1. 화산이란?

화산이란 용어인 volcano는 ‘불의 신’ 이란 이름인 ‘vulcan’에서 유래되었다. 지하심부의 암석이 용융되어 생성된 고온의 마그마가 상승하여 지표 부근에 도달하면 지각의 약한 부위를 통하여 마그마가 지표로 유출된다. 이때 마그마와 함께 지각을 이루는 암석 조각과 가스 등이 분출되는 것이 화산이다. 마그마란 광물결정과 용존 가스가 포함된 암석의 용융체로서, 온도가 충분히 높아서 지각이나 맨틀이 용융될 때 생성된다. 우리가 떠올리는 화산은 하와이의 경우처럼 용암이 강물처럼 유동하는 광경을 떠올리지만, 세인트 헬렌스 화산의 경우와 같이 붉은 구름으로 분출되기도 한다. 또한 이번 아이슬란드 화산폭발처럼 고온의 마그마가 차가운 얼음과 만나서 급격히 식으며 부스러져 생성된 화산재가 수증기와 함께 분출하기도 한다. 화산이 분출하는 과정은 위의 경우처럼 매우 다양하다. 또한 화산은 가장 직접적으로 마그마를 연구할 수 있는 곳이므로 화산부근에서 채취된 냉각된 용암의 연구로부터 생성된 화성암 및 마그마의 생성과정에 대해 연구할 수 있다.

2. 폭발성 화산이 발생하는 원인

지하 깊은 상부 맨틀에서 용존 가스가 포함된 암석의 용융체인 마그마가 생성되면 주변 암석보다 낮은 밀도로 인하여 서서히 지표 가까이로 상승하게 된다. 상승하는 마그마는 상부 암석의 하중에 의해 압력을 지속적으로 받는데, 이러한 압력은 지표와 가까워 질수록 작아진다. 따라서 마그마가 상승함에 따라 마그마의 압력은 감소하게 된다. 마그마가 생성될 당시에 유입된 마그마 내의 용존 가스는 마그마가 지표 가까이 상승함에 따라 점차 적은 압력을 받게 된다. 지표 가까이 상승한 마그마내의 가스들은 탄산 음료수의 기체들과 유사한 방식으로 용출되면서 기포를 생성시킨다. 소다수의 뚜껑을 열면, 병 내부의 압력감소로 인하여 용액으로부터 가스가 나오면서 기포를 발생시킨다. 이와 유사한 방식으로 마그마 내에 용존된 기체성분들이 폭발성 화산을 생성시키게 된다. 이번 아이슬란드 화산폭발은 수성화산 폭발(hydrovolanic explosion)로서 마그마가 지상으로 분출한 것이 아니라 빙하 밑으로 분출하여 고온의 마그마가 차가운 얼음과 반응하여 급격히 식으며 부스러져 화산재로 만들어지고 동시에 급격하게 생성된 얼음에서 기인한 수증기와 함께 분출한 양상이므로 용암보다는 화산재의 분출이 훨씬 더 많았던 것이다.

3. 화산폭발로 인해 발생되는 물질 및 화산재의 성분?

일반적으로 화산의 폭발성 정도는 마그마 내에 함유된 가스의 함량에 크게 좌우된다. 마그마 자체에 가스의 함량이 상대적으로 적은 현무암질 마그마는 대체로 조용한 분출 화산을 형성하게 되는데 화산 초기의 분출이 진정되면 대체로 비폭발성 용암이 화구로부터 분출되어 화산 사면을 따라 흘러내린다. 우리가 제주도에서 흔히 볼 수 있는 기공이 많은 현무암은 이와 같이 비폭발성 유동 용암이 암석으로 굳게 될 때, 용암 중에 미쳐 빠져나가지 못하고 잔류한 가스가 모여서 형성된 기공이 많은 암석을 지칭하는 것이다.

한편, 화산분출 동안 폭발하는 가스의 힘에 의하여 방출된 크고 작은 암석 조가들을 화산쇄설물(pyroclast)이라 하고, 화산 쇄설물로 구성된 암석을 화산 쇄설암(pyrocastic rock)이라 한다. 또한 아직 암석으로 고화되지 않은 화산 쇄설물을 그리스어로 ‘회(灰)’라는 의미로 테프라(tephra)라 한다. 테프라는 화산을 야기하는 마그마 자체가 고결되어 생성된 암석 조각으로 구성되는 화산 쇄설물과 화구 주변에 존재하는 기존 암석의 암석 조각으로 구성되는 화산 쇄설물을 모두 포함하는 의미로서, 화산활동에 의하여 공중으로 이동되어 퇴적된 화산쇄설물을 총칭한다.

화산재는 마그마가 화산 폭발로 잘게 부수어져 식은 암석의 부스러기인 화산 쇄설물로서, 그 크기가 2mm 이하의 입자를 총칭한다. 화산재의 화학성분은 화산재를 발생한 마그마 혹은 마그마 활동에 의하여 파쇄된 주변암석의 성분과 동일하다. 화산재는 주로 마그마가 급격하게 냉각한 유리질 조각, 마그마 내에서 성장한 결정파편 혹은 주변 암석 부스러기로 구성된다. 이들 화산재의 가장 많은 양을 차지하는 것은 마그마의 냉각물인 화산유리로서 파쇄되어 생성되므로 아주 날카롭고 기포가 다수 발달하는 것이 특징이다.

