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ISSN : 1225-6692(Print)
ISSN : 2287-4518(Online)
Journal of the Korean earth science society Vol.37 No.6 pp.346-358
DOI : https://doi.org/10.5467/JKESS.2016.37.6.346

Selecting Hazardous Volcanoes that May Cause a Widespread Volcanic Ash Disaster to the Korean Peninsula

Sung-Hyo Yun1*, Eun-Kyeong Choi2, Cheolwoo Chang3
1Department of Earth Science Education, Pusan National University, Busan 46241, Korea
2Geo-infomation Research Lab, GI Co. Ltd., Busan 47598, Korea
3Department of Earth Science, Pusan National University, Busan 46241, Korea
Corresponding author: yunsh@pusan.ac.kr+82-51-510-2723+82-51-513-7495
July 12, 2016 September 18, 2016 October 27, 2016

Abstract

This study built the volcano Data Base(DB) of 289 active volcanoes around the Korean Peninsula, Japan, China (include Taiwan), and Russia Kamchatka area. Twenty nine more hazardous volcanoes including Baekdusan, Ulleungdo and 27 Japanese volcanoes that can cause a widespread ash-fall on the Korean peninsula by potentially explosive eruption were selected. This selection was based on the presence of volcanic activity, whether or not containing dangerous explosive eruption rock types, distance from Seoul, and volcanoes having Plinian eruption history with volcanic explosivity index (VEI) 4 or more. The results of this study are utilized for screening high-risk volcanoes that may affect the volcanic disaster caused by a widespread fallout ash. By predicting the extent of spread of ash caused by these hazardous volcanic activities and by analyzing the impact on the Korean peninsula, we suggest that it should be used for helping to predict volcanic ash damages and conduct hazards mitigation research as well.


한반도에 광역화산재 재해를 발생할 수 있는 위험화산의 선정

윤 성효1*, 최 은경2, 장 철우3
1부산대학교 지구과학교육과, 46241 부산광역시 금정구 부산대학로 63번길 2
2(주)지아이, 47598 부산광역시 연제구 중앙대로 1048번길 11
3부산대학교 대학원 지구과학과, 46241 부산광역시 금정구 부산대학로 63번길 2

초록

한반도 주변의 일본, 중국(대만 포함) 및 러시아 캄차카의 활동적인 화산에 대한 289개의 화산DB를 구축하였으 며, 이들 중 잠재적으로 폭발적인 분화를 하여 한반도에 광역화산재해를 유발할 수 있는 위험 화산체 29개(백두산과 울 릉도, 일본 화산 27개)를 선정하였다. 이들의 선정 기준은 화산의 활동성 유무, 폭발적 분화 위험 암종 포함 여부, 서울 과의 거리, 그리고 화산폭발지수(VEI) 4 이상의 플리니식 분화이력을 가진 화산체 등이다. 본 연구 결과는 광역화산재 해를 유발하여 국내에 영향을 줄 가능성이 높은 위험화산을 선별하는데 활용할 것이다. 그리고 이들 위험화산 활동에 의해 발생한 화산재의 확산 범위를 예측하고 한반도에 미치는 영향을 분석하는 화산재해 피해 예측을 위한 방재 차원 의 대응 연구에 도움을 줄 것으로 기대한다.


    MINISTRY OF PUBLIC SAFTY AND SECURITY
    MPSS-자연-2015-81

    서 론

    2015년 9월 일본 큐슈 구마모토 현에 있는 해발고 도 1,592 m의 아소(Aso) 칼데라 화산의 중앙화구군 (中央火口群)의 나카다케(中岳) 화산이 연속적으로 폭 발적 분화를 하여 분연주(噴煙柱)는 화구 상부 1.2 km 까지 치솟았고, 주변 1 km내 인근 산이 화산재에 의 해 회색으로 변했다. 2016년 4월 16일 일본 규슈 구 마모토 동쪽 9 km 지역에서 리히터 지진규모 7.3의 지진이 발생하여 2016년 8월 15일 기준으로 88명의 사망자, 2,173명의 부상자가 발생하였으며, 다수의 건 축물 붕괴, 기반시설의 파괴 및 화재로 인해 최대피 해 총액 4조 6천 억 엔(한화 51조 2800억 원)의 피 해를 입었다(Wikipedia, 2016). 동시에 인접한 지역인 아소산은 화산활동이 여전히 계속되고 있고, 앞으로 더 활발해질 가능성 있다고 보도되었다. 아소 칼데라 화산의 칼데라는 남북 장경이 25 km, 동서 단경 18 km이며, 둘레는 약 120 km, 면적은 380 km2로, 폭발 적으로 분화할 경우 한반도까지 영향을 미칠 수 있 다는 우려가 나오고 있다.

