과 기공률을 가지며, 크기가 3~15 cm 범위가 가장 흔하고 최고 25 cm도 존재한다(Fig. 3e). 그 외형은 유체상(fluidal) 조직을 갖는 것이 흔하고, 꽃배추상 조직, 드물게 뻥껍질상 조직도 발견되며, 이들은 고온에서 분출되었음 지시한다.

후속연구

그러므로 이 울릉화산의 화산과정과 분출유형의 분석은 앞으로 울릉도의 분출유형과 규모 예측에 기여할 것이며 추가 화산재해 연구에 활용될 것이다.

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용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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