본 논문에서는 화산 분화 시 분출되는 용암류의 피복 범위와 용암류의 두께를 모의하기 위한 용암류 시뮬레이션 프로그램을 구현한다. 지도 정보를 DEM과 같이 일정한 면적마다 관측된 값을 가진 '셀'로 나타내고 셀룰러 오토마타 모델을 적용한 용암류 모의 알고리즘을 수행하여 용암류의 흐름에 대해서 모의한다. 용암류의 정량적인 데이터를 얻기 위해 용암류의 유체 특성을 빙햄 소성유체(Bingham plastic fluid)로 정의하고, 유도된 식을 셀룰러 오토마타의 규칙에 사용한다. 프로그램에 대한 검증을 위해 USGS에서 제공하는 30m 해상도 DEM을 이용하였으며, Hawaii의 푸우오오 분화구(Pu'u'O'o crater) 지역에서 2016년 5월 24일에 발생한 용암류에 대해 실제로 용암류가 흐른 흔적과 시뮬레이션의 모의 결과를 비교하였다.
제주도 폭포의 지형 특성을 파악하기 위하여 한라산 산록과 서귀포 해안지대에 소재하는 26개 폭포를 대상으로 용암류의 형태와 물리적 성질에 의해 폭포를 분류하고, 후퇴프로세스를 검토하였다. 폭포벽과 폭호를 구성하고 있는 용암류 유형과 매수에 근거하여 단일 용암류형, 복수 용암류형, 기저부 연암형 및 용암류 암괴형으로 유형화할 수 있다. 단일 용암류형 폭포는 조면암이나 조면안산암 분포지역에, 복수 용암류형 폭포와 기저부 연암형 폭포는 현무암이 나 조면현무암 분포지역에 잘 발달하여 폭포 유형에 용암류의 암질이 반영되고 있다. 폭포의 후퇴프로세스는 단일 용암류형 폭포에서는 감경사적 후퇴나 교체후퇴가 나타나는 반면 기저부 연암형 폭포는 전형적인 평행후퇴를 한다. 복수 용암류형 폭포는 용암류의 물리적 성질에 따라 세 후퇴 유형을 모두 보인다. 수직절리가 잘 발달한 용암류가 폭포벽을 만들고 있으므로 대부분의 폭포는 수직에 가까운 폭포벽을 지닌다.
제주도 북서부인 애월 해안에는 평탄하게 흐른(판상) 용암류와 둥근 모양(원통)의 용암류가 관찰된다. 원통형 용암류의 치밀한 내부에는 동심원 구조와 방사상 절리가 발달한다. 구엄리 돌염전 주변의 판상 용암류 내부에는 상하부의 굵기가 다른 주상절리가 발달한다. 주상절리 상부는 다각형의 형태가 고르지 않으며 직경은 120-150 cm이다. 주상절리 하부는 육각형과 오각형으로 형태가 일정하고, 크기도 60 cm 내외이다. 원통형 로브는 크기와 형태에 따라 두 그룹으로 나눌 수 있다. 하나는 메가로브인데, 최대 직경이 30 m인 반원형이다. 또 하나는 원형의 로브로 직경이 10 m 이하이다. 원통형 용암류의 방사상 절리의 기둥 단면은 육각형과 오각형이며, 기둥의 직경은 중심에서 바깥쪽으로 증가하는데 바깥쪽 경계부에서는 80-120 cm 정도이다. 원통형 용암에서 관찰되는 동심원 구조는 4가지 요인이 복합된 것이다. 첫째는 원형의 균열로, 원통형 용암류 내에서 안쪽과 바깥쪽 사이의 온도차와 밀도차로 발생한 수축으로 생긴 틈새이다. 둘째는 방사상 절리의 마디층이 동심원을 이룬 것으로, 이 마디층은 방사상 절리와 동시에 만들어진 것이다. 셋째는 유동띠로서, 용암이 흐를 때 둥근 통로에 남긴 흔적이다. 네 번째는 용암에서 빠져나온 가스가 동굴에 형성된 기공 띠이다.
