수중 화산을 사냥하는 형사들
2022년 1월, 거대한 해저 화산 폭발이 태평양의 통가를 뒤흔들었습니다. 과학자들은 다음 폭발이 어디에서 언제 터질지 어떻게 알아낼까요? 1883년 여름, 자바 섬과 수마트라 섬 사이에 위치한 순다 해협의 칼데라가 점점 격렬해지면서 거대한 화산재와 증기 기둥을 하늘로 내뿜었습니다. 그런 다음 8월 26일 수중 화산에서 약 25km3(6입방 마일)의 파편이 분출되어 부석 재와 끓는 용암이 인근 정착촌을 가로질러 흐릅니다. 이 폭발로 수만 명이 사망했습니다. Krakatoa는 역사상 가장 치명적인 수중 분화 중 하나로 남아 있습니다.
거의 1세기 반 후인 2022년 1월 15일에 또 다른 수중 거인이 통가 해안에서 잠에서 깨어났습니다. 그만큼 Hunga Tonga-Hunga Ha'apai 분화 와 그에 따른 쓰나미는 달랐습니다. 화산학자들은 언더이터 산의 폭력적인 방출을 실시간으로 기록할 수 있었고 그들이 발견한 것은 그들의 기대를 혼란스럽게 했습니다.
남태평양 국가는 해저 통신 케이블 이 절단 된 후 나머지 세계와 거의 단절되었습니다. 후 나머지 세계와 거의 단절 되었지만 위성은 화산의 재구름에서 방출되는 수백 개의 번개 방전을 포착했습니다. 원격 센서는 며칠 동안 전 세계에 울려 퍼지는 강력한 충격파를 기록했습니다. 화산재 기둥이 전에 볼 수 없었던 높이로 솟아올라 행성 대기권 바깥쪽에 머물렀습니다.
헝가 통가 화산 폭발은 통가에 살고 있는 거의 100,000명의 사람들에게 인도주의적 재앙으로 남아 있으며 전 세계에 미스터리와 경계가 펼쳐지는 이야기입니다. 그것은 과학자들로 하여금 바다 밑에 숨어 있는 많은 해저 화산이 제기하는 위험에 대한 그들의 생각을 재고하도록 촉발했습니다. 이제 육지와 바다를 모두 보호하기 위해 이러한 수중 해산을 찾기 위한 사냥이 계속되고 있습니다. 점점 더 정교한 탐지 방법을 통해 화산학자들은 조기 경보 시스템을 개선하고, 환경에 미치는 영향을 파악하고, 분화로 인한 위험을 완화하고, 생태계 복구를 지원하기를 희망합니다. 다음 수중 화산이 숨어있는 곳을 찾으려고하는 사람들은 누구입니까? 그리고 그들은 다음을 어디에서 보나요?
심해의 화산은 지상의 화산보다 찾기가 훨씬 더 어렵습니다. 실제로 우리는 해저에 대해 아는 것보다 달의 표면에 대해 더 많이 알고 있습니다. 그러나 Hunga Tonga의 분화는 과학계에 활력을 불어넣었고 이 미지의 영역에 대한 추가 탐사의 필요성을 강조했습니다. 2022년 4월, 뉴질랜드 국립 수질 및 대기 연구 연구소(Niwa)는 통가의 극적인 분화가 있었던 곳으로 항해 를 시작했습니다. 그들의 선박인 RV Tangaroa는 수천 평방 킬로미터의 해저를 조사하고 현재 육지에서 다시 연구 중인 비디오 이미지와 물리적 샘플을 수집했습니다.
이 지역이 지진 활동이 매우 활발하다는 점을 감안할 때 Niwa는 Hunga Tonga의 극적인 영향을 조사할 수 있는 독특한 위치에 있습니다. Niwa 의 해양 수석 과학자인 Mike Williams는 “항해 전에 통가 본토에서 출항한 작은 보트에 대한 일화적인 정보만 있었습니다 . 수중 화산은 종종 자체 무게로 떨어집니다. 바닷물이 마그마와 섞이면 폭발적인 붕괴로 이어져 쓰나미가 발생할 수 있습니다(그리고 육지에 유독한 증기가 생성됨). "고리가 있는 케이크 통을 상상해 보세요. 한 면이 통 밖에서 폭발했습니다."라고 Williams는 설명합니다.
