지난 1만년 동안 최대 규모 분화를 일으켰던 일본 해저화산이 다시 활동기에 접어들 조짐을 보인다. 과거 대규모 분화 지점 바로 아래에서 마그마가 재축적되는 정황이 포착됐다는 연구 결과도 나왔다.
최근 일본 고베대학교 연구진이 국제 학술지 '커뮤니케이션스 지구와 환경'(Communications Earth ＆ Environment)에 게재한 논문에 따르면 가고시마현 류큐 열도 이오섬 인근에 있는 키카이 칼데라 지하에 마그마가 서서히 다시 차오르고 있다.
키카이 칼데라는 7300년 전쯤 단 한 번의 폭발로 약 160㎦에 달하는 화산 물질을 분출한 곳이다. 1980년 미국 세인트 헬런스 화산 폭발 당시 방출량이 1㎦ 미만, 1991년 필리핀 피나투보 화산도 약 10㎦ 수준이었다는 것을 고려하면 어마어마한 규모다.
당시 칼데라 폭발로 거대한 분화구가 해저에 형성됐다. 이후 마그마가 칼데라 바닥을 뚫고 올라오면서 세계 최대 규모(32㎦) 용암 돔을 만들었다.
이번 연구는 이 용암 돔에 마그마를 공급하는 장소를 지도화하는 것이 목표였다. 연구를 이끈 지구물리학자 노부카즈 세아마는 "칼데라 폭발이 어떻게 발생하는지 이해하려면 어떻게 그렇게 많은 양의 마그마가 축적되는지부터 알아야 한다"고 했다.
연구진은 일본 해양지구과학기술청(JAMSTEC)과 함께 칼데라를 가로지르는 175㎞ 구간에 수중 센서 39개를 설치했다. 이어 선박에 탑재된 에어건으로 해저에 음파를 발사했다.
용암은 고체에 비해 지진파 속도를 늦추기 때문에 파동 속도가 느려지는 지점에는 마그마가 있다는 의미다. 연구진은 1만2000건 넘는 파동 기록을 분석해 해저면 아래 내부 구조를 입체적으로 그려냈다.
분석 결과 과거 초대형 분화 때 작동했던 마그마 저장소가 수천 년이 지난 지금도 여전히 활성 상태를 유지하고 있는 것으로 파악됐다.
용암 돔에 있는 마그마 물질도 과거 분출된 물질과 달랐다. 세아마는 "용암 돔 아래 마그마 저장소에 있는 마그마는 새로 충전된 마그마일 가능성이 높다는 것"이라고 설명했다.
또 평균 1000년마다 8.2㎦ 이상의 마그마가 새로 충전된 것으로 추정됐다. 마그마 저장소 부피가 220㎦에 이를 수 있다는 분석도 나왔다. 향후 분화를 유발할 수 있는 잠재적 에너지가 상당한 수준으로 축적되고 있다는 뜻이다.
연구진은 "칼데라 바로 아래 얕은 지점에 있는 마그마 저장소에 용융물이 재주입되는 과정은 거대한 칼데라 분화로 이어지는 단계일 수 있다"고 전망했다. 이런 마그마 재충전 양상은 미국 옐로스톤이나 인도네시아 토바호에서 확인된 대규모 얕은 마그마 시스템과 유사한 패턴을 보인다.
다만 실제 대규모 분화가 일어나려면 마그마가 얼마나 더 쌓여야 하는지는 현재 기술로 정확히 예측하기 어렵다. 연구진은 지진파 속도 변화와 같은 지구물리학적 신호를 지속해서 관측하는 것이 향후 분화 가능성을 판단하는 지표가 될 수 있다고 강조했다.