초화산과 불의 고리

와이오밍의 고요한 소나무 숲을 떠올려 보자. 들소들이 김이 피어오르는 웅덩이 곁에서 풀을 뜯고, 간헐천은 펄펄 끓는 물을 수십 미터 상공으로 뿜어 올린다. 관광객들은 올드 페이스풀의 사진을 찍으면서도 이곳의 땅이 왜 이토록 쉴 새 없이 움직이는지 좀처럼 궁금해하지 않는다. 그 답은 발밑 수 킬로미터 아래에 숨어 있다. 바로 부분적으로 녹은 암석의 거대한 저장고다. 옐로스톤은 단순한 국립공원이 아니다. 그곳은 지구상에서 가장 큰 화산계 중 하나의 위에 자리 잡고 있으며, 보글거리는 온천은 우리 행성이 일찍이 겪어 본 가장 거대한 분화를 일으켜 온 거인의 잔잔한 숨결이다.

평온한 풍경이 어마어마하게 묻힌 힘 위에 놓여 있다는 그 대비는 화산에 관한 본질적인 무언가를 담고 있다. 대부분의 시간 동안 화산은 조용하고, 심지어 아름답다. 그러나 비옥한 토양과 극적인 산맥을 빚어내는 바로 그 힘이, 드문 경우에는 대륙을 다시 그리고 하늘을 수년간 어둡게 만들 수도 있다. 그 이유를 이해하려면 화산이 실제로 무엇인지, 그리고 애초에 녹은 암석이 어디에서 오는지부터 살펴봐야 한다.

화산이란 진정 무엇인가

화산은 가장 간단히 말하면 지각에 난 구멍으로, 그곳을 통해 녹은 암석과 가스, 화산재가 뜨거운 내부에서 빠져나온다. 녹은 암석은 지하에 있을 때는 마그마, 지표에 도달하면 용암이라고 부른다. 흔히 오해되는 핵심은, 지구가 텅 비어 있거나 출렁이는 액체 암석의 바다로 가득 차 있지 않다는 점이다. 지각 아래의 맨틀은 대부분 고체이지만, 지질학적 시간 규모에서는 극도로 뻣뻣하면서 천천히 흐르는 물질처럼 거동한다. 암석은 특정한 조건에서만 녹는다. 압력이 떨어질 때, 물이 더해질 때, 혹은 온도가 충분히 높이 올라갈 때다.

마그마는 주변의 고체 암석보다 밀도가 낮기 때문에 위로 떠오르려 하며, 마그마방에 모이고 균열을 비집고 새어 나간다. 축적된 가스의 압력이 너무 커지면 마그마는 지표로 길을 뚫고 나온다. 분화의 성격은 마그마의 화학 조성에 크게 좌우된다. 묽고 규소가 적은 마그마는 하와이에서 볼 수 있는 종류의 부드럽게 흐르는 분화를 일으키는데, 이곳에서는 조심하면 걸어서 용암에 다가갈 수도 있다. 걸쭉하고 규소가 많은 마그마는 마치 뚜껑을 닫은 채 흔들어 댄 탄산음료 병처럼 가스를 가두며, 마침내 그것이 터져 나오면 그 결과는 폭발적이어서 화산재와 암석을 대기 높이 내던진다.

모든 것의 배후에 있는 엔진, 판구조론

화산은 지구 곳곳에 무작위로 흩어져 있지 않다. 화산은 뚜렷한 패턴으로 모여 있으며, 그 이유는 판구조론이다. 이는 지구의 단단한 바깥 껍질이 수십 개의 판으로 쪼개져, 그 아래 더 뜨겁고 변형 가능한 맨틀 위를 천천히 떠다닌다는 이론이다. 이 판들은 1년에 고작 몇 센티미터, 대략 손톱이 자라는 정도의 속도로 움직이지만, 수백만 년에 걸친 그 움직임은 바다를 열고 산을 솟구치게 하며 행성의 어디가 녹을지를 결정한다.

대부분의 화산 활동은 판 경계에서 일어나며, 경계의 종류가 화산의 종류를 결정한다. 발산 경계에서는 판이 서로 멀어지면서 압력이 낮아지고, 그 덕분에 맨틀이 녹아 대양 중앙 해령의 길게 뻗은 해저 산맥과, 동아프리카에 있는 것 같은 육지의 열곡을 만들어 낸다. 수렴 경계에서는 한 판이 다른 판 아래로 가라앉는 섭입이라는 과정이 일어나고, 가라앉는 판과 함께 끌려 내려간 물이 그 위에 있는 맨틀의 녹는점을 낮춘다. 이로 인해 수많은 해안선 위로 우뚝 솟은 폭발적이고 원뿔 모양인 화산이 생겨난다. 내려가는 판은 또한 가장 깊은 지진을 일으키는데, 이것이 바로 화산 활동과 지진의 위험이 그토록 자주 손을 맞잡고 다니는 이유다.