Tangaroa에 탑승한 연구원들은 몇 가지 즉각적인 목표를 세웠습니다. 바로 현장 지도를 작성하고, 분화의 화학적 성질과 지질학을 이해하는 데 도움이 되도록 화산 퇴적물을 검색하고, 주변 해저에 대한 칼데라의 영향을 조사하는 것이었습니다. "우리는 새벽에 화산에 도착했고, 두 개의 들쭉날쭉한 봉우리 위로 불과 운명, 폭력이 스며드는 해가 떠오르는 것을 보았습니다."라고 Niwa의 항해 지도자이자 베테랑 화산학자인 Kevin Mackay는 말합니다.
배가 Hunga Tonga의 외부 칼데라에 도착하면 원격으로 작동되는 DTIS(Deep Towed Instrument System)가 해산 측면으로 이동했습니다. 그곳에서 무인선은 날개 달린 어뢰처럼 해저를 향해 활공해 팀이 영상을 녹화하고 샘플을 채취할 수 있도록 했다. "조금 무서웠습니다."라고 Mackay는 말합니다. "우리 강철 보트 아래에서 작은 폭발의 지속적인 위험은 우리가 언제든지 눈 깜짝할 사이에 가라앉을 수 있음을 의미했습니다."
일반적으로 수 마일의 해수 아래에 숨겨져 있기 때문에 몇 가지 잠수함 폭발이 문서화되었습니다.
팀은 이 새로운 장비를 시험적으로 배치하여 다른 화산 기둥의 냄새를 맡을 수 있었고 Hunga Tonga 구조의 변화를 문서화할 수 있었으며 이는 오히려 극적인 것으로 판명되었습니다.
“분출 전 칼데라는 약 120m(396피트) 높이였습니다. 이제 깊이는 1km입니다.”라고 Mackay는 말합니다. "또한 우리는 모든 각도에서 방사되는 최소 60km(37마일) 떨어진 해저를 따라 흐르는 화쇄류(난류, 조밀, 격렬한 개울)를 발견했습니다."
Niwa의 항해는 1962년부터 수중 연구를 도왔던 일본에 기반을 둔 비영리 Nippon Foundation이 자금을 지원한 Tonga Eruption Seabed Mapping Project 의 일부였습니다. 이 프로그램은 또한 General Bathymetric Chart of the Oceans(Gebco ), 2030년까지 세계 해저 지도 를 작성하는 것을 목표로 하는 조직 입니다. Niwa는 해저 화산을 적극적으로 모니터링하지 않지만, 조직은 해산을 조사하기 위한 적극적인 연구 프로그램을 가지고 있으며 그 중 상당수가 사화산입니다.
일반적으로 수 마일의 해수 아래에 숨겨져 있기 때문에 몇 가지 잠수함 폭발이 문서화되었습니다. 그러나 과학자들이 관찰한 것들은 미래의 재난에 대한 단서를 줄 수 있습니다. 예를 들어 2018년에는 프랑스 마요트 섬의 수중 폭발 로 인해 거대한 새 해산이 생겨 이 지역의 높은 지진 수준이 드러났습니다. Mayotte는 현재 지속적으로 모니터링되고 있으며 , 지진뿐만 아니라 마그마 흐름, 수온 및 산성도와 같은 화산 위험을 감시하는 통합 플랫폼인 Revosima 의 과학자 그룹에 의해 정기적으로 업데이트됩니다.
