Volcano-tectonic Seismicity at Villarrica Volcano: A Decade of Evidence (2014–2023) to Understand Its Internal Dynamics
이 연구는 비야리카 화산의 10년간의 화산-지각 진동을 분석하여, 얕은 마그마 가압과 지연된 폭발 활동을 연결하는 뚜렷한 군발 진동 진화 패턴과 공간적 응력 변화를 밝힘으로써, 화산의 내부 역학을 이해하고 재해 평가를 개선하기 위한 다중 매개변수 프레임워크를 제공한다.
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화산은 종종 단 한 번의 격렬한 포효와 함께 깨어나는 잠자는 거인으로 생각되곤 하지만, 화산이 실제로 어떻게 행동하는지에 대한 실체는 훨씬 더 미묘하고 복잡합니다. 활발한 화산의 지표면 아래에서는 마그마와 뜨거운 유체가 암석 사이를 이동함에 따라 지표가 끊임없이 움직이고, 갈라지고, 재배열됩니다. 이러한 움직임이 일어날 때 지진이 발생합니다. 화산 환경에서 과학자들은 이러한 진동을 크게 두 가지 유형으로 구분합니다. '장주기 이벤트(long-period events)'로 알려진 한 유형은 깊고 리드미컬한 쿵쾅거림처럼 들리며, 대개 화산의 주 통로 내부에서 가스나 마그마가 소용돌이치고 있음을 알리는 신호입니다. 또 다른 유형인 '화산-지각 지진(volcano-tectonic earthquakes)'은 나뭇가지가 부러지는 날카로운 파열음과 같은 소리를 냅니다. 이는 주로 아래로부터의 압력이 마그마 저장소 구조의 벽을 밀어붙일 때, 고체 암석 자체가 응력에 의해 파쇄되면서 발생합니다. 연구자들은 이 날카로운 파열음을 듣고 그것이 발생하는 위치를 지도화함으로써, 화산 내부에서 보이지 않는 힘이 어떻게 형태를 바꾸고 있는지에 대한 그림을 그려낼 수 있습니다. 지표가 어떻게 갈라지는지를 파악하는 것은 화산의 그림자 아래에 사는 공동체들에게 매우 중요한데, 지표의 균열 방식이 때때로, 그러나 항상 그런 것은 아니지만, 분화를 예고하는 신호가 될 수 있기 때문입니다.
연구팀은 10년 동안, 즉 2014년부터 2023년까지 남미에서 가장 활발하고 위험한 화산 중 하나인 칠레의 비야리카 화산을 면밀히 모니터링했습니다. 그들은 화산의 내부 엔진이 어떻게 작동하는지 이해하기 위해 특히 날카로운 암석 파쇄 지진에 집중했습니다. 이들은 2,364건의 이러한 사건들을 분석하여, 지진의 수가 몇 주 또는 몇 달 동안 급증하는 '군발(swarms)'이라고 불리는 아홉 번의 뚜렷한 집중 활동기를 식별해 냈습니다. 그들이 발견한 것은 산 내부의 응력이 어떻게 이동하는지에 대한 매우 일관된 이야기였습니다. 대부분의 군발 현상에서 활동은 화산 칼데라 중심부 아래 깊은 곳, 즉 암석이 가장 큰 압력을 받는 곳에서 시작되었습니다. 군발이 진행됨에 따라 지진은 중심부에서 바깥쪽으로, 즉 칼데라 중심에서 가장자리와 주변 경관을 향해 이동했습니다. 이러한 외곽 방향의 이동은 일단 칼데라 내부의 암석이 깨지기 시작하면, 응력이 해소되어 기존에 존재하던 지면의 균열을 따라 전파되며 지진 활동을 화산의 주변부로 확산시킨다는 것을 시사합니다.