    한반도 주변국의 활동성이 있는 화산을 파악하고 특정 화산의 화산재해 시나리오를 구축하기 위하여 주변 국가들의 활화산 자료를 수집하였다. 우리나라 에 인접한 활화산을 보유한 국가는 중국, 대만, 일본, 러시아 캄차카반도로 각 화산의 정보들을 파악하여 자료를 구축하였다. 러시아 캄차카반도에는 우리나라 미주 항공노선에 인접하여 위치하므로 화산 분화 및 화산재 확산 정보는 비행 안전에 매우 중요하다. 구 축자료는 스미소니언연구소 Global Volcanism Program (GVP)에 등록된 화산정보를 주로 이용하였으며(GVP, 2016), 각 나라에서 제공하는 정보를 이용하여 비교 검증자료로 활용하였다. 특히 각 나라에서 활화산으 로 규정하고 있는 화산 및 특별 관리대상 화산을 판 단하기 위하여 화산관련 사이트들을 참고하였다.

    스미소니언연구소의 GVP의 DB에 기록된 화산은 모두 1,540개 이며, 각각의 화산의 고유번호, 화산이 름, 도시, 주된 분화 형태, 그 외 화산 유형, 알려진 마지막 분화기록, 지역, 세부지역, 위도, 경도, 고도, 주요 암종, 지체구조적 위치, 분화 이벤트, 5, 10, 30, 100 km 이내의 거주 인구 등이 정리되어 있다. 그 외 일본기상청에서 제공하는 활화산 정보, 중국 국가 지진국의 활화산 정보, 쿠릴-캄차카 호상열도의 화산 들의 정보, 러시아 캄차카 반도의 활화산 정보, 미국 지질조사소의 활화산 정보를 이용하였다. 특히 캄차 카반도의 활화산정보는 알래스카 화산관측소에서 공 동으로 정보를 관측 및 제공하고 있다. 우리나라의 경우 화산 정보를 제공하는 기관이 별도로 없어 스 미소니언연구소에 등록된 화산 정보를 활용하여 남한 3개, 북한 1개(백두산은 중국 측의 창바이샨(Changbaishan) 으로 기재되어 있음) 화산기록을 정리하였다.

    한반도 주변에 백두산 뿐 만 아니라 일본, 중국, 러시아 동부지역에 수 백 개가 산재하며 상당수는 최근에도 분화하는 등 매우 활발한 활동을 보이고 있다. 최근 일본 화산의 분화에 따라 국내에 미칠 수 있는 영향에 대한 우려와 사회적 관심이 고조된 바 있으며, 러시아 캄차카 반도의 활발한 화산 활동으로 한반도 주위의 항공 운항에 대한 우려가 존재하며, 주변국 내의 우리나라의 화산재해 발생 시 화산재 확산으로 인한 피해가 예측되나, 우리나라는 화산재 해에 대한 국제 공동연구 기반이 미약하며, 국제공유 화산재해 표준 정보체계의 구축이 시급하다.

    백두산을 포함한 주변국 화산재해에 따른 한반도의 위험성을 평가하여 종합적으로 화산재해에 대응할 필 요가 있으며, 백두산은 물론 동북아시아 지역에 위치 한 화산의 분화에 따른 화산재 확산 예측 및 이에 의한 피해 예측 기능이 탑재된 시스템으로 고도화가 이뤄져야 한다고 사료된다. 또한 화산재해는 신종미 래 재해로서 국내 방재 분야의 교육 훈련 체계가 전 무하여 유사시 대비하기 위한 교육 훈련 체계의 구 축이 필요할 뿐 만 아니라, 재해의 특성상 전지구적 재해로 확대되는 경향이 있어 국제 공동 대응 기반 의 공동체를 구성하여 전략 수립과 추진이 필요하다. 본 연구 결과는 한반도에 위해를 줄 수 있는 위험화 산에 대한 화산재해 정보 파악 DB 구축 및 화산재 해 위험도(risk map)를 분석하여 주변국 화산재해에 따른 한반도 위험도 평가 및 대응체계 수립을 위한 화산재해 대응시스템 고도화에 필요한 화산학적 기초 자료로 제공되어 질 것이다. 수집 구축된 289개의 활 화산 DB자료에서 강하화산재의 낙하와 같은 광역화 산재해를 유발하여 국내에 영향을 줄 가능성이 높은 위험화산을 선별하는데 활용하였다.

