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지난1만년 동안에 약1천3백개의 화산이 활동했고 지금도 전 세계의 4분의 1인 2백여개의 화산이 있는 일본 열도, 왜 일본에는 화산이 많고 지진이 잦은가.

일본 도쿄 남쪽 이즈 오시마(伊豆大島)의 미하라 산(三原山)이 지난해 11월15일 저녁부터 폭발하기 시작, 21일 호후6시경 부터는 드디어 세찬 용암을 분출하기 시작해 섬 주민들이 대피했다. 이즈오시마, 이즈반도, 스루가만, 그리고 후지산이 주변의 지역과 해역은 지구표면을 덮고 있는 세개의 플레이트가 서로 밀어 붙이고 있는, 세계에서도 드문 지질 지대다. 스루가만이 크기에 비해 몹시 깊은 것도, 후지산이 일본에서 제일 높은 것도 단순한 우연이 아니다. 이즈 오시마만 해도 섬에 화산이 있는것이 아니고 해저화산이 자라 수면위로 얼굴을 내민 것이라고 생각하는 것이 바르다.

이번 분화를 계기로 역사를 살펴보면 미하라산의 대분화는 1만년을 거슬러 올라가 그때부터 평균 1백45년에 한번씩 주기적으로 대분화가 일어났고 그 사이사이에 중분화는 30여년의 주기로 일어났다.

대분화가 일어나면 용암이 칼데라(Caldera·원래스페인어로 큰가마란 뜻. 화산의 중심부 또는 주변에 있는 원형으로 넓게 움푹 들어간 곳으로 직경이 1km이상인 것)를 넘쳐 해안에 까지 흐른 경우가 많았다. 기록에 남은 대분화는 1338년, 1421년, 1684년, 1777년에 있었다. 중분화는 용암이 거의 칼데라 안에 머무는 것으로 1777년의 최후의 대분화 이후에 1976~77년, 1912~14년, 1950~51년의 3회에 걸쳐 일어났다. 현재의 시점은 대분화로 부터는 2백10년이, 중분화로부터는 36년이 지났다.

이번 분화는 섬 주민 전원이 피난한 21일의 대분화이후 균열분화와 지하화산 활동이 50여일째 계속되고 있다. 섬 전역연안에서 수증기폭발에 의한 유황분변색역(変色域)도 두드러지게 드러나고 있다. 산정화구를 시계침의 중심으로 하여 2시 방향(코샤굴),  3시(나가네자키), 4시(후데섬), 7시(스나노하마) 8시(센파자키), 11시(치치카자키), 12시(코구치곶)등 섬의 거의 전 둘레에서 드러났다. 이런 변색역은 더 넓혀질 기미를 보이며 화산섬의 미동과 지각변동이 지표에 까지 나타난 작은 균열도 여러곳에 생겼다. 이런현상은 산정화구원을 지나 북북서에서 남남동으로 뻗은 선 위와 그보다 4km정도 동쪽으로 떨어져 평행으로 뻗은 선위를 따라 일어나고 있다. 이 두개의 선은 미하라산 분화사의 증거인 오래된 화산군이 늘어서 있는 선이다. 이런점에서 지금 일본은 미하라 분화가 대규모 폭발을 불러올 조짐이 아닌가하여 긴장하고 있다.

화산은 왜 생기는가

화산은 ①중앙해령계 화산 ② 핫스파트계 화산 ③해양과 대륙이 접하는 플력이트경계에 생기는 화산의 세가지로 대별된다. 새로운 지각이 생겨나는 중앙해령에서는 끊임없이 활발한 화산활동이 일어난다. 그 전형적인 예가 아이슬란드의 화산활동이다. 해저화산도 포함해여 이 타이프의 화산이 세계 화산의 대부분을 차지한다.

또 하와이화산은 맨틀 심부에 고정되어있는 핫스파트계 화산이다. 이런 화산과는 달리 해양과 대륙의 경계에 있는 화산의 메카니즘은 플레이트 테크토닉스 이론이 풀어준다.

이 이론에 의하면 해양 플레이트가 대륙플레이트 아래로 잠겨 파고들게 된다. 태평양의 해저가 아시아대륙의 밑으로 잠겨 파고 드는 것이다. 지구 내부로 파고든 해양 플레이트는 대륙 플레이트 접촉면과의 마찰이나 엄청난 압력에 의해 고온이 되고 거기다 지열도 가해져 그 일부가 녹아 마그마를 만든다. 이렇게 생긴 마그마가 플레이트의 균열을 타고 상승하여 지표에 활화산을 만드는 것이다.

플레이트가 녹아서 마그마가 되는 지점은 깊이 약1백50km정도다. 살펴보면 일본의 동북지방에서는 태평양쪽에 화산이 없고 동해쪽에만 있다. 태평양쪽에서 잠겨파고든 플레이트가 1백50km의 깊이에 이르는 것이 이부근인 것이다. 이는 화산대라는 화산의 열(列)을 만드는 원인도 된다.

