1942년 2월, 멕시코 농부인 디오니시오 풀리도는
옥수수 밭에서 천둥소리를 들었다고 생각했습니다.
하지만 그 소리는 하늘에서 들려오는 것이 아니었죠.
연기가 나는 커다란 틈 사이로 가스와 돌덩어리가 분출되고 있었습니다.
이 균열은 나중에 파리쿠틴 화산으로 알려졌으며
이후 9년 동안 그곳에서 분출된 용암과 화산재가
주변 200 제곱km에 걸쳐 쌓였습니다.
그런데 이 새로운 화산은 어디에서 시작되었으며
그 예상치 못한 분화는 무엇이 촉발시켰을까요?
모든 화산 이야기는 마그마로 시작합니다.
종종, 지구의 맨틀에 바닷물이 스며듦으로써
그 층의 융해점이 낮아지는 곳에 용융 암석이 형성되곤 하죠.
그 결과로 생긴 마그마는 세 가지 지질학적 요소가
정교하게 균형을 이루면 보통 지표면 아래에 머뭅니다.
첫 번째는 정암압입니다.
아래에 위치한 마그마에 가하는 지각의 무게를 말합니다.
두 번째 요소인 마그마 압력으로 마그마는 지각을 밀어냅니다.
이 두 요소 간의 작용은 세 번째 요소에 영향을 주게 되죠.
바로 지각에 위치한 암석의 강도입니다.
보통 암석의 강도와 무게는 마그마를 억제시키기에 충분합니다.
그러나 이러한 균형이 깨지면 그 결과로 폭발이 일어날 수 있습니다.
화산 분화의 가장 흔한 원인 중 하나는
마그마 압력의 증가입니다.
마그마에는 다양한 원소와 화합물이 포함되어 있는데
그 대부분은 용융 암석에 용해되어 있습니다.
하지만 용융 암석의 농도가 충분히 높을 경우
물이나 황과 같은 화합물들이 더 이상 용해되지 않고
대신 고압의 기포를 형성하게 됩니다.
이 기포들이 지각의 밑면에 닿으면
총알과 같은 힘으로 터질 수 있습니다.
수백만 개의 기포가 동시에 폭발한다면
화산재를 성층권까지 보낼 수 있습니다.
하지만 터지기 전까지 기포들은 탄산수 속 이산화탄소 방울 같습니다.
마그마의 밀도를 낮추고
지표 쪽으로 밀어 올리는 부력을 증가시킵니다.
많은 지질학자들은 이 과정을 통해
멕시코 파리쿠틴 화산이 폭발했다고 생각합니다.
이러한 부력 기포의 발생 원인은 두 가지로 알려져 있습니다.
어떨 때는 더 깊은 지하에서 올라온 새로운 마그마가
이 혼합물에 추가적인 가스 성분을 더합니다.
하지만 마그마가 식기 시작하면서 기포가 생길 수도 있죠.
용해 상태에서 마그마는 용해된 가스와 광물질의 혼합물입니다.
녹아있던 암석이 단단해짐에 따라 광물질 일부는 굳어서 결정이 됩니다.
결정이 만들어지는 과정에서는 용해 가스가 많이 포함되지 않기 때문에
폭발성 기포를 형성하는 성분의 농도가 높아지게 되죠.
모든 화산 분화가 마그마 압력의 상승으로 인한 것은 아닙니다.
가끔 마그마 위 암석의 무게가 위험할 정도로 가벼워지기도 하죠.
산사태가 날 경우 마그마 굄 위에 있는 암석이 대량으로 사라지고
정암압을 떨어뜨려 분화를 즉시 유발할 수 있습니다.
'하중 제거'라고 불리는 이 과정은
수많은 화산 분화의 원인이 되었고
1980년 세인트 헬렌스 화산의 갑작스러운 폭발이 한 예입니다.
하중 제거는 장기간에 걸쳐 발생할 수도 있습니다.
침식이나 빙하의 해빙이 원인입니다.
실제로 많은 지질학자들이 기후 변화로 인해 빙하가 녹을 경우
화산활동이 늘어날 수 있다고 우려하고 있습니다.
끝으로 암반층이 아래에 있는 마그마를 더 이상 억제할 수 없을 만큼
약해질 때 폭발이 일어날 수 있습니다.
마그마에서 나오는 산성 가스와 열은
열수 변질 작용이라는 과정을 통해 암석을 부식시켜서
단단한 돌을 점차 부드러운 진훍처럼 만듭니다.
암반층은 지각 활동에 의해서도 약화될 수 있습니다.
지진으로 생긴 균열로 인해 마그마가 지표면으로 빠져나갈 수 있으며
대륙판이 서로 멀어지면서 지각이 얇아질 수도 있습니다.
불행하게도 화산 분화의 원인을 안다고 해서
분화 예측이 쉬워지는 것은 아닙니다.
과학자들이 지각의 강도와 무게는
대략적으로 측정할 수 있지만
마그마 굄의 깊이와 열 때문에
마그마 압력의 변화 측정은 매우 어렵습니다.
그러나 화산학자들은 이 돌밭을 정복하기 위해
끊임없이 새로운 기술을 탐구하고 있습니다.
과학자들은 열 화상 기술의 발전으로
지하의 뜨거운 지역을 감지할 수 있게 되었습니다.
분광계는 마그마에서 빠져나오는 가스를 분석할 수 있으며
레이저는 마그마의 상승이
화산 모양에 미치는 영향을 정밀하게 관측할 수 있습니다.
아무쪼록 이 도구들을 이용해서
불안정한 분출구와 폭발적인 화산 분출을 더 잘 이해할 수 있게 되길 바랍니다.