[논문]울릉도 알봉 용암돔의 미정 조직분석으로부터 폭발성 및 분류성 분출 간의 전환 해석

황상구; 김기범; 손영우; 현혜원

doi:10.9719/eeg.2020.53.5.553

울릉도 알봉 용암돔의 미정 조직분석으로부터 폭발성 및 분류성 분출 간의 전환 해석
Interpretion of Transition between Explosive and Effusive Eruptions from Microlite Textural Analyses in the Albong Lava Dome, Ulleung Island, Korea 원문보기

자원환경지질 = Economic and environmental geology, v.53 no.5, 2020년, pp.553 - 564

황상구 (안동대학교 자연과학대학 지구환경과학과) , 김기범 (안동대학교 자연과학대학 지구환경과학과) , 손영우 (한국수자원공사) , 현혜원 (안동대학교 자연과학대학 지구환경과학과)

초록
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울릉도에서 폭발성 및 분류성 분출 간의 전환은 돔형성 분출을 나타내는 나리분석층과 알봉조면안산암(용암돔)에서 관찰되며, 유동성 마그마, 상승률 및 탈기작용과 같은 요인과 연관된다. 그러나 이들에 대한 해석은 요인들 간의 상호작용이 복잡할 뿐만 아니라 분출과정에서의 거동을 예측하기 어렵기 때문에 지금까지 해결되지 않았다. 이 논문은 나리 칼데라에서 알봉 용암돔 형성과정에서 인지되는 폭발성 및 분류성 분출에 초점을 두었다. 시료는 분석층과 용암돔에서 시간에 따라 채취하였으며, 분출 단계 및 활동 양식과 연계되어 있다. 이 시료들에서 석기 장석미정의 조직은 면적 개수밀도, 평균 미정크기, 결정 종횡비, 석기 결정률 등을 포함하며 정량적으로 분석되었다. 이러한 미정의 조직은 천부에서 분출전 및 분출동시 마그마 과정이 분출 동안 거동변화를 제어하면서 진행되었다는 것을 보여준다. 폭발성 및 분류성 분출 간의 전환은 주로 화도 내 마그마 상승의 역학관계에 의해 일어났으며, 탈기작용과 결정작용이 피드백 메카니즘을 통해 일어남으로서 분류성 및 폭발성 분출의 한 윤회를 초래했다.

Abstract ▼ AI-Helper

Transition between explosive and effusive eruption in Ulleung Island is observed in the Nari Scoria Deposits and Albong Trachyandesite (lava dome) origined by dome-building eruption and may be related to factors such as magma influx, ascent rate and degassing. However, the interpretation of them has not been resolved yet because the interaction between these factors is not complex but also the resulting behaviour during eruption is unpredictable. This paper focuses on the explosive and effusive activity perceived during building the Albong lava dome in Nari caldera. Samples were collected along with time from the scoria deposits and lava dome, linked to eruption stage and style of activity. Textures of groundmass feldspar microlites from these samples are quantitatively analyzed, including measurements of areal number density, mean microlite size, crystal aspect ratio, groundmass crystallinity and crystal size. The microlite textures show that shallow pre- and syn-eruptive magmatic processes acted to govern the changing behaviour during the eruption. Transition between explosive and effusive eruption was driven by the dynamics of magma ascent in the conduit, with degassing and crystallisation acting via feedback mechanisms, resulting in a cycle of effusive and explosive eruption.