일본에는 ①치시마(千島) ②나스(那須) ③초카이(鳥海) ④후지(富士) ⑤노리쿠라(乘安) ⑥오야마(大山) ⑦키리시마(霧島)화산대라는 7개의 화산대가 있다. 이런 화산대는 주로 해양 플레이트가 대륙의 아래로 잠겨 파고느는 장소인 해구에서 일정한 거리를 두고 나란히 있다. 그리고 이곳에서 떨어질수록 화산의 수도 적어진다.

일본 주변에는 홋카이도와 토후쿠지방에서 칸토앞쪽의 태평양을 거쳐 이즈, 마리아나 해구로 이어지는 일본해구가 있으며 칸토, 츄부, 긴끼, 시코쿠 및 큐슈 바깥쪽의 태평양에는 난카이 트랩에서 류큐해구가 뻗어있다. 이런 해구를 따라 형성되어 있는것이 앞에 든 7개의 화산대인 것이다.

이런 현상은 세계의 각지에서도 볼수 있다. 그 대표적인 것이 태평양을 빙 둘러싼것처럼 이어진 '불의 고리'환태평양 화산대다. 이 환상벨트지대에는 세계속의 화산의 거의가 집중되어 있다. 1980년에 1백23년만에 대폭발을 일으킨 미국의 세인트 헬렌즈화산, 금세기 최대의 폭발이라는 멕시코의 엘치촌화산등 격렬한 화산활동이 거듭되고 있다.

그러나 이런 화산 활동이 초래하는 것은 폭발피해만은 아니다. 화산은 온천이나 화산의 지열을 이용한 지열발전 등의 혜택도 준다.
또 아소산으로 대표되는 칼데라나 분화로 생긴 칼데라호수, 화구호와 화산활동으로 강이 막혀 생긴 호수 등 아름다운 경치는 화산국 일본에서만 볼수 있을 것이다.

포효하는 '불의 고리'(Ring of Fire)

세계에는 활화산이라는 위험한 화산이 약 8백개, 일본에서만도 2백여개가 있다. 지난 1만년 동안에 약 1천3백개의 화산이 활동하여 모두 6천회의 분화를 일으켰다. 특히 태평양을 둘러싼 '불의 고리'(링 오브 화이어)는 여기 저기 끊긴 곳이 있긴 하나 좁은 지대 안에 많은 화산이 무리지어 4백개 가까이가 역사시대에 분화를 일으켰다.

이 벨트의 서쪽에 위치하는 사쿠라섬은 1972년 10월, 갑자기 샛까만 분연을 내뿜기 시작하여 지금도 계속하고 있다.
그리고 서기 553년 이래 분화가 1백30여회나 있었던 세계 최대의 칼데라가 있는 아소산에서도 중앙화구에서 분연을 뿜어올리고 있다.

분화양식이 독특한 아사마산 분화

1783년 5월9일 이래 수회의 소폭발을 일으키다가 7월26일부터 본격적인 활동이 시작되었다. 단속적인 분화였으나 분연은 10km이상의 높이에 이르러 북부칸토 일원에 화산재와 경석을 뿌렸다. 8월3일 오후2시경부터 분화는 더욱 격렬해져 경석과 화산재를 마구 뿌렸다. 햇빛이 가려지고 화산 천둥과 번개가 일어났다. 이 때의 분출물의 양은 약4억톤으로 추정되었다.

8월4일 오후 산정의 화구에서 2억톤의 경석과 화산재가 화쇄류가 되어 북서쪽으로 8km나 흘러내려 18㎢의 산림을 불태웠다. 화쇄류란 고온의 경석이나 화산재가 개스와 섞여 지표를 고속으로 흘러내리는 현상이다. 흘러내려 정지된 뒤에도 섭씨 5백도 이상의 고온을 유지했다.

8월5일 오전10시에 산정의 화구에서 반쯤 굳은 용암 1천만톤이 방출되어 산체의 북쪽에 착지했다. 이 충격으로 산기슭 경사면의 일부가 벗겨진 암설이 일단이 되어 눈사태처럼 무너져 내렸다. 이 사태는 북쪽 기슭의 칸바라 마을을 전멸치키고 나아가 와가츠마강을 거쳐 토네카와 유역에 홍수를 일으켰다. 이때 사망자는 1천명을 넘었다.

이어 3억톤의 용암이 유출되었고 5일오후에는 분화가 끝났다. 용암류의 표면은 직경수m 이하의 용암괴로 덮였다. 내부에는 치밀한 용암이 엉켜 그 부분이 유동하여 경사면을 천천히 흘러내리게 했다.

2만2천년전에 있었던 대규모분화로 고온의 화쇄류는 지표를 덮고 화산회는 일본열도를 종단했다. 대 칼데라의 주위에는 화쇄류대지가 펼쳐져 있어 이 두개의 화산지형 사이에는 밀접한 관계가 있다고 보인다. 대규모화쇄류의 퇴적물은 거의가 발포된 경석과 화산재로 이루어진다. 폭발적인 분화를 따라 지하의 마그마가 대규모로 발포하여 한꺼번에 지표로 넘쳐 나온 것이다. 분출한 화쇄류는 매초 10m의 빠르기로 흘러내렸다.