    한반도 위험 발생 가능성 화산의 선정

    한반도 주변지역인 중국(대만 포함), 일본 및 러시 아 캄차카지역 활화산 289개에 대해 DB를 구축하였 으며, 이 DB 자료에서 화산의 활동성, 폭발적 분화 위험 암종 포함 여부, 서울과의 거리, 화산폭발지수 (Volcanic Explosivity Index; 이하 VEI, Newhall and Self, 1982)가 4 이상인 분화이력을 가진 화산체를 대상으로 29개의 위험화산을 선정하였다(Fig. 1).

    화산의 활동성

    화산의 활동성은 서력기원 이후 분화한 화산을 대 상으로 하였으며, 이때 일본기상청에서 정한 Rank A, Rank B 화산을 대상으로 100년 이내에 분화한 경험을 가진 화산으로 선정하였다. 일본기상청에서는 일본의 활화산을 화산 활동 평가 기준(Hayashi and Uhira, 2008a)을 만들어 Rank A, B, C로 구분하여 관리하고 있는데(Fig. 2), 화산활동의 등급은 활동도 빈도(Activity frequency)와 분화 규모(Eruption scale) 와 활동도 양식(Activity type)로 표현된다. Fig. 2에 서 X-축은 10,000년 활동 지수로, Y-축은 100년 활 동 지수로 되어 있다. 이때 활동지수를 산정하는 방 법은 아래와 같다(Hayashi and Uhira, 2008b). 10,000년의 기준은 지금으로부터 1만년 이내에 분화 한 경험을 가진 화산을 활화산으로 규정하는 국제적 인 관례에 따라 설정하였으며, 100년의 기준은 인간 수명을 최대 100년으로 잠정적으로 정하여 인간 활 동의 범위 내에서 화산활동을 관찰 경험할 수 있는 시간의 최댓값으로 보았다.

    과거 1만 년간의 활동내용은 주로 지질에 남은 대 규모 분화의 기록에 따라 1만년 활동지수가 정의된 다(Hayashi and Uhira, 2008b).

    10,000년 활동 지수=활동도 빈도 지수+분화 규모 지수+활동 양식 지수

    여기서, 활동도 빈도 지수(Activity frequency index) 는 과거 300년간, 1,000년간, 3,000년간, 10,000년간 에 분화활동이 있었을 경우 각각 0.5씩 가산한 수치 이며, 분화 규모 지수는 지난 1만년 동안의 최대 화 산폭발지수이다. 이때 VEI를 알 수 없는 소규모 분 화만 알려진 경우는 2로 처리한다. 활동 양식 지수는 과거 1만 년 간 있었던 산록에 영향을 미치는 다음 의 분화활동양식의 유무를 이용하여 판단하였다.

    • 화쇄류 또는 화쇄써지:  3(1.5) 산체붕괴: 3(1.5)

    • 화산이류(라하르):  2(1) 수증기마그마 폭발: 2(1)

    • 용암류:  1(0.5)

    이때 숫자는 지난 1,000년 내에 해당하는 분화양식 활동이 있는 경우의 배점이며, 괄호의 숫자는 지난 1,000년-1만 년 전 이후에만 해당하는 활동이 있는 경우에 해당된다.

    활동 양식 지수는 위의 각 분화 양식에 대해 평가 하고, 그 중 최대 점수를 채택한다. 또한, 각 분화 양 식에 배점은 일반적인 분출물의 이동 속도 영향 면 적 및 분출물의 온도 등 각 분화 양식 현상의 격렬 함(Blong, 1984)을 감안하여 산정하게 된다.

    상세한 관측 데이터를 얻을 수 있는 최근 100년 동안은 아래의 식과 같이 100년 활동지수가 정의되 어있다. 100년 동안의 분화의 양식을 평가하려면 기 간이 짧기 때문에 100년 활동 지수는 활동 양식 항 에 바꾸어 분화뿐만 아니라 분연량(噴煙量)의 증대 등의 화산 이상도 고려하고 있다. 즉, 100년 활동 지 수와 1만 년 활동 지수는 성격이 다른 지수이다.

    100년 활동도 지수=활동 빈도 100년 지수+활동 빈 도 30년 지수+분화 규모 100년 지수

    여기서, 활동 빈도 100년 지수는 최근 100년간의 관측 데이터를 기반으로 분화와 다양한 화산의 이상 이 관찰된 기간을 요구해 기간에 1을 더한 후 상용 로그를 취한다. 활동 빈도 30년 지수는 최근 30년 동 안 분화와 다양한 화산의 이상이 관찰된 연수를 먼 저 구하고, 그 연수에 1을 더한다. 이때 현재 분기활 동이 있는 경우 추가로 1을 더한 후 상용로그를 취 한다. 분화규모 100년 지수는 최근 100년간의 분화 물 총량(만m 3 )의 상용로그로 100년에 분화가 없는 경우 이 지수를 0으로 한다.

