과거 백두산의 화산활동과 향후 분화 가능성,

그리고 남한학자들의 백두산 연구 참여 방안

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윤성효(부산대 지구과학교육과) / 이정현(부산대 과학교육연구소)

        북한과 중국의 국경에 위치하는 우리 민족의 명산인 백두산이 2002년 7월 이후 분화전조(噴火前兆) 활동이 활발하게 관측되어, 백두산에 대한 과거 분화 이력을 조사하고, 아울러 위성 관측 및 지구물리 관측을 병행하여 상황을 정확하게 파악하고 이해하는 기초 연구가 필요하다.   » 그림 2003년~2008년동안 백두산 천지화산에서 발생한 화산성 지진의 진앙과 진원 분포도. 자료/ 중국 국가지진국 제공 지금으로부터 약 2840만 년 전인 신생대 올리고세에 광활한 만주 평원에서 북동-남서 방향의 심부단열대가 만들어져서 이를 따라 소규모의 현무암이 틈새(fissure) 분화로 분출된 후, 약 1500만 년 전에서부터 1백만 년 전까지 이 틈새를 따라 현무암이 대량으로 분출되어 현무암 용암대지(lava plateau)가 만들어지고, 마그마가 뿜어져 나오는 활동이 주춤해지면서 틈새의 한 지점을 중심으로 분출하여 현재의 천지 하부에 백두산 순상화산체(shield volcano)가 형성되었다. 그 후 화산 휴지기를 지나고 약 60만 년 전부터 1 만 년 전까지 중심분화(central eruption)에 의하여 조면암 및 알칼리유문암 화산활동으로 화성쇄설물의 폭발적인 분화와 용암 분출이 교대로 여러 차례 발생하여 백두산 성층화산체를 형성하였으며, 약 4천 년 전과 1천 년 전에 부석을 위주로 하는 폭발적인 대분화로 성층화산체의 산정부가 파괴되고 함몰하여 천지(天池) 칼데라를 형성하였다.   현재 모습의 천지 칼데라 호수는 지금으로부터 약 1천 년 전에 완성되었다. 그 후, 서기 1403년, 1668년, 1702년, 1903년 천지 칼데라 내에서 소규모로 분화한 역사시대 분화기록을 가지고 있다. 약 1 천 년 전의 10세기 대분화는 분출물의양이 100~150 km3(화산폭발지수 VEI=7.4)로 인류 역사상 최대의 화산분화 사건으로 인식되고 있으며, 그 분출물의 일부가 일본 홋카이도와 혼슈 북부지역에서 B-Tm(Baegdusan-Tomakomai) ash로 발견된다.       백두산은 활동적인 화산(活火山)으로 언젠가는 분화할 것임이 확실하며, 현재 나타난 백두산의 화산 분화 가능성의 징후는 아래와 같다.  

가. 최근 천지 바로 지하 2-5km 하부의 천부 화산지진 증가(2003년 월 250회)

 

나. 백두산 천지 주변 외륜산 일부 암반 붕괴(2003년), 균열(2003년) 등 발생

 

다. 백두산 천지 칼데라 주변의 암석 절리(틈새)를 따라 화산 가스가 분출하여 주변 일부 수목이 고사(枯死)됨.

 

라. 위성 GPS를 이용한 백두산 천지 주변 지형이 연간 이동 속도 관측 결과 2002년 8월부터 2003년 8월까지 천지 북측의 수평 및 수직 연간이동속도가 약 45-50 mm/년으로 활발화 됨.

 

마. 천지 주변 온천수의 수온 증가(최대 83℃), 가스성분 증가(He, H2 등)

바. 지진파토모그래피에 의해 천지 지하 10-12 km 지하에 규장질(알칼리유문암-조면암) 마그마 방 존재 확인

    백두산의 폭발적인 화산 분화의 가능성 평가의 근거는 아래와 같다.  