카고시마만의 오지부 아이라 칼데라는 2만2천년전에 5백㎦이상의 마그마를 분출한 최대급규모의 분화를 일으켰다. 그 반가량은 카고시마현 전역과 미야기현, 쿠마모도현의 일부를 덮어버려 광대한 화쇄류대지(白砂대지)를 형성했다. 나머지 반은 상공의 편서풍을 타고 일본열도를 종단하여 동북지방에까지 화산재를 뿌렸다.

분화는 현재의 사쿠라섬 위치에서 일어나 높이 50km에 이르는 거대한 분연기둥에서 경석이나 화산재가 내리는 분화로 시작되었다. 카노야 방면에서는 내려 뿌려 쌓인 경석의 두께가 10m에 이르렀다. 분출하는 마그마의 세가 약간 쇠하자 해수나 지하수가 흘러들어 고온의 마그마와 접촉, 수증기 마그마 폭발이 일어나 저온의 화쇄류가 발생했다.

현재의 사쿠라섬 위치에서 아이라 칼데라의 중심에 불길(火道)이 점프함으로써 분화의 클라이막스가 시작되었다. 새로운 불길을 연 폭발은 직경 50cm의 용암괴가 10km나 떨어진 지점까지 내던져질 정도로 격렬한 것이었다. 대량의 마그마 분출로 지표는 함몰되었다. 이렇게 하여 현재의 카고시마 일대 지형을 이루는 바탕이 되었다.

지진과 일본

화산과 함께 일본열도를 폭발과 파괴로 위협하고 있는 것이 지진이다.
지진이란 지구내부의 암석이 어떤 원인으로 파괴되었을 때 생긴 진동이다. 지진이 일어나는 장소는 환태평양처럼 지질학적으로 활동적인 장소로 한정되어 있으며 대륙의 중심부 같은 안정된 장소에서는 거의 지진이 일어나지 않는다.

현재까지 관측된 지진 중 가장 깊은 장소에서 일어난것은 깊이 6백80km의 것으로 그보다 깊은 장소에서는 지진이 일어날 수 없는 것이라고 생각된다.

일본근방에서 일어나는 지진은 지각내부에서 일어나는 비교적 얕은 것과 태평양플레이트나 필리핀해 플레이트가 일본의 지하로 잠겨파고들기 때문에 생기는 깊은 것과의 두가지 타이프로 나누어진다. 홋카이도나 도후쿠지방의 태평양쪽에서 일어나는 거대지진은 후자의 타이프의 것이며, 노비지진(1891년)이나 마치요군발지진(1965~66년)등은 전자의 타이프다.

지진의 크기는 지진파가 갖는 에너지와 관련된 매그니튜드(magnitude)라는 단위로 나타낸다. 매그니튜드8이상의 지진은 거대지진이며 지진파로 방출되는 에너지는 6.3×${10}^{23}$erg에 이른다. 매그니튜트와 에너지(erg단위)의 관계는 다음 식에서 나타나는 것처럼 매그니튜트1이 내려가면 방출 에너지는 약30분의1이 된다.

logE=11.8+1.5M
매그니튜트5이하의 작은 지진에서는 피해가 생기는 경우가 드물다.

지진의 흔들림의 정도를 나타내는데 진도라는 기준이 있다. 지진에 의한 흔들림의 크기는 지진의 크기뿐만 아니라 진원에서의 거리나 지하의 구조에 따라서도 변화하는 것으로 진도는 지진 그 자체의 크기를 나타내는 매그니튜드와는 전혀 다른 것이다. 보통 진도의 계층은 0(무감)에서 Ⅶ(격진)까지가 있다. 진도Ⅴ(강진) 이상이 되면 피해가 발생되기 시작한다.

근년에는 큰 지진이 있기 전에 수년 부터 수일전(큰 지진일수록 길어진다고 생각된다)에 걸쳐 지각변동, 지하수위의 변화, 땅 속에서의 개스 방출, 지자기와 지전위등의 이상과 같은 전조현상이 나타난다는 것이 밝혀졌다. 그래서 이런 전조현상을 관측함으로써 지진을 미리 알수 있다고 생각하게 되었다. 전조현상이 왜 어떤 원인으로 일어나는가에 대해서는 아직 분명히 밝혀지지 않았다.

<;일본침몰>;-이것은 10여년전 일본작가가 쓴 쇼킹한 SF소설의 제목이다. 일본 열도는 앞으로 대지에서 불을 내뿜고 지각이 마구 갈라져 바다밑으로 가라앉고 만다는 내용이다. 화산과 지진이 많은 나라 작가다운 발상이라 하겠다. 그러나 일본에서는 지금 이 소설이 단순한 소설로써 끝나는 것이 아니라 사실로서 진행되고 있다고 믿고 이방면에 대한 과학적인 규명이 활발히 진행되고 있다.