    10,000년 활동지수=활동 빈도지수+분화규모지수+ 활동 유형 지수

    100년 활동지수=100년 활동 빈도지수+30년 활동 빈도지수+100년 분화규모지수

    Rank A는 100년 활동 지수 또는 10,000년 활동 지수가 특히 높은 화산(100년 활동 지수가 5보다 크 거나 10,000년 활동 지수가 10보다 큰 화산)들이 속 한다. Rank B는 100년 활동 지수가 1에서 5 미만이 거나 또는 10,000년 활동 지수가 7에서 10 미만으로 활동 지수가 비교적 높은 화산(Rank A에도 Rank C 에도 속하지 않는 화산)이 속하며, Rank C는 어떤 활동 지수도 낮은 화산(100년 활동 지수가 1 이하이 고, 10,000년 활동 지수가 7 미만인 화산)이 속한다. Fig. 2에서 일본의 활화산 중 Rank A에 속하는 화산 은 모두 13개이며, 이들은 홋카이도, 큐슈, 그리고 이 즈 제도에 집중되어 분포한다. 혼슈지역에서는 아사 마 산이 Rank A에 속한다. Rank B와 C에 속하는 화산은 각각 36개이고, Rank에 들지 않는 화산도 23 개가 존재한다(JMA, 2003).

    폭발위험 암종

    폭발적 분화가능성이 높은 암종은 화산암의 화학조 성에 따른 TAS 분류도(Le Bas et al., 1986)에서 점 성이 비교적 높은 규장질-중성암(유문암-데사이트-안 산암)으로 Fig. 3에서 색으로 표시된 영역을 폭발적 분화 가능성이 높은 암종으로 분류하였다.

    일반적으로 마그마에서 SiO2 함량이 높을수록 점 성은 커지며, 폭발적인 분화를 하는 경향이 있다. 화 산분화(噴火)작용은 주로 화산재나 화산자갈 등과 같 은 화성쇄설물이 빠른 속도로 유출되는 폭발(爆發)성 분화와 용암이 주로 뿜어져 나오는 비폭발성 분출(噴 出, 또는 분류(噴流), 일류(溢流))로 나눌 수 있다 (Gonnermann and Manga, 2012). 고철질의 현무암 화산활동은 주로 마그마가 긴 틈새나 원통상의 화도 를 통해 뿜어져 나와 주변 계곡이나 저지대로 흘러 가는 아이슬란드식 또는 하와이식의 일류 형이다 (Fig. 4). 때때로 지하수의 작용이나 마그마 자체 휘 발성분 함량이 충분한 경우 스트롬볼리식의 폭발적인 분화를 하여 화구 주변에 분석구(cinder cone) 또는 화성쇄설구(pyroclastic cone)를 만들기도 한다(Fig. 4). 현무암질 마그마가 마그마방의 상부에서 화도를 통하여 상승하면서 화도 내에서 마그마 파쇄작용이 일어나면 화구를 통하여 폭발적인 분화를 하며, 만약 화도 내에서 마그마 파쇄작용이 발생하지 않으면 마 그마는 다량을 가스를 함유한 체 화구를 통하여 뿜 어져 나와 주변을 흘러가면서 냉각되면 용암 표면 부근에 다공질의 기공을 함유하게 된다(Fig. 4). 그러 나 점성이 비교적 높은 규장질-중성암 화산활동은 화 성쇄설물과 용암이 폭발과 분출을 교호로 하거나 아 니면 화성쇄설물이 대부분으로 폭발적으로 분화하는 경향이 있다. 그러나 현무암질 마그마와 마찬가지로 규장질 마그마가 상승하면서 높은 점성으로 인하여 기공들이 마그마 파쇄작용을 일으키지 못하고 화도를 따라 상승하여 화구에서 분출하면 용암돔(lava dome) 이 만들어질 수 있다(Gonnermann and Manga, 2012).

    그러므로 폭발적인 분화를 하여 한반도에 강하화산 재의 광역화산재해를 발생할 수 있는 암석 종류는 고철질 암석보다는 규장질-중성 화산암으로 이를 분 화한 경험을 가진 화산을 위험대상 화산으로 선정하 였다.