가. 백두산은 현재 지구상에서 존재하는 가장 위협적인 화산 중의 하나로 밝혀짐. (약 1천 년 전 화산폭발지수 VEI=7.4로 인류 역사상 최대의 화산 분화사건을 기록)

 

나. 백두산의 역사시대 분화 사건에는 주로 점성이 높은 규장질(硅長質) 마그마가 뿜어져 나왔으며, 천지 지하 10-12km의 규장질 마그마 내에는 엄청난 양의 용존 고압가스를 붙잡아 둘 수 있는데, 이 마그마가 지표로 상승하여 깊이가 얕아지고 임계조건을 넘으면 일시에 고압의 화산가스가 팽창되면서 강렬한 화산재(灰: ash)와 부석(浮石: pumice)의 대폭발을 수반하여 분화할 가능성이 우려됨.

 

다. 천지 지하의 천처에서 발생하는 잦은 화산성 지진으로 인하여 천지에 담긴 20억 톤의 물이 지하 암반 틈새(단층이나 절리)를 따라 지하 마그마와 만나는 경우 수증기와 화산재를 뿜어내는 초대형 화산폭발로 이어질 가능성이 충분함.

  » 백두산 지하의 마그마방의 존재를 나타내는 지진파 토모그래피 분석도 (김정배 이서행 외 지음, <백두산: 현재와 미래를 말한다>(2010)에서 인용).       백두산이 폭발적으로 분화할 경우, 편서풍의 영향으로 북한 함경도 일원의 철도, 도로, 전기, 수도 등 사회기반시설의 무용화, 백두산 반경 약 100 km 내에 산사태, 화쇄류, 이류 등의 피해 예상, 함경도 전역에 강하화산재 피해, 화쇄류의 분화로 백두산 인접 넓은 범위의 지역에 걸쳐 대규모의 산불로 이어질 가능성, 석탄, 화력발전소 등 함경도에 의존하고 있는 북한 에너지 수급에 치명타, 백두산 산록의 토석류와 화산이류 발생으로 인한 식생과 가옥의 파괴 등등 (가능성이 예상된다).   백두산 화산의 폭발적인 분화의 피해를 미리 대비하고, 지질재해를 완화하기 위한 남북한 공동연구는 우리 국가와 민족의 미래를 위한 국가안보적 차원 뿐만 아니라 백두산의 지질, 자연환경, 생태계 연구와 같은 학문적 찬원, 중국의 동북공정에 의한 고구려, 발해역사 왜곡을 막아 백두대간을 올바로 세우는 민족정립의 차원에서도 중요하다.       이를 위해 초보적으로 백두산 화산의 과거 분화 이력을 지질조사를 통해 정확하게 조사하고, 화산성 지진, GPS, 지자기, 수온과 가스 측정, 기타 물리탐사 자료, 원격탐사 등에 대하여 전문연구팀을 구성하여 지속적이고 과학적인 관측 계획을 수립하여야 한다. 민간 차원의 남북한 공동연구가 필요하며, 이를 위한 정부 차원의 정책적 연구비 지원이 절실히 요구된다. 더 나아가 백두산에 대한 포괄적인 연구를 위하여 지질, 생물, 역사, 물리탐사광학 등의 최정예 학술연구단을 구성할 필요가 있다.   » 윤성효 교수 연구의 질을 높이기 위하여 화산 분화 경험을 가지고 있는 일본, 미국 등의 학자나 전문가를 초빙 합류시킬 필요가 있다. 학술 연구차원에서 일본이 운젠과학시추프로그램으로 국제대륙과학시추프로그램(ICDP)등과 연계하여 연구를 수행한 것과 같이, 교육과학부 후원으로 남북공동으로 ‘백두산 화산 모니터링을 위한 과학시추프로젝트’를 추진할 필요성을 느낀다. 본 연구 사업을 효과적으로 실시하기 위하여 3년 이상의 연구기간을 통해 연속성 있는 연구조직의 강화하고, 국제간 공동 연구의 제휴체제를 구축할 필요가 있다. 그중에서도 분화경험이 풍부하고 첨단 연구 실적을 가진 일본의 도호쿠대학, 실제적으로 백두산 천지화산관측소를 운영하며 관측을 하고 있는 중국 국가지진국 활화산연구센타(活火山硏究中心), 그리고 가능하다면 러시아, 북한의 연구기관의 핵심연구자를 참여시켜 국제공동연구의 파트너로 참여시키어, 이와 관련된 국내연구자들과의 연구 협력 교류를 통하여 충분하게 기초자료를 확보하고, 동시에 각 나라의 화산 연구기반을 형성하고 공고하게 할 수 있다.