연세대학교 이창열 교수(지구시스템과학과) 연구팀이 동해 형성이 동일본 화산 군집의 원인일 수 있다는 것을 밝혔다. 이 연구 결과는 지구물리학 분야 권위지 지구물리학연구회보(Geophysical Research Letters)에 4월 11일(현지시간) 게재됐다.

해양판이 맨틀로 침강(섭입)하는 섭입대에서는 해양판에서 빠져나온 물에 의해 발생한 마그마로 인해 (호)화산이 형성된다. 태평양판과 필리핀판이 섭입하는 일본은 활발한 화산 활동이 발생하는 대표적인 섭입대이다. 마이오세(Miocene epoch)는 신생대에 속한 지질시대로 약 2,300만 년 전에서 530만 년 전까지를 말하는데, 태평양판이 섭입하는 동일본 섭입대는 후기 마이오세 이후 화산이 집중적으로 형성되어 다수의 화산 군집이 나타난다(그림 1 왼쪽). 

화산 군집의 하부 맨틀에는 높은 온도의 맨틀이 손가락 모양(뜨거운 손가락-hot finger)으로 분포하고 있음이 기존 연구를 통해 밝혀졌으며 이 맨틀이 화산 군집의 원인으로 제시됐다. 그러나 이러한 가설 제시 이후 약 20년이 지난 지금까지도 왜 화산 군집이 동일본을 포함한 일부 섭입대에서만 나타나는지에 대해 명확한 설명이 제시되지 못했다.

이를 규명하기 위해 이창열 교수팀은 마이오세 시기 일본을 현재의 위치로 이동시킨 동해의 형성에 주목해 이를 3차원 컴퓨터 수치모델링으로 재현했다. 실험 결과, 동해의 형성으로 인해 얇아진 배호 분지의 암석권과 동일본 암석권이 만나는 지점 하부에서 발달한 맨틀 하강류가 맨틀의 유입을 방해함으로써 동일본 하부 맨틀에 손가락 모양의 뜨거운 맨틀이 형성되는 것으로 나타났다(그림 1 오른쪽). 

섭입한 태평양판에서 빠져나와 뜨거운 맨틀에 유입된 물에 의해 다량의 마그마가 형성되며 이는 화산이 집중적으로 형성되는 군집 작용을 잘 설명한다(그림 2). 

이 연구는 동해의 형성이 동일본 화산 군집을 일으킨 방아쇠 역할을 했음을 직접 밝혔을 뿐만 아니라 이와 유사한 시기 필리핀판의 확장 이후 형성된 이주-보닌 섭입대에서의 화산 군집을 설명할 수 있다.

이창열 교수는 “배호 분지의 형성이 화산 군집의 방아쇠 역할을 한다는 것을 동해의 형성과 동일본 화산 군집 형성과의 인과 관계에서 밝힐 수 있었으며, 과거 및 현재 다수의 섭입대에서 배호 분지가 형성됐다는 점에서 이 연구가 화산 연구에 널리 활용될 수 있을 것”이라고 이번 연구 결과가 갖는 의미를 설명했다.

지구동력학 전공인 이창열 교수는 2020년 4월 같은 학술지와 2021년 1월 지구과학 분야 저명학술지 곤드와나 연구(Gondwana Research)에 일본 화산 연구 논문을 게재하는 등 화산 연구를 활발하게 수행하고 있다. 이 연구는 한국연구재단과 연세미래선도연구사업의 지원으로 수행됐다. 

* 논문제목: Volcano Clustering Promoted by the Cessation of Back-Arc Spreading and Ensuing Nascent Lithospheric Drips
* 논문주소: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2020GL091433

김한나 기자 다른기사 보기