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통가 화산 대폭발, 아라온호가 바닷속 붕괴과정 밝혔다

탐사자료 분석 결과 “덤프트럭 6억 대 분량 물질 이동”…Nature Geoscience 게재

□ 극지연구소(소장 신형철)는 2022년 1월 발생한 남태평양 훙가 통가 화산 대폭발 당시, 폭 약 5km의 해저 칼데라가 분화와 거의 동시에 평균 약 1km 수직으로 급격하게 주저앉는 대규모 ‘피스톤형 붕괴’가 일어났음을 규명했다고 밝혔다.

□ 극지연구소는 화산 폭발 직후 연구소 소속 박숭현 박사를 중심으로 긴급탐사 연구팀 K-HEART(Korean Hunga Eruption Araon Research Team)를 구성하고, 폭발 약 80일 만에 남극에서 복귀 경로 중이던 쇄빙연구선 아라온호를 현장에 투입했다. 연구팀은 해저지형과 탄성파, 해양관측, 지자기, 암석과 화산재 주상시료 등 다양한 자료와 시료를 확보해 대폭발에 따른 통가 화산의 붕괴 과정과 내부 구조 변화를 정밀 분석했다.

□ 2022년 통가 화산 대폭발은 전 세계적인 관심을 받은 이례적인 자연현상으로, 한국과 뉴질랜드, 미국 등 여러 나라 연구진이 폭발 직후부터 연구에 착수했다. 박숭현 박사는 뉴질랜드 오클랜드대학교 셰인 크로닌 교수, 오클랜드공과대학 마르타 리보 박사 등과 국제공동연구팀을 꾸려 연구를 수행했으며, 이번 연구 결과는 국제학술지 『Nature Geoscience』에 박숭현 박사를 교신저자로 하여 게재됐다.

□ 분화 전후 해저지형 분석 결과, 이번 폭발로 이동한 물질의 양은 총 8.9㎦에 달한다. 이는 25톤 대형 덤프트럭 약 6억 대를 가득 채울 수 있는 규모로, 서울시 전체를 15m 높이로 덮을 수 있는 양이다. 이 중 약 77%(6.85㎦)는 화산 폭발 후 중심부가 내려앉아 생긴 거대한 함몰지형인 칼데라 자체가 급격히 붕괴하며 발생한 물질 이동으로 확인됐다.

□ 폭발 전 수심 150~200m였던 칼데라는 폭발 직후 최대 수심 850m까지 깊어졌다. 연구팀은 이처럼 짧은 시간 동안 일어난 해저지형의 급격한 대규모 함몰이 당시 대형 쓰나미의 규모를 키웠을 가능성이 높은 것으로 분석했다.

□ 연구팀은 스파커(Sparker) 탄성파 탐사 장비를 활용해 해저 표면 아래 지층 구조를 투과 측정했다. 칼데라 내부에는 최대 약 150m 두께의 화산쇄설물이 쌓여 있었으며, 그 아래 실제 칼데라 바닥은 수심 약 1,000m에 이르는 것으로 확인됐다. 특히 화산쇄설물 사이와 아래에서 산사태 퇴적층이 확인돼, 칼데라 붕괴와 산사태가 대폭발이 진행되는 동안 함께 일어났음을 보여주는 결정적인 증거가 됐다.

□ 이 해역 주변에는 수십 개의 해저화산과 칼데라 지형이 밀집해 있다. 이번 연구는 해저 속 구조까지 다각도로 분석함으로써, 향후 화산성 쓰나미 예측 모델 고도화와 해저 통신케이블 등 기반시설 보호에 중요한 과학적 근거를 제공할 것으로 기대된다.

□ 박숭현 극지연구소 책임연구원은 “불확실성이 큰 상황에서 K-HEART를 신속히 구성하고 치밀한 긴급 탐사를 수행했기에 급격한 붕괴 과정을 규명할 수 있었다"며, ”이번 논문은 탐사 성과의 시작으로, 후속 연구를 통해 통가 화산이 해저화산의 성장과 대폭발, 붕괴 후 변화까지 한눈에 추적하는 획기적인 자연실험실로 활용되도록 하겠다”라고 말했다.

□ 신형철 극지연구소장은 “이번 연구는 글로벌 과학 현안 해결에 아라온호가 결정적으로 기여한 성과”라며, “앞으로도 국가적·사회적 이슈에 대응하고 기여하는 과학적 기반으로 역할을 다 하겠다”고 전했다.

붙임 1. 통가 화산 스파크 탄성파 탐사자료와 해석도

붙임 1		통가 화산 스파크 탄성파 탐사자료와 해석도

아라온호가 2022년 4월 훙가 통가 화산에서 획득한 스파커 탄성파 탐사자료와 해석도.

* 칼데라 내부에 쌓인 화산쇄설물과 산사태 퇴적층 및 내부구조를 보여준다. 화산쇄설물 사이와 아래에서 확인된 산사태 퇴적층은 칼데라 붕괴가 대폭발이 진행되는 동안 함께 일어났음을 보여주는 중요한 증거다. (출처: 극지연구소 제공, Nature Geoscience 게재 논문 이미지)