하지만 연구진은 이 패턴이 강력한 경향성일 뿐, 엄격한 규칙은 아니라는 점을 주의 깊게 언급했습니다. 대부분의 군발이 중심에서 바깥쪽으로 향하는 경로를 따랐지만, 아홉 그룹 중 두 그룹은 다르게 행동했습니다. 한 군발은 외부에서 새로운 지진이 나타나는 동안에도 중심부에 머물렀고, 다른 하나는 칼데라 외부에서만 발생하며 중앙 구역을 전혀 건드리지 않았습니다. 이러한 변이는 화산이 응력을 해소하는 선호하는 방식이 있기는 하지만, 단 하나의 변하지 않는 대본대로 작동하는 기계는 아니라는 것을 과학자들에게 알려줍니다. 사건의 위치와 타이밍은 그 순간 움직이는 유체와 암석의 구체적인 조건에 따라 달라집니다. 또한 연구팀은 각 군발 내 지진의 크기를 조사했습니다. 그들은 군발 내에서 가장 크고 에너지가 넘치는 지진은 사건의 시작 단계가 아니라 중간 단계에서 발생한다는 것을 발견했습니다. 이 더 큰 규모의 지진은 전환점 역할을 합니다. 이 지진 이전에는 칼데라 내부에서 활동이 쌓여가고, 이후에는 지진 활동이 칼데라 외부로 퍼져나가며 서서히 사라지기 시작합니다.
연구팀은 또한 이러한 지하의 균열이 눈에 보이는 분화로 이어지는지도 조사했습니다. 그들은 일부 사례에서 지연된 연결성을 발견했습니다. 아홉 번의 군발 중 네 번의 경우, 가장 큰 지진이 발생한 약 1~2개월 후에 화산은 빈번한 폭발이나 위성으로 탐지되는 높은 온도와 같은 표면 활동의 증가 징후를 보였습니다. 이러한 지연은 산 내부의 암석이 깨지는 것이 열과 가스가 위로 이동할 수 있는 새로운 경로를 만들지만, 이러한 유체가 표면에 도달하는 데는 시간이 걸린다는 것을 시사합니다. 그러나 이 연결 고리가 보장되는 것은 아닙니다. 나머지 다섯 번의 군발에서는 지면이 흔들리고 응력이 재분배되었음에도 불구하고, 활동적인 군발에서 나타났던 것과 같은 폭발이나 열의 증가가 나타나지 않았습니다. 이 발견은 재해 평가에 있어 매우 중요한데, 이는 지진 군발이 화산이 활성화되고 응력을 받고 있다는 신호이긴 하지만, 그것이 반드시 분화로 이어진다는 것을 의미하지는 않음을 뜻합니다. 화산의 내부 재편은 표면에 도달하지 못한 채 일어날 수도 있습니다.
연구진은 지진의 위치와 암석이 깨지는 측정값을 결합하여 화산 내부의 다양한 구역을 지도화했습니다. 칼데라 바로 아래 지역은 높은 응력과 집중된 암석 파쇄의 징후를 보였으며, 칼데라 바로 바깥 지역은 뜨거운 유체의 영향으로 보이는 다른 종류의 파쇄 특성을 나타냈습니다. 더 멀리 떨어진 곳에서는 지진이 지역의 주요 단층선과 일치하며, 화산의 내부 압력이 지구의 광범위한 구조적 힘과 어떻게 상호작용하는지를 보여주었습니다. 연구는 비야리카 화산이 얕은 곳의 마그마와 유체가 암석에 압력을 가하여, 보통 중심에서 바깥쪽으로 이동하는 예측 가능한 순서로 암석을 파쇄하는 역동적인 시스템이라는 결론을 내립니다. 그러나 이러한 깊은 균열과 표면 분화 사이의 연결은 확실한 것이 아니라 조건부적이기 때문에, 화산을 모니터링하려면 단일한 경고 신호에 의존하기보다는 지진의 위치, 암석이 깨지는 유형, 그리고 표면 신호를 모두 포함한 전체적인 그림을 관찰해야 합니다. 이러한 상세한 이해는 과학자들이 화산의 행동을 더 잘 해석하게 하여, 화산이 초래하는 위험에 대해 더욱 명확하고 미묘한 관점을 제공하는 데 도움을 줍니다.
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