레보시마와 같은 노력은 진행 중인 분화에 특히 중요하지만 엄청나게 비쌉니다. 선박 크루즈 시간 및 운영 비용은 하루 최대 €50,000(43,500파운드)입니다. 화산 지역(로컬 데이터 수집이 가능함) 근처에 케이블을 고정하는 데 수백만 달러가 소요될 수 있습니다. 인프라는 자금을 조달하고 구축하는 데 수년이 걸립니다.
그러나 이 연구는 활화산이 우리에게 가하는 위험을 확인할 수 있을 뿐만 아니라 환경에 미치는 영향을 더 잘 이해할 수 있도록 하기 위해 매우 중요합니다.
사람들은 위험 때문에 화산에 관심을 갖는다 - 하비에르 에스카르틴
이러한 자연 현상이 발생하는 방식은 생태계가 어떻게 회복되는지 알 수 있습니다. 화산 폭발은 채광, 해양 트롤 어업, 어업 및 기타 추출 작업과 같은 인간의 방해와 유사한 파괴 패턴을 따르는 경향이 있기 때문입니다. 예를 들어, 해저 화산의 영향의 대부분은 해저의 휘저음이나 퇴적물에 의한 뒤덮일 수 있습니다.
“사람들은 화산이 위험하기 때문에 화산에 관심이 있습니다.”라고 파리의 Ecole Normale Supérieure에 있는 Laboratoire de Géologie 의 수심 측량 연구원인 Javier Escartin은 말합니다. “일반적으로 깊은 화산은 큰 위험을 초래하지 않습니다. 해수면 근처나 해수면 위로 떠오르는 것이 더 위험합니다.” 약 1,500개의 잠재적인 활화산이 지구 곳곳에 있지만(그 중 약 500개는 기록된 시간에 분화했습니다), 그것들은 해저에 있는 화산의 연속 벨트를 설명하지 못합니다. 그 중 수백 개는 셀 수 없습니다. 이들 중 다수는 환태평양을 따라 태평양을 도는 이른바 불의 고리(Ring of Fire)에 위치했을 가능성이 큽니다. 가장 위험한 곳은 인간이 거주하는 화산섬입니다.
Escartin은 "지중해나 하와이에서 통가의 폭발적인 규모를 상상해보십시오."라고 말합니다. “죽음과 파괴, 경제와 교통 시스템의 피해… 하지만 물론 화산이 어디에 있는지 모른다면 화산을 연구할 수 없습니다.”
화산 학자들은 특히 수심 측정 데이터가 상대적으로 희박할 때 아직 발견되지 않은 해저 화산을 어떻게 검색합니까? 수중 음향 모니터링이 하나의 해답입니다. 화산이 수중에서 분출하면 음향 에너지가 생성됩니다. 1,200C(2,192F)만큼 뜨거운 용암이 거의 얼어붙은 바닷물과 상호 작용하면 증발하여 날카로운 균열과 천둥 같은 붐에서 느린 굉음에 이르기까지 소리의 폭발을 일으킵니다. 지진 에너지는 수중 진동을 듣는 사람들을 위한 일종의 골디락스 구역인 해저-물 경계에서 수중 음향 에너지로 변환됩니다.
약 1,000m(3,300피트) 깊이에서 압력, 온도 및 염분이 결합하여 물을 통한 소리의 이동을 느리게 하여 전달을 촉진합니다. 이 영역은 Sound Fixing and Ranging으로 알려져 있습니다. (Sofar) 채널로 알려져 있습니다(고래는 수중에서 서로 통신하기 위해 이 동일한 음향 채널을 사용합니다). 수중 마이크 또는 수중 마이크는 Sofar 채널을 따라 지진 에너지를 변환하여 생성된 음파의 음향 신호를 감지할 수 있습니다. 이 음향 데이터는 용암 흐름의 위치에 대한 단서를 제공하며, 임박하거나 진행 중인 분출에 대한 잠재적 경고입니다.