열점과 떠돌아다니는 화산

모든 화산이 판의 가장자리에 있는 것은 아니다. 하와이 제도는 광대한 태평양판 한가운데, 가장 가까운 경계에서도 수천 킬로미터 떨어진 곳에서 솟아오르는데, 그 수수께끼가 과학자들을 열점이라는 개념으로 이끌었다. 열점은 비정상적으로 뜨거운 물질이 맨틀 깊은 곳에서 떠오르는 영역으로, 어쩌면 맨틀 플룸이라고 알려진 좁은 기둥의 형태로 위에 있는 지각을 녹이며 뚫고 올라온다. 이 플룸의 정확한 깊이와 거동은 여전히 논쟁 중이지만, 지표에 남기는 흔적만큼은 인상적이다.

열점은 그 위의 판이 미끄러져 가는 동안 대체로 한자리에 고정되어 있다고 여겨지기 때문에 자취를 남긴다. 태평양판이 북서쪽으로 떠가면서, 그것이 빚어낸 각 화산은 결국 열원에서 멀어져 사화산이 되고, 그 뒤로 새로운 화산이 생겨난다. 그 결과가 하와이 제도, 곧 북서쪽으로 갈수록 점점 더 오래된 화산이 늘어선 컨베이어 벨트다. 그곳에서는 고대의 봉우리들이 침식되어 낮은 환초가 되었다가 마침내 파도 아래로 가라앉았다. 자주 분화하는 킬라우에아의 본거지인 하와이의 빅 아일랜드는 오늘날 열점 위에 자리하고 있는 반면, 북서쪽의 카우아이 같은 섬들은 수백만 년 더 오래되었다. 옐로스톤은 흔히 대륙 열점으로 해석되며, 그래서 그 분화는 미국 서부를 가로질러 뻗은 더 오래된 화산 중심지의 자취를 남겨 왔다.

불의 고리

세계의 화산과 지진을 지도에 찍어 보면 한 가지 특징이 두드러진다. 태평양의 가장자리를 따라가는 말발굽 모양의 띠로, 남아메리카와 북아메리카의 서해안을 거슬러 올라가 알래스카까지 이어지고, 다시 일본과 필리핀, 인도네시아를 지나 뉴질랜드까지 내려간다. 이것이 바로 불의 고리이며, 지구상에서 화산 활동과 지진 활동이 가장 활발한 지역이다. 세계의 활화산과 휴화산 가운데 대략 4분의 3이 이 띠를 따라 놓여 있으며, 세계 최대 규모 지진의 압도적 다수도 이곳에서 일어난다.

불의 고리가 존재하는 까닭은 태평양이 섭입대로 둘러싸여 있기 때문이다. 태평양 분지의 밀도 높은 해양판들이 그 주변을 에워싼 대륙과 호상 열도 아래로 가라앉으며 물을 끌고 내려가, 그 위의 폭발적인 화산에 양분을 공급한다. 1980년에 파국적으로 분화해 수백 제곱킬로미터의 숲을 납작하게 쓸어버린 워싱턴주의 세인트헬렌스산이 이 고리 위에 있다. 일본의 후지산, 그리고 1883년 분화의 소리가 수천 킬로미터 떨어진 곳까지 들렸던 인도네시아의 크라카타우도 마찬가지이며, 1991년 분화로 어찌나 많은 물질을 대기 상층으로 뿜어 올렸던지 약 1년간 지구 평균 기온이 약간 떨어지게 만든 필리핀의 피나투보산도 그렇다. 불의 고리는 또한 일본, 칠레, 인도네시아 같은 나라들이 내진 공학과 쓰나미 경보 체계에 그토록 막대하게 투자하는 이유이기도 하다.

화산이 초화산이 될 때

파괴적인 것까지 포함한 보통의 분화도, 과학자들이 비공식적으로 초화산이라 부르는 희귀한 범주 앞에서는 왜소해진다. 이 용어는 이른바 초분화를 일으킬 수 있는 화산을 가리키는데, 초분화란 1,000세제곱킬로미터가 넘는 물질을 내뿜는 분화로 정의된다. 가늠해 보자면, 1980년 세인트헬렌스산 분화는 대략 1세제곱킬로미터를 만들어 냈다. 초분화는 그보다 수백 배에서 수천 배 더 크다.