    화산의 영향 범위

    화산의 영향 범위를 서울과의 거리 1,500 km 이내 의 화산으로 국한한 이유는, 일반적으로 직경 2 mm 이하의 테프라(또는 화산재)는 바람에 의해 약 1,000 km까지 확산되는 것으로 알려져 있으나(USGS, 2000), VEI 7 이상 규모의 화산에서는 그 이상으로도 확산 되는 사례가 알려져 있다.

    인도네시아의 탐보라 화산의 분화 시(1815년, VEI 7) 화산재가 1,300 km까지 확산되었으며, 600 km 이 내는 2일간 암흑현상이 있었던 것으로 알려져 있다. 이때 분연주의 높이는 약 43 km, 화산분출물의 양은 160 km 3 (1.4×1014 kg)으로 기록되어 있다. 또 칠레 칼부코 화산의 분화로 동쪽의 약 1,500 km 지점인 부에노스아이레스 지역에 까지 이른 것으로 확인되었 으며(Japantimes, 2015), 1932년 VEI 5 규모의 분화 에서도 800 km까지 확산되었다.

    미국의 옐로우스톤의 분화(2.1 Ma, 640 ka BP)는 VEI 8로 분화한 화산으로 분화지점으로부터 1,500 km까지 20 cm 두께의 화산재 퇴적층(Ash deposits)이 관찰되고 있으며, 옐로우스톤 화산의 분화범위를 산 출한 Mastin et al.(2014)에서도 우산 모양의 화산재 구름(Umbrella cloud)이 바람을 통해 1,500 km까지 이동이 가능한 것으로 기록하고 있다.

    일본의 Hiroshi Machida(2002)는 그의 논문 “Volcanoes and Tephras in the Japan area”에서 Aso-4 (VEI 7) 의 테프라 최대 확산 퇴적 범위가 1,500 km에 달하 는 것으로 표시하고 있다(Fig. 5). 그러므로 본 연구 에서는 서울과의 거리를 1,500 km 기준으로 하여 검 토 대상으로 설정하였다.

    화산폭발지수(VEI)

    VEI는 화산의 화구로부터 뿜어져 나온 화산재와 가스의 기둥인 분연주의 높이와 뿜어져 나온 분출물 의 총량(체적) 그리고 분화 스타일로 결정된다. VEI 4 이상으로 선정한 이유는 만약 특정화산이 VEI 4 이상으로 분화하는 경우 플리니식 분화에 의하여 분 연주의 높이가 10-25 km 이상으로 상승하고(Table 1), 화산재 구름을 형성하여 비교적 넓은 범위까지 화산재의 확산이 가능할 것으로 판단되므로 VEI 4 이상의 화산을 대상으로 하여 선정하였다.

    이상과 같은 기준으로 한반도에 광역 화산재의 재 해를 초래할 수 있는 위험화산으로 29개의 화산을 선정하였다(Table 2).

    선정된 화산은 백두산(Baekdusan), 울릉도(Ulleung) 와 일본의 Yufu-Tsurumi, Kujusan, Asosan, Kirishimayama, Aira (sakurajima), Kikai (Satsuma IOjima), Kuchinoerabujima, Suwanosejima, Yakedake, Niigata-Yakeyama, Kusatsu-Shiranesan, Asamayama, Harunasan, Fujisan, Izu-Tobu, Oshima-Oshima, Bandaisan, Kozushima, Izu-Oshima, Niijima, Zaozan, Miyakejima, Akita-Komagatake, Towada, Hokkaido- Komagatake, Toya (USU-ZAN), Shikotsu Eniwadake 등이다(Fig. 6).

    토 의

    제주도 제외 근거

    위험화산의 선정에 있어서 한반도 남단에 위치하는 제주도는 제외되었다. 제주도의 화산활동은 주로 고 철질의 현무암질 화산활동으로 분화를 할 경우 하와 이식 용암분천(噴泉)이나 용암일류(溢流)의 조용한 화 산활동(Fig. 4e)이 예상되기 때문이다. 그러나 현무암 질 마그마가 지표 아래의 지하수의 영향을 받거나 마그마 자체의 휘발성 성분이 증가하여 약간의 폭발 적인 분화를 하는 스트롬볼리식 화산활동을 하는 경 우(Fig. 4d) 소규모의 폭발적인 분화에 의하여 소화 산체인 단성화산체의 형성이 가능하나, 이 경우 그 영향 범위는 분화구를 중심으로 수 km 이내로 국한 된다. 그리고 현무암질 화산활동이 연해 또는 근해에 서 발생하여 마그마와 물이 만나 폭발적인 분화인 수증기마그마성(phreatomagmatic) 또는 써제이안 (Surtseyan) 분화를 하는 경우 화산폭발지수 2 또는 3 정도의 폭발적인 분화가 가능하나(Ko and Yun, 2016), 이 경우 또한 광역화산재해를 유발하기 보다 는 분화구 주변에 화쇄난류와 강하화산재가 퇴적되 는 경우가 전형적이므로 위험화산의 선정에서 제외 되었다.

