화쇄류 (Pyroclastic Flow (Pyroclastic Density Current))

지구과학

한 줄 정의: 화산 분출 시 고온의 화산 기체와 화산재, 부석, 암괴가 섞인 고밀도 혼합물이 중력에 의해 화산 사면을 따라 빠르게 흘러내리는 현상으로, 수백 °C의 온도와 시속 수백 km의 속도를 가져 가장 치명적인 화산 재해로 꼽힌다.

쉽게 풀면

화산이 폭발할 때 하늘로 솟은 분연주가 무거워져 무너지거나, 용암돔이 붕괴하면, 뜨거운 가스와 화산재·돌덩이가 뒤섞인 덩어리가 산비탈을 타고 눈사태처럼 쏟아져 내립니다. 이것이 화쇄류입니다. 온도가 수백 도이고 속도가 시속 100~700km에 이르러 사람이 피할 수 없으며, 서기 79년 폼페이를 덮친 것도, 1902년 몽펠레 화산에서 2만 8천 명을 앗아간 것도 화쇄류였습니다.

왜 중요한가

화쇄류는 화산 재해 중 사망자를 가장 많이 낸 현상으로 화산 위험도 평가와 대피 계획의 최우선 고려 대상이며, 그 퇴적물(이그님브라이트)은 과거 거대 분화의 규모와 양식을 복원하는 핵심 기록입니다. 화쇄류의 유동 역학은 화산학, 퇴적학, 다상 유체역학이 결합된 주요 연구 주제입니다.

논문에서는 이렇게 쓰입니다

"분연주 붕괴로 발생한 화쇄류는 화구에서 12km까지 도달하였으며 퇴적물 두께는 계곡부에서 최대 30m에 이른다."

하늘로 솟은 화산재 기둥이 무너져 생긴 화쇄류가 12km를 흘렀고 골짜기에 30m 두께로 쌓였다는 뜻이다.

"이그님브라이트 내 용결 조직과 피아메는 퇴적 당시 온도가 유리 전이점 이상이었음을 지시한다."

화쇄류 퇴적물 속 부석이 납작하게 눌러 붙은 무늬는 쌓일 때 너무 뜨거워 유리처럼 녹아 붙었다는 의미이다.

조금 더 깊게 보면

화쇄류는 입자 농도에 따라 고농도의 화쇄류(pyroclastic flow, 계곡을 따라 흐름)와 저농도 희석류인 화쇄 서지(pyroclastic surge, 지형을 넘어 퍼짐)로 나뉘며, 둘을 포괄해 화쇄밀도류(PDC)라 부릅니다. 발생 기작은 분연주 붕괴, 용암돔 붕괴(메라피형), 측방 폭발, 분화구 넘침 등이 있고, 유동은 입자 간 충돌과 기체 유동화에 의해 지지되어 마찰이 매우 작아 장거리를 이동합니다. 퇴적물은 분급이 불량한 괴상 응회각력암·이그님브라이트로 남으며, 이그님브라이트의 부피는 초거대 분화의 규모(VEI 7~8) 산정에 쓰입니다. 수치 모델(TITAN2D 등)로 도달 범위를 예측합니다.

주의할 점

화쇄류는 용암류와 전혀 다르며(용암류는 느린 액체 흐름, 화쇄류는 고속 기체-입자 흐름), 용어상 '열운'(nuée ardente)은 역사적 표현이다. 또 화쇄류 퇴적물과 라하르(화산 이류) 퇴적물은 야외에서 혼동되기 쉬우므로 온도 지시자(탄화목, 열잔류자화)로 구별해야 한다.