빌레못동굴의 경관은 화려하거나 웅장하지는 못하나 비교적 다양하다고 하겠다. 즉 빌레못동굴이 만장굴보다도 복잡한 경관을 이루고 있다. 사실상 빌레못동굴의 동굴지형이 복잡하게 만들어진 것은 빌레못동굴이 전개되고 있는 원지형이 아직 용암류에 덮여지기 이전에 기복이 많은 요철지형을 이루고 있었기 때문이라고 판단된다. 따라서 그 복잡한 지표면을 용암류가 흘러덮었기 때문에 오늘날 빌레못동굴의 형태가 다양한 복잡성을 이루고 있는 것이다. 또한 복잡한 지표면 때문에 그위를 흘러내린 용암류가 서로 교차하기도 하고 때로는 엉켜있는 동굴의 경관도 이루게 한 것이다. 요컨대 빌레못동굴은 미로형태의 동굴형을 이루고 있을 뿐만 아니라 소규모적인 경관을 나타내고 있다. 좀더 자세한 동굴경관을 살펴보기 위하여 다음과 같이 제1,2,3 구간으로 구분하였다.(중략)
제주도 화산회 토양중 용암류대지 지형에 대한 세분화 연구를 수행하였다. 용암류대지 지형으로 되어 있는 것이 매우 많은 토양통수를 차지하고 있으나, 많은 토양통이 용암류대지 지형으로 되어 있기 때문에 이를 세분화할 경우 훨씬 다양한 토양정보를 제공할 수 있기 때문이다. 용암류대지 지형의 세분화연구를 통하여 얻은 결과는 다음과 같다. 1. 용암류대지에 해당하는 토양 38개를 대상으로 해발별로 토양통을 구분하였다. 해발별 구분은 50m 미만, 50-200m, 200-400, 400m 이상으로 구분하였다. 2. 해발별로 구분된 용암류대지 지형을 해발 50m 미만은 용암류대지 하부, 50-200m는 용암류대지 중부, 200-400m와 400m 이상의 경우에는 용암류대지 상부로 세분화하였다. 3. 용암류대지를 세분화한 지형의 특성은 다음과 같다. 용암류대지하부 지형은 토성이 미사식양질 내지 식질, 배수등급은 다양하였으며, 평균유효토심은 75.3cm, 평균자갈함량은 11.6%, 평균경사는 7.2%, 저해인자는 다양하였고, 토양목도 다양하였다. 용암류대지 중부지형은 토성은 미사식양질 내지 미사사양질, 배수등급은 양호 내지 매우양호, 평균유효토심은 65.9cm, 평균자갈함량은 14.7%, 평균경사는 11.3%, 저해인자는 주로 화산회였으며, 토양목은 주로 Andisols과 Inceptisols이 분포하였다. 용암류대지상부지형은 토성은 미사식양질, 배수등급은 양호, 평균유효토심은 72.8cm, 평균자갈함량은 16.0%, 평균경사는 14.9%, 저해인자는 회산회와 석력이었으며, 토양목은 Andisols이 주로 분포하였다. 4. 수량성 향상 및 고품질 작물생산을 위하여 세분화된 용암류대지의 토양특성에 따른 토양관리가 필요하다.
한라산을 중심한 제주도에는 수많은 용암류가 흘러 제주도를 형성하고 있다. 한라산 정상 화구에서 혹은 수많은 기생화산 화구에서 용암이 흘러 내려 이 용암지역에 수많은 용암동굴이 형성되고 있다. 세계에는 용암동굴이 1,000개소가 있고 그 중 50%가 미국의 서부에, 이탈리아에 186개, 후지산에 100개, 제주도에는 70개 정도가 알려지고 있다. 제주도 동,서 사면에는 광대한 용암대지가 있다. 점성이 작고 유동성이 강한 표선 현무암층이 분포한 관계로 세계적인 용암동굴 지대를 형성하고 있다.(중략)
한라산을 중심한 제주도에는 수많은 용암류가 흘러 제주도를 형성하고 있다. 한라산 정상 화구에서 흑은 수많은 기생화산 화구에서 용암이 흘러 내려 이 용암지역에 수많은 용암동굴이 형성되고 있다. 세계에는 용암동굴이 1,000개소가 있고 그 중 50%가 미국의 서부에, 이탈리아에 186개, 후지산에 100개, 제주도에는 70개 정도가 알려지고 있다. 제주도 동, 서 사면에는 장대한 용암대지가 있다. 점성이 작고 유동성이 강한 표선 현무암층이 분포한 관계로 세계적인 용암동굴 지대를 형성하고 있다.(중략)
제주도를 세계자연유산으로 유네스코에 등록하는데 유리한 점을 찾기 위하여 이와 유사한 하와이 섬을 답사하였다. 하와이 섬은 코할라, 마우나케아, 후알랄라이, 마우나로아, 킬라우에아 등의 5개 화산으로 구성된다. 이들은 모두 해저에서 솟은 거대한 순상화산이며 이중에서 마지막 두 화산은 활화산 연구에 자연실험실을 제공한다. 마우나로아 화산은 세계에서 가장 큰 화산이며 지금은 잠시 중지하였지만 남서 및 북동 열곡대를 따라 주로 분출하였고 중앙부에 모쿠아웨오웨오 칼데라가 형성되어 있고 중위부에 세계 최장의 용암동굴이 형성되어 있다. 킬라우에아 화산도 역시 중앙부에 킬라우에아 칼데라가 형성되어 있고 여기서부터 남서쪽과 동쪽으로 열곡대가 형성되어 있으며 이 곳을 따라 분출이 진행되고 있다. 특히 동부 열곡대의 마우나울루 분화구에서 1969∼1974년에 분출되어 마우나울루 용암류역을 형성하였으며, 푸우오오 분화구에서 1983∼1986년에 아아 용암류를, 1986∼1990년에 쿠파이아나하 분화구와, 1991년∼현재까지 푸우오오 분화구에서 퍼호이호이 용암류를 분출되어 푸우오오 및 쿠파이아나하 용암류역을 형성하고 있다.