주제어

표/그림 (8)

그림 Fig. 1. Physiographic map and geological map of Ulleung Island after Hwang et al. (2012), with a rectangular line indicating the location of Fig. 2.
그림 Fig. 2. Geological map of Nari caldera region, showing the sampling sites in the Nari Scoria Deposits and Albong Trachyandesite.
그림 Fig. 3. Features of major samples and outcrops in the Nari cladera. (a) Overview of Albong lava dome in the Nari caldera; (b) Scoriae from Nr 3 at the Slope of the Nari Scoria Deposits; (c) Scoriae from Nr 15 at the Flat of the Nari Scoria Deposits; (d) Scoriae from Nr 18 near the dome of the Nari Scoria Deposits. There are no apparent features and differences between samples b, c and d; (e) Trachyandesite lava capturing a vesicular scoria; (f) Altered zone along earlier polygonal joints of trachyandesite lava.
그림 Fig. 4. Representative images of lithologies showing features of groundmass feldspar microlites. (a) Highly vesicular scoriae (HVS), showing shorter prismatic form, from Nr 3 at the Slope; (b) Moderately vesicular scoriae (MVS), showing longer prismatic form, from Nr 15 at the Flat; (c) Lowerly vesicular scoriae (LVS), exhibiting acicular to prismatic form, from Nr 18 near the dome; (d) Low density lava (LDL), showing acicular form, from UL 22 on the dome; (e) High density lava (HDL), showing blocky to prismatic form shape, from UL 23 on the dome; (f) Low density lava (LDL), exhibiting acicular form, from UL 22 at the coulee.
그림 Fig. 5. Variation in textural parameters for Nari Scoria Deposits and Albong Trachyandesite. (a) Areal feldspar microlite number density (N_A mm^-2) vs. feldspar microlite crystallinity (φ); (b) Areal feldspar microlite number density (N_A mm^-2) vs. mean crystal area (μm²); (c) Areal feldspar microlite number density (N_A mm^-2) vs. short and long axis (S/L); (d) Mean crystal area (μm²) vs. short and long axis (S/L).
표 Table 1. Textural parameters of feldspar microlites for representative samples from Nari Scoria Deposits and Albong Trachyandesite
그림 Fig. 6. Areal feldspar microlite number density (NA mm^-2) vs. feldspar microlite crystallinity (φ) for Nari Scoria Deposits and Albong Trachyandesite, compared to samples of higher intensity from the pre-climatic stages of the Pinatubo 1991 eruption (Hammer et al., 1999).
그림 Fig. 7. Temporal variations in feldspar microlite textural parameters for Nari Scoria Deposits and Albong Trachyandesite. N_A, areal feldspar microlite number density; φ, feldspar microlite crystallinity; S/L, ratio of short and long axes.

AI 본문요약
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문제 정의

이 논문은 나리 칼데라 내에서 돔을 형성하는 알봉 조면안산암(용암돔)과 나리분석층을 대상으로 폭발성 및 분류성 분출 간의 변화를 유발한 원인을 규명하기 위해 석기의 장석 미정에 대한 조직분석을 통해 고찰하였다. 기존 연구에서는 마그마 상승동안 석기 미정의 탈기작용과 결정작용의 과정과 결과를 밝히기 위해실험실에서 자연 시료의 조직을 사용해 왔다(예: Cashman, 1988, 1992; Hammer et al.

제안 방법

각 시료마다 이미지에서 최소 500개 이상의 장석 미정이 측정되었다. 석기 부분에서 개별 미정 크기(단축, s; 장축, l)는 가장 적합한 타원형 방법을 이용하여 측정하였다. 장석 미정이 점유한 면적과 유리가 점유한 영역을 산출하고 결정률(ϕ)을 계산하였다.
나리분석층은 각 지점에서 현장 관찰과 구성요소를 바탕으로 30~50개의 본질편, 즉 스코리아를 시료로 수집하였다. 각 지점 간의 조직 변화성을 평가하기 위해, 최빈기공률을 갖는 시료를 선택하여 박편을 관찰하였는데, 이들 시료는 석기에서 장석 미정의 조직분석을 위해 선택되었다. 따라서 이 분석은 말잔등응회암 이후 나리분석층과 알봉조면안산암 분출의 주요 단계에서 일어났던 폭발성 및 분류성 활동 동안 생성된 석기 미정 조직을 비교할 수 있는 계기를 제공한다.