    중국 화산 제외 근거

    중국은 총 12개 화산(Hainan Dao, Leizhou Bandao, Tengchong, Tianshan Volcanic Group, Kunlun Volcanic Group, Honggeertu, Arshan, Keluo Group, Wudalianchi, Jingbo, Longgang Group, 그리 고 Baekdusan)이 등록되어 있으며, 그 위치는 남동아 시아에 3개, 서부에 2개, 동부에 6개, 중국과 북한의 국경지대에 1개(백두산)가 위치하고 있다. 이들 화산 중 쿤룬화산군(崑崙火山群; Kunlun volcanic group)과 백두산은 활화산으로 등록되어 있다(Yun and Chang, 2016).

    중국 내 화산 중 GVP의 데이터베이스에 화산폭발 지수가 등록되어 있는 화산은 쿤룬화산군, 우다렌치 (五大連池: Wudalianchi) 및 백두산이며, 쿤룬화산군 은 VEI 2(1951년 5월 27일)로 기록되어 있으며, 우 다렌치 화산은 VEI 3(1720년 1월 14일~1721년 6월) 으로, 백두산은 VEI 7(942±4년)로 기록되어 있다.

    중국 활화산의 서울과의 거리는 백두산이 500 km 로 가장 가까우며, 중국의 서쪽에 위치하고 있는 쿤 룬화산군은 약 4,000 km 정도 떨어져 있다. 중국 남 부와 서부에 위치하는 화산들은 지리적으로 원거리에 위치하며, 주된 화산활동이 고철질 마그마에 의한 화 성쇄설구 형성이나 용암 일류로 알려져 있다.

    중국 동북부 지역에 위치한 화산체들도 홀로세 화 산활동이 백두산을 제외하고는 롱강( : Longgang) 화산군과 우다렌치 화산 등 대부분이 고철질 마그마 의 폭발적인 분화에 의한 화성쇄설구(단성화산) 형성 및 용암 일류의 특징을 나타내므로 한반도에 광역화 산재의 재해를 초래할 화산으로는 판단되지 않는다. 그러므로 위험화산의 선정에서 제외되었다.

    러시아 캄챠카 화산 포함 근거

    캄챠카의 화산들은 우리나라 미주항공 노선에 위치 하여 자주 화산재를 분화하는 화산체들이다. 러시아 캄차카 지역의 화산은 총 144개가 등록되어 있으며, 이중 활화산으로 등록되어 있는 화산은 총 36개가 있다. 러시아의 캄차카 반도 일원의 화산은 지역에 따라 쿠릴열도(Kuril islands)의 화산 32개와 캄차카 반도(Kamchatka and Mainland asia)의 화산 112개로 구분된다. 서울과 가장 가까운 화산은 쿠릴열도의 이 름이 지정되지 않은 화산(Unnamed)으로 1,861 km 떨어져 있으며, 가장 먼 화산은 캄차카 반도의 Piip 화산으로 3,596 km 떨어져 있다.

    러시아의 화산 중 VEI가 가장 높은 화산은 Kurile Lake 화산으로 6,440 BC에 VEI 7로 분화하였으며, VEI 6의 화산은 Tao-Rusyr Caldera, Karymsky, Khangar, Ksudach의 4개 화산이 있다. 이 중 Karymsky, Khangar, Ksudach 화산은 현재 활동적인 활화산으로 관리되고 있으며, Karymsky화산은 2015년 1월 19일 부터 2016년 10월 현재까지 계속 간헐적으로 분화 중에 있다.

    태평양판과 북미판의 경계부인 쿠릴해구 섭입대 위 에 위치하는 캄차카 지역의 화산이 분화하는 경우 주로 안산암질의 폭발적인 화산활동으로 화산재는 통 상 대부분은 동쪽을 향하여 확산 이동하게 된다. 화 산재 구름과 항공기가 만나지 않도록 주의하는 것이 필요하다. 화산재가 편서풍이나 제트기류를 타고 동 쪽으로 확산되면 미주 항공노선이 장애를 받아 우리 수출의 25% 정도를 차지하는 항공 수출에 차질을 발생할 우려가 있다. 항공기 운항이 열흘만 중단되어 도 수출은 약 25억 달러가 줄어들 것으로 예상된다 (Lee, 2010). 그러므로 캄차카 지역의 화산에 대한 정 보 및 화산재 분화 예보가 필요하다고 사료된다.