4. 화산재의 주요 위험성

화산재의 위험성은 항공기 운항, 인체 호흡기 질환 유발, 기상 악화, 농작물 피해 등과 같이 몇 가지로 요약될 수 있다. 화산재는 날카롭고 경도가 높으므로 항공기가 화산재 구름 속을 지날 때, 항공기의 운항에 심각한 영향을 야기한다. 화산재가 고온의 제트엔진에 들어가서 터빈이나 연료의 작동에 영향을 미친다. 심할 경우 터빈이 작동하지 않고 냉각 작동 미비로 엔진이 멈춰서는 대형사고로 이어질 수 있다. 이번 아이슬란드 에이야프량라요쿨 화산의 폭발로 인해 유럽 하늘길이 막힌 원인도 화산폭발 그 자체의 위험보다는 화산재의 이러한 성질 때문이다. 사람이 다량의 미세 화산재를 흡입할 경우 폐 세포조직에 물리적 손상을 발생시킬 수도 있다. 그러나 화산 폭발이 진행되고 있는 화산 가까이 가서 화산재를 들이마시지 않는 한 큰 우려는 없다. 다만 천식, 만성기관지염, 폐기종 등 만성호흡기 질환자들은 주의가 필요하다. 다행하게도 이번에 발생한 화산재 구름이 유럽 지역에 건강상 큰 피해를 일으키지 않는 이유는 화산재가 상공에 머물러 지상에는 거의 영향을 주지 않았다. 대기권 성층부로 상승한 화산재는 태양에너지의 유입을 막아 지구 기상의 변화를 초래할 수도 있다. 다량의 화산재가 지면에 강하할 때 식생과 농작물을 피복하여 광합성을 방해하여 막대한 피해를 주거나, 가옥과 시설물에 하중을 가하여 붕괴를 야기시키기도 한다.

5. 화산폭발이 인간에 미치는 영향

폭발성 화산이 발생할 때에는 용암의 분출과 더불어 다량의 수증기와 화산회가 발생하므로 화산 부근에는 이와 관련된 다양한 피해가 발생한다. 화산 폭발은 화산지진해파인 쓰나미, 화산회와 비가 만든 흙탕물이 화산 사면을 따라 급격하게 이동하는 이류(mud flow, lahar) 사태, 화산에서 기인하는 유독 가스 발생 등을 야기시킨다. 또한 식생을 파괴하고, 지표수의 오염을 가중시키며, 압력에 의한 구조물의 파괴를 야기한다. 빙하파열과 홍수의 피해도 가져오는데, 1985년 11월 콜럼비아의 Nevado del Ruiz volcano에서 빙하파열에 의해 20,000명의 인명피해 발생하였으며, 1947년 아이슬란드의 Hekla화산의 폭발로 빙하가 녹아서 3,000,000 m3의 물이 방류된 사례가 있다.

대기에의 영향을 무시할 수 없다. 성층권까지 도달한 에어로졸(aerozol)로 불리는 극미립자, 혹은 작은 물방울들은 기후에 영향을 주어 평균온도의 하강을 초래할 수 있다. 최근 1991년 피나투보화산 폭발로 약 2년간 지구평균기온이 상당히 하강한 적이 있다. 1815년 인도네시아 탐보라 화산폭발로 이듬해 6~8월 유럽에는 눈과 서리가 내려 극심한 냉해를 입었다. 1883년 인도네시아 자바섬 서쪽 크라카타우 섬에서 발생한 화산폭발로 화산재가 성층권을 감싸는 바람에 지구온도는 0.5도 가량 떨어졌으며 기후가 정상으로 돌아오는데 5년이 걸렸다. 이번 아이슬란드 화산 폭발은 지구 평균 기온을 낮출 정도로 대량의 화산재 분출은 발생하지 않았다고 지질학자들은 판단하고 있다.

최근 생태계를 파괴할 만큼 대규모 화산활동은 없었지만 과학자들은 백악기 말 공룡과 함께 많은 생물들의 멸종을 초래한 원인 중의 하나로 이 시기에 발생한 대규모 화산활동을 꼽는다. 지질학자들은 운석충돌설과 함께 화산분출은 공룡 멸망에 대한 가장 설득력 있는 이유로 간주하고 있다. 대규모 화산 활동에 의하여 야기된 지구 기후의 격심한 변화가 지구 생물계에 막대한 영향을 미칠 수 있음은 어렵지 않게 추정할 수 있다. 당시에 발생한 대규모 화산활동의 예의 하나는 현무암으로 구성된 인도 데칸고원은 엄청난 용암이 쏟아져 나와 형성되어 화산활동의 규모를 짐작하게 한다.

화산활동이 인간에 미치는 긍정적인 영향도 있는데, 화산활동은 장기적으로는 토양에 새로이 유용성분을 공급하여 토양을 비옥하게 만들어 생태계에 유익함을 준다. 화산재는 다공성으로서 수세미처럼 구멍이 뚫린 구조여서 다양한 영양분을 함유할 수 있을 뿐 아니라 풍화가 쉽게 일어나므로 토양에 새로운 영양분을 공급하는 역할을 한다.