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지난 달 한 프로야구단은 일본에서 전지훈련을 하다가 화산이 폭발하는 광경을 목격했어. 화산을 처음 본 선수들은 깜짝 놀랐지만 현지에선 자주 있는 일이라고 하더군. 잿빛 구름과 뻘건 용암을 토해 내는 화산은 여전히 무섭지만 이젠 꽤 정확하게 예측할 수 있다고 해. 윤성효 부산대학교 과학교육학부 교수님의 말을 들어 보자.


화산은 땅속 깊은 곳의 마그마가 땅을 뚫고 나오면서 화산가스와 용암을 분출해 만들어진 산을 뜻해요. 마그마는 주변의 암석보다 밀도가 낮기 때문에 위로 올라와요. 물보다 밀도가 낮은 기름이 위로 뜨는 것과 같죠. 마그마가 지층을 뚫고 올라오는 과정에서 화산성 지진이 자주 발생해요.

마그마가 정상 근처까지 올라오면 화산의 한쪽 비탈이 불룩해져요. 인공위성으로 보면 어느 부분이 부풀어 올랐는지 금세 관측할 수 있어요. 불룩한 비탈의 경사도가 높아지는 정도를 측정하면 화산의 분화시기도 예측할 수 있지요. 마그마가 뿜어내는 아황산가스의 농도를 측정하는 것도 예측을 돕는 방법입니다.

부풀어 오르던 화산은 마침내 마그마의 압력을 이기지 못하고 폭발해요. 마그마의 끈적이는 정도가 높으면 높을수록 가스가 미리 빠져나가지 못해 더 큰 폭발을 일으키죠. 땅 위로 솟아나온 마그마는 흐르면서 용암이 됩니다. 용암의 속도는 마그마 속에 든 규산(SiO2)의 양에 따라 달라져요. 규소(Si) 성분이 많을수록 용암이 끈적해 속도가 느립니다. 용암은 보통 사람이 달리는 속도와 비슷하지만 2002년 아프리카 콩고의 니라콩고 화산처럼 시속 100km의 속도로 흘러내리는 용암도 있어요.

용암보다 더 위험한 것은 화산재나 파편같은 화산분출물이에요. 뜨거운 화산 가스가 화산재나 파편을 공중에 떠받친 채로 화산의 경사진 비탈을 내려오기 때문에 속도가 시속 160km까지 이르지요. 이탈리아의 고대 도시 폼페이가 베수비오 화산이 폭발적으로 분화할 때 순식간에 죽음의 도시가 된 것도 엄청난 속도의 화산재 때문이랍니다. 뜨거운 화산분출물이 숲이나 집을 덮치면 불이 나고 지붕에 화산재가 쌓이면서 무게를 이기지 못해 집이 무너지기도 합니다.

거대한 자연의 힘 앞에 서면 인간은 여전히 작기만 해요. 하지만 자연의 움직임을 조금이라도 미리 알아 낸다면 피해를 크게 줄일 수 있어요. 앞에서 살펴보았듯이 자연의 작은 움직임을 알아 내는 데는 수학이 큰 역할을 하고 있습니다. 재난을 예측하는 수학의 원리. 여러분도 그 신비한 능력에 동참해 보세요.
 

백두산이 불안해

“별안간 폭발하는 소리가 나자 공중에서 차바퀴만큼 큰 불덩어리가 떨어지고 수면 위에서 수많은 불꽃이 낮처럼 환하게 밝게 보였다.”

1903년 백두산의 분화 장면을 기록한 내용이다. 최근 많은 과학자들은 백두산이 화산활동을 일으킬 가능성이 높다고 주장한다. 수증기나 마그마를 뿜지 않아 휴화산으로 알고 있던 백두산에서 진도 2.0정도의 약한 지진이 수없이 감지됐기 때문이다. 2002년 이후로 이 같은 화산성 지진은 크게 늘어 한 달에 240번이 넘는 지진이 발생하기도 했다. 지진의 발생 지점도 백두산 지하 2~4km인 경우가 많았다. 산 정상 부위가 10cm 팽창하거나 천지 주변의 지층이 7cm 이상 솟아나는 현상도 발견됐다.

1000년 전 백두산에는 세계 최대 규모의 화산활동이 일어났다. 당시 화산분출물은 하늘 높이 25km까지 올라갔으며 일본까지 날아가 일본 동북부에 5cm가 넘는 높이의 화산재 지층을 남겼다. 1215년의 폭발로 산꼭대기가 날아가고 남은 구멍에 물이 고여 호수로 바뀐 것이 현재의 천지다.
 

위대한 예측

1991년 6월 12일 폭발한 필리핀의 피나투보 화산은 그 해 지구 전체의 온도를 0.5℃ 떨어뜨렸다.
하지만 폭발 직전까지 400년 넘게 분화가 없었기에 지역 사람 누구도 화산이라고 생각하지 못했다. 그 해 3월 화산학자들은 산 주변에서 지진의 횟수가 늘고 증기가 새어 나오는 것을 발견했다. 6월 7일 산의 한 쪽이 부풀어 오르자 화산의 30km이내에 살고 있는 사람들을 피난시키기 시작했다. 5일 뒤 발생한 폭발의 결과, 화산재는 40km 떨어진 곳에도 30cm두께로 쌓였다.



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