    큐슈지역 화산 포함 근거

    큐슈지역을 포함한 일본지역의 대부분의 활화산들 은 정상적인 기상장에서 화산재가 분화될 경우 화산 재는 동쪽으로 확산 이동될 것이다(Lee et al., 2014). 그러나 큐슈지역의 화산들 중 드물게 특이 기상장 (Lee and Yun, 2011)에서 화산재가 분화할 시기에 남동풍이 불거나 동풍이 발달하는 경우 화산재 구름 이 한반도 쪽으로 서진 또는 북상하며 진행하다가 동해 쪽으로 빠져 나갈 수 있다. Fig. 4에서와 같이 과거 큐슈지역의 아소 칼데라 화산, 아이라 칼데라 화 산 그리고 기카이 칼데라 화산이 화산폭발지수 7의 규 모로 분화하고 특이 기상장에서 화산재가 한반도 전역 또는 남부지역을 덮고 동해 쪽으로 빠져 나갔다.

    아소 칼데라 화산 형성 마지막 시기인 약 95~90 ka 에 발생한 아소-4 화산재(阿蘇-4 火山灰)는 남한 전 역과 북한의 함경도 동해 연안과 러시아 블라디보스 토크 남부 지역까지 약 1,500 km 거리까지 강하화산 재를 낙하하며 확산되었었다. 큐슈 남부의 아이라 칼 데라 화산활동으로 아이라Tn화산재(始良Tn火山灰: Aira-Tn ash fall)가 26 ka에 서해 일부를 포함한 남 한 전역과 북한의 함경도 동해 연안과 러시아 시호 테알린 남부 지역까지 약 1,500 km 거리까지 강하화 산재를 낙하하며 확산되었었다. 그리고 7.3 ka에 아이 라 칼데라 남쪽의 기카이-아카호야(K-Ah) 화산재(鬼 界 아카호야 火山灰: Kikai-Akahoya ash fall)가 한반 도 남부 지역을 지나 동해를 통과하여 일본 본토로 확산되면서 강하화산재를 낙하하며 확산되었었다.

    서일본화산대에 속하는 아소 칼데라 화산과 아이라 칼데라 화산 사이의 거리는 약 140 km, 그리고 아이 라 칼데라 화산과 기카이 칼데라 화산(현재의 Satsuma IO-jima)은 약 100 km의 거리에 위치한다. 이들 칼데 라 화산의 폭발적인 분화로 인하여 한반도에 광역화 산재의 재해 영향을 논할 때 아소 화산을 대표적으 로 산정하여도 그 영향 범위의 해석에는 큰 차이가 없을 것으로 판단된다. 즉 서일본 화산대에 속하는 8 개의 위험 화산을 대표하는 화산으로 아소 칼데라 화산을 선정하여 광역화산재의 확산을 수치 모의하여 고찰하는 것에 문제점이 없을 것으로 판단된다.

    동일본 화산대에 속하며 서로 인접하여 분포하는 19개의 화산에 대하여서도 관동지역의 후지산을 대표 화산으로, 그리고 동북지역 및 홋카이도 지역은 다루 마이산(Shikotsu Eniwadake-Trumaisan)을 대표화산으 로 선정하여 수치 모의하여도 영향 범위를 고찰하는 것도 무방할 것으로 판단된다. 즉, 서일본 화산대를 대표하여 일본 큐슈지역의 아소 칼데라 화산, 동일본 화산를 대표하여 관동지역의 후지산, 동북 및 홋카이 도지역의 다루마이산을 한반도에 영향을 미칠 광역화 산재 확산 해석을 위한 대표 수치모의 화산으로 선 정하여도 무방할 것으로 판단된다.

    백두산과 울릉도 화산

    역사시대 분화 이력을 가진 백두산(Yun, 2013)과 울릉도(Hwang and Jo, 2016)는 각각 VEI 7과 VEI 6의 파국적인 폭발적 분화를 하여 백두산-토마코마이 화산재(Baegdusan-Tomakomai ash; B-Tm tephra; Machida et al., 1981, 1990; Machida and Arai, 1983; Machida, 1992; Horn and Schmincke, 2000; Guo et al. 2006)와 울릉도-오키 화산재(Ulleung-Oki tephra; U-Oki: Machida et al., 1984; Machida and Arai, 1983)로 알려진 광역화산재를 확산시킨 것으로 알려져 있다.

    결 론

    한반도 주변국(일본, 중국 및 러시아 캄차카반도)의 활동성이 있는 화산을 파악하고, 특정 화산의 화산재 해 시나리오를 구축하기 위하여 주변 국가들의 활화 산 자료를 수집하여 총 289개 화산자료 DB를 구축 하였다.