초화산은 대개 우리가 어릴 적 그리던 전형적인 원뿔처럼 생기지 않았다. 어마어마한 초분화는 산을 쌓아 올리는 대신, 마그마방을 너무나 완전히 비워 버려 땅이 무너져 내려 칼데라라 불리는 거대한 분화구를 이루는데, 그 폭은 수십 킬로미터에 이를 수 있다. 옐로스톤은 그런 분화를 여러 차례 일으켰으며, 가장 최근의 대규모 분화는 약 64만 년 전에 있었다. 그 결과 칼데라가 어찌나 컸던지 초기 측량가들은 그것을 화산 분화구로 알아보지조차 못했다. 약 7만 4천 년 전 수마트라에서 일어난 토바 분화는 지난 수십만 년 동안 알려진 화산 사건 중 가장 큰 것에 속하며, 지금은 호수로 채워진 칼데라를 남겼다. 일부 연구자들은 토바가 심각한 전 지구적 한랭기를 불러와 초기 인류 집단을 압박했다고 제안했지만, 그것이 우리 조상들에게 미친 영향의 규모는 과학자들 사이에서 여전히 진지하게 논쟁되고 있다.

초분화의 위험은 천천히 이동하는 용암보다는 대기에 더 깊이 도사리고 있다. 막대한 양의 화산재와 황 가스가 전 세계로 퍼져 햇빛을 반사하고 수년간 기후를 식힐 것이다. 화산재 낙하는 지역 전체를 뒤덮어 지붕을 무너뜨리고 화산에서 멀리 떨어진 곳의 농작물까지 망칠 수 있다. 그렇지만 강조해 둘 점은, 그런 사건들이 인간의 시간 규모에서는 수만 년 간격으로 떨어진 지극히 드문 일이라는 것, 그리고 옐로스톤이나 그 어떤 초화산에서도 임박한 분화를 예측할 과학적 근거는 없다는 것이다. 보글거리는 웅덩이는 그 화산계가 살아 있음을 말해 줄 뿐, 곧 폭발하려 한다는 뜻은 아니다.

쉴 새 없이 움직이는 땅과 더불어 살기

화산은 그 모든 위협에도 불구하고 지구상에서 가장 생명을 베푸는 지형에 속하며, 약 8억 명의 사람들이 활화산의 영향을 받을 만큼 가까이에 살고 있다. 그토록 많은 이들이 떠나지 않는 이유는 단순하다. 화산 토양은 과거 분화에서 비롯된 광물로 풍부해져 유난히 비옥하며, 그래서 이탈리아에서 인도네시아에 이르기까지 화산의 비탈은 빽빽하게 경작된다. 화산 지대는 또한 지열 에너지를 제공하는데, 대양 중앙 해령과 여러 열점이 떠받치는 화산계에 걸터앉은 아이슬란드는 발밑의 열로 주택의 상당 부분을 데우고 전기를 생산한다.

현대 화산학은 이 산들과 우리의 관계를 순전한 미신에서 절제된 감시로 바꾸어 놓았다. 과학자들은 땅의 부풀어 오름, 빠져나오는 가스의 화학 조성, 그리고 마그마가 위로 길을 뚫고 올라올 때 분화에 앞서 흔히 일어나는 미세 지진의 무리를 추적한다. 이러한 신호들은 1991년 피나투보산 분화 이전에 당국이 수만 명을 대피시킬 만큼 충분한 경고를 주었고, 분화 자체는 엄청났음에도 많은 생명을 구했다. 우리는 화산을 멈출 수는 없지만, 그것이 보내는 경고를 읽는 데는 꾸준히 능숙해지고 있다.

핵심 요약

화산은 지구 내부의 열을 들여다보는 창으로, 녹은 암석이 지각을 뚫고 올라오는 곳에서 형성되며, 그 분포는 우연이 아니라 지각판의 느린 표류에 의해 좌우된다. 대부분은 판 경계, 특히 태평양 불의 고리의 섭입대를 따라 모여 있는데, 이 고리는 세계 화산의 약 4분의 3과 대규모 지진의 대다수를 품고 있다. 한편 하와이와 옐로스톤 같은 열점은 판의 한가운데를 녹이며 뚫고 올라와 떠돌아다니는 화산섬과 분화구의 자취를 남긴다. 초화산은 이 스펙트럼에서 가장 희귀하고 가장 강력한 끝을 나타내며, 거대한 칼데라로 무너져 내려 전 지구의 기후를 식힐 수 있지만, 수만 년의 시간 규모에서만 분화하고 현재로서는 예측할 수 없다. 그러니 화산이 어떻게 작동하는지를 이해하는 일은 다음 재앙을 두려워하며 사는 것이라기보다는, 우리 발밑에서 여전히 살아 숨 쉬며 비옥함과 강력함을 똑같이 지닌 행성을 음미하고, 그 행성이 보내는 경고를 읽는 법을 배우는 것에 더 가깝다.