제주도 남동부 태흥리 용암류에 대한 암석학적, 지구화학적 특징에 대해 고찰하였다. 본 역의 용암류는 알칼리 현무암과 쏠리아이트 현무암으로 구분된다. 하층부에는 4매 이상의 쏠리아이트 현무암이 나타나고, 그 위를 2매의 알칼리 현무암이 덮고 있다. 쏠리아이트 현무암은 알칼리 현무암에 비해, 동일한 MgO 조성에서 $K_2O$, $P_2O_{5}$, Ba과 Ta은 낮은 값을 가지고, $SiO_2$와 CaO는 높은 값을 가진다. 미량원소의 조성 특징을 원시맨틀 값으로 규정화한 거미 성분도에서 모든 현무암질 마그마의 Ba과 Rb은 원시맨틀에 비하여 부화되어 있고, Ni 과 Cr은 결핍되어 있다. 희토류 원소를 콘드라이트 값으로 표준화했을 때 LREE가 HREE에 비해 더 부화된 패턴을 가진다. 변화 패턴은 나란한 변화를 보이며, 알칼리 현무암이 쏠리아이트 현무암보다 더 부화된 경향을 보인다. 조구적 위치 판별도에서 본 역의 용암류는 지판 내부 현무암 영역에 도시된다. 쏠리아이트 현무암의 Zr/Nb, Y/Nb, $Al_2O_3$/$P_2O_{5}$ 비는 알칼리 현무암에 비해 크며, K/Ba비는 알칼리 현무암과 쏠리아이트 현무암간에 거의 차이가 없이 일정한 값을 나타낸다. 본 연구지역의 화산암류에 대한 일련의 지화학적 특징은 알칼리 현무암과 쏠리아이트 현무암의 모마그마가 동질의 맨틀 근원암으로부터 부분용융 정도의 차이에 의해 생성되었음을 지시하며, 쏠리아이트 현무암이 알칼리 현무암보다 더 큰 정도의 부분용융으로 형성되었음을 의미한다.
형제섬은 송악산에서 북동쪽으로 약 2 km 떨어진 해상에 위치한 침식 잔존 화산체로서, 하부로부터 화산쇄설층, 집괴암 및 분석층, 분화구 용암, 아아 용암류와 이를 피복하는 재동퇴적층과 해빈퇴적층 순으로 이루어져 있다. 형제섬 화산체는 초기 증기 마그마성에서 후기 마그마성 분출과 용암분류로 변화한 화산분화를 기록하고 있는 분출물로 이루어져 있으며, 노두로 남아있는 화산쇄설층은 응회구의 외륜 일부로 해석된다. 화산탄과 분화구 용암류는 현무암질 조면안산암의 조성(SiO2 51.3 wt%, Na2O+K2O 6.0 wt%)이며 감람석 현무암류에 해당한다. 단계별 가열에 따른 Ar-Ar 연대측정법에 의한 형제섬 용암류의 플래토 연대는 9.2±3.6 ka로서, 약 3천 7백 년 전의 분화 기록을 가지고 있는 인접한 송악산 화산체보다 앞서 형성되었음을 의미한다. 여전히, 약 천 년 전 화산분화의 역사 기록에 부합되는 화산체를 찾는 숙제가 남는다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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