    구성된 DB자료에서 화산의 활동성(활화산이며, 서 력기원 이후 분화한 화산), 분출위험 암종(유문암, 데 사이트, 조면암질 데사이트, 조면암, 안산암, 조면안 산암)의 포함 여부, 서울과의 거리(1,500 km 이내) 및 VEI 4 이상의 분화이력을 가진 위험도가 높은 재해 발생 가능 화산체 29개를 결정하였다.

    이들 위험 화산을 대표할 화산체로 백두산, 울릉 도, 일본 큐슈지역의 아소 칼데라 화산, 관동지역의 후지산, 동북 및 홋카이도지역의 다루마이산을 광역 화산재 확산 영향 범위 해석을 위한 대표 수치모의 화산으로 선정하고자 한다.

    감사의 글

    이 논문에 대하여 세심하고 건설적인 지적과 의견 을 주신 이문원 교수님과 장은미 박사님께 감사드립 니다. 본 연구는 정부(국민안전처)의 재원으로 재난안 전기술개발사업단의 지원을 받아 수행된 연구[MPSS- 자연-2015-81]입니다.

    Figure

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    Selection step of 29 hazardous volcanoes that may cause a widespread volcanic ash disaster to the Korean peninsula.

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    Criteria of Rank A, B, C for Japan volcanoes (Hayashi and Uhira, 2008b). The numbers to solid triangles indicate the volcano numbers which are shown in the List of Active Volcanoes in Japan (JMA, 2005). Rank A volcanoes with particularly high 100-year activity indices and/or particularly high 10,000-year activity indices. Rank B volcanoes with high 100-year activity indices and/or high 10,000-year activity indices. Rank C volcanoes with small activity indices.

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    Total alkali-silica classification of volcanic rock(Le Bas et. al., 1986).

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    Schematic illustration of conduit processes (Gonnermann and Manga, 2012). (a) In effusive eruption of silicic magma (high viscosity, low ascent rate) gas may be loss by permeable flow through porous and/or fractured magma. (b) During (sub) plinian eruptions bubble walls rupture catastrophically at the fragmentation surface and the released gas expands rapidly as the flow change from a viscous melt with suspended bubbles to gas with suspended pyroclasts. (c) Extensive loss of buoyantly rising bubbles occurs during effusive eruptions of low-volatile content, low-viscosity magma. (d) Coalescence and accumulation of buoyant bubbles, followed by their rupture at the surface produces strombolian explosions in slowly ascending low-viscosity magmas. (e) Bubbles remain coupled to the melt in low-viscosity, hawaiian eruptions, which are characterized by relatively high ascent rates, hydrodynamic fragmentation, and sustained lava fountaining.

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    Distribution of the Late Pleistocene tephra fall around the East Sea and Japan (Machida, 2002). Red and blue arrows show the maximum distance of the fallout ash deposition from the Aso caldera volcano and Aira caldera volcano, respectively.

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    Location of selected 29 hazardous volcanoes (red color) that may cause a widespread volcanic ash disaster to the Korean peninsula. (1. Baekdusan, 2. Ulleungdo, 3. Yufu-Tsurumi, 4. Kujusan, 5. Asosan, 6. Kirishimayama, 7. Aira (Sakurajima), 8. Kikai (Satsuma IO-jima), 9. Kuchinoerabujima, 10. Suwanosejima, 11. Yakedake, 12. Niigata-Yakeyama, 13. Kusatsu- Shiranesan, 14. Asamayama, 15. Harunasan, 16. Fujisan, 17. Izu-Tobu, 18. Oshima-Oshima, 19. Bandaisan, 20. Kozushima, 21. Izu-Oshima, 22. Niijima, 23, Zaozan, 24. Miyakejima, 25. Akita-Komagatake, 26. Towada, 27. Hokkaido-Komagatake, 28. Toya (Usu-zan), 29. Shikotsu Eniwadake (Trumaisan).

    Table

    Relation between eruption column (plume) height, eruption style and VEI

    VEI: The Volcanic Explosivity Index (Newhall and Self, 1982)

    List of hazardous 29 volcanoes that may cause a widespread volcanic ash disaster to the Korean peninsula

    Main Rock Type: B; Basalt, BA; Basaltic andesite, A; Andesite, D; Dacite, R; Rhyolite, Pb; Picrobasalt, TB; Trachybasalt, BTA; Basaltic trachyandesite, TA; Trachyandesite, T; Trachyte, Bs; Basanite, Ph; Phonolite, Tp; Tephrite

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