하늘로 날아가는 이 산탄총은 독특했다 - Kevin Mackay
연구원들은 화산섬의 붕괴를 지질학적 역사의 일부로 이해하고 일부는 측면이 붕괴되어 바다로 붕괴되어 산사태, 지진 및 대규모 쓰나미가 발생할 것으로 예상합니다. Escartin은 "기록된 역사에서 그러한 주요 사건은 한 번도 없었지만 그 결과는 재앙적일 수 있습니다."라고 말합니다. 그 동안 지질학자와 화산학자들은 "범죄 현장"을 이용할 수 있는 수중 탐정 작업을 계속합니다.
Axial Seamount 고려미국 북서부 태평양 연안의 활화산인1998년, 2011년, 2015년에 기록된 분화로 세계에서 가장 많이 조사된 수중 화산이기도 합니다. 바닥 압력 기록계는 Axial이 천천히 팽창하고 있음을 보여주고 원격으로 작동되는 차량이 새로운 용암 흐름을 발견하여 멀지 않은 미래에 또 다른 분화가 발생할 수 있음을 시사합니다.
미국은 화산 위험 평가, 모니터링 및 화산 비상 대응의 모든 측면에서 지질학자, 화산학자 및 기타 전문가를 포함하는 화산 재해 지원 프로그램을 유지합니다. 많은 정부에는 유사한 팀이 있습니다. 아마추어 화산 사냥꾼이 되려는 사람들은 영화에서 묘사된 분출에 대한 FAQ를 포함하여 USG의 편리한 화산 가이드를 참조할 수 있습니다(과학자들은 실생활에서 버블링 용암을 가로질러 실제로 운전할 수 없음이 밝혀짐). 그러나 수중 화산 생성 쓰나미에 대한 지침은 아직 작성 중입니다.
Mackay는 "Hunga Tonga가 유형을 벗어나 분출했습니다. 이것이 우리를 혼란스럽게 합니다. 이 화산은 교과서에 나와 있는 대로 행동하지 않았습니다."라고 말합니다. 통가의 분출은 슈퍼 화산보다 더 폭발적이었지만 화산이 폭발하지 않고 그대로 남아 있었기 때문에 화산학자들은 어떤 메커니즘이 그러한 폭력을 일으켰는지에 대한 이론을 재평가했습니다. 더욱 당혹스러운 것은 Hunga Tonga의 에너지가 해저를 가로질러 바깥쪽으로가 아니라 완전한 수직 패턴으로 분산되었다는 사실이었습니다. "하늘을 향한 이 산탄총은 독특했습니다."라고 Mackay는 말합니다.
Hunga Tonga의 거대한 폭발은 파도를 생성했을 뿐만 아니라 음파와 대기파를 생성하여 외부로 방사되는 진동을 발생시켰습니다. 이 파도는 대기 중으로 100km(60마일) 이상 도달했으며 제트 여객기보다 약 2배 빠른 속도로 바깥쪽으로 이동했습니다. 훨씬 더 특이한 점은 "파도가 전통적인 붕괴 패턴을 따르지 않았습니다"라고 Williams는 말합니다. "그들은 더 많은 에너지를 보유하고 남극의 로스 빙붕까지 잘 기록된 파도를 만드는 것 같았습니다."
연구원들은 상상할 수 있는 어떤 척도로도 세기의 가장 파괴적인 분출 중 하나를 만든 일련의 사건을 통합하기 위해 여전히 노력하고 있습니다. Hunga Tonga의 폭발은 1천만 톤의 TNT에 해당하는 에너지를 방출한 것으로 추정되며, 이는 화산재와 성난 바닷물이 발작적으로 섬을 질식시켰습니다.
폭발은 지역 기반 시설을 파괴하고 물 공급을 오염시키고 도로를 차단할 뿐만 아니라; 그것은 전 세계에 파급 효과를 미쳤습니다. 지구에는 무수히 많은 다른 해저 화산이 점재하고 있으며, 그 중 하나는 예고 없이 분노를 촉발할 수 있습니다. Hunga Tonga를 공부함으로써 우리는 이러한 다른 수중 시한 폭탄과 관련하여 취해야 할 보호 조치에 대해 더 많이 배울 수 있습니다.