대상 데이터

40 g/cm³) 1개를 선택하였다. 나리분석층은 각 지점에서 현장 관찰과 구성요소를 바탕으로 30~50개의 본질편, 즉 스코리아를 시료로 수집하였다. 각 지점 간의 조직 변화성을 평가하기 위해, 최빈기공률을 갖는 시료를 선택하여 박편을 관찰하였는데, 이들 시료는 석기에서 장석 미정의 조직분석을 위해 선택되었다.
시료는 나리분석층의 사면, 평탄지와 돔근처에서 분석(3개 지점)을 수집하고, 알봉 용암돔과 쿨리(coulee)에서 용암(3개)를 채취하였다. 분석은 고다공상 분석(HVS; >60% vesicularity)), 중다공상 분석(MVS; 50~60%)과 저다공상 분석(LVS; <50%)을 각각 1 지점씩 선택되었고, 용암은 저밀도 용암(<2.

성능/효과

나리 칼데라에서 폭발성 및 분류성 활동 간의 전환은 주로 화도에서 마그마 상승의 역학관계에 의해 일어났으며, 피드백 메커니즘을 통해 탈기작용과 결정화가 일어나 분류성 및 폭발성 활동의 전환을 초래하였다. 요컨대, 5천년 전의 폭발성 활동은 시스템을 ‘개방’하고 효율적인 탈기작용을 허용하게 하여, 분류성 활동으로 전환을 유발하였다.
울릉도 나리 칼데라에서, 약 5천년전 분출의 시작과 종식은 심부로부터 마그마 유입에 의해 제어되었지만, 폭발성 분출의 양식과 폭발성 및 분류성 활동 간의 전환은 천부 화도과정에 의해 조정되었다. 탈기작용과 탈기-유도된 결정화는 화도 내의 마그마 상승과정에 의해 제어되었고, 이는 다시 분출양식의 변화로 이어졌다.

후속연구

5천년 전 마지막 폭발은 나리 칼데라에서 돔형성 기간이 초기에 폭발성 거동으로 일어날 수 있는 능력을 보여주었는데, 이는 미래의 분출이 거의 경고 시간도 없이 폭발적으로 시작될 수 있다는 것을 시사한다. 그리고 이 연구의 결과는 마그마 상승과 탈기화 및 결정화의 역학 관계가 분출 양식을 결정하는데 중요한 역할을 할 수 있는 기타 돔형성 화산에 적절하게 이용될 수 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	마그마가 상승하는 동안 석기 미정의 결정작용은 무엇으로 인해 일어날 수 있는가?	마그마가 상승하는 동안, 석기 미정의 결정작용은 단열 감압과 탈기작용의 수반으로 인해 일어날 수 있다(예: Cashman, 1992; Geschwind and Rutherford, 1995; Hammer et al., 1999).
	울릉도 층서는 어떻게 구분되는가?	울릉도 층서는 (1) 도동현무암질암류, (2) 울릉층군, (3) 성인봉층군과 (4) 나리층군 순으로 구분된다(Fig. 1; Hwang et al.
	화산활동 변화에 영향을 미치는 분출양식과 요인을 이해하는 것이 위험 평가와 모니터링하는데 있어서 수고를 덜기 위해 중요한 이유는 무엇인가?	폭발성 분출과 분류성 분출 간의 전환은 많은 화산에서 흔하게 관찰된다. 전세계적의 돔 분출 중에 약 95%가 폭발성 분출과 관련이 있다고 추정한다(Newhall and Melson, 1983; Ogburn et al., 2015). 즉 돔을 형성했던 분류성 분출은 흔히 폭발성 분출에서 전환되었다(예: Hammer et al., 1999; Cashman and McConell, 2005; Clarke et al., 2007; Wright et al., 2007). 따라서 화산활동 변화에 영향을 미치는 분출양식과 요인을 이해하는 것이 위험 평가와 모니터링하는데 있어서 수고를 덜기 위해 중요하다.

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용어 설명 출처 목록 (6)

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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