3'30" 읽기
- 현재의 이론: 용융된 암석 물질이 주변보다 적어도 100~150도 더 뜨거운 경우에만 가능
- 맨틀 기둥의 마그마는 하부에서 표면으로 올라갈 만큼 충분히 뜨겁지 않아 이론과 모순
- 온도 차가 있는 3 종류의 핫스팟 식별

맨틀 기둥 마그마에 "차가운" 핫스팟이 있는 이유
일부 맨틀 기둥의 마그마는 실제로 지구의 맨틀에서 상승할 만큼 충분히 뜨겁지 않다.

모델에 대한 모순:
일부 화산 핫스팟은 지구 과학자들이 발견한 것보다 훨씬 더 차갑다.
이러한 맨틀 기둥의 마그마는 실제로 하부 맨틀에서 표면으로 올라갈 만큼 충분히 뜨겁지 않아 현재 이론과 모순된다. 연구팀이 전문 잡지 "Science"에 보고한 바와 같이 이러한 불일치가 어떻게 설명될 수 있고 핫스팟이 여전히 존재하는 이유는 수수께끼다. 

▲ 현재 이론에 따르면, 여기 하와이와 같은 핫스팟 화산은 맨틀 기둥, 특히 뜨거운 마그마 해류에 의해 공급된다. © ErtaAle / iStock

하와이, 아이슬란드, 갈라파고스 제도 또는 아이펠:
이 화산 지역들은 판 경계가 아니라 맨틀 기둥에서 열과 마그마를 얻는다. 이러한 핫스팟에서 마그마는 맨틀 하부의 깊이에서 표면으로 상승한다. 현재의 이론에 따르면 이것은 용융된 암석 물질이 주변보다 적어도 100~150도 더 뜨거운 경우에만 가능하다. 그래야만 부력이 충분하다.

모든 핫스팟이 충분히 뜨겁지 않다.

로스앤젤레스 캘리포니아 대학의 시유안 바오(Xiyuan Bao)와 그의 동료들은 최근 이것이 정말로 사실인지 확인했다. 연구를 위해 그들은 거의 50개의 핫스팟 화산 아래의 열을 중앙 해양판 경계의 "정상(normal)" 화산 아래의 열과 비교하기 위해 "온도 센서"로서 지진파를 사용했다.

▲ 일반적으로 핫스팟 화산은 판 경계에서 떨어져 있다. © USGS/ Eric Gaba

결과:
모든 열점(Hotspot) 화산의 평균값을 보면 실제로는 중앙 해령보다 더 뜨겁다. 온도는 평균 1,527도, 해령은 1.377도다. 그러나 자세히 살펴보면 그림이 바뀐다. 연구원들이 보고한 대로 일부 핫스팟은 실제보다 훨씬 더 차갑다. 이러한 핫스팟과 환경 사이의 온도 차는 맨틀 기둥 상승에 관해 가정된 한계 미만이다.

3개의 핫스팟 그룹

데이터에 따르면 핫스팟에는 세 그룹이 있음이 밝혀졌다.
맨틀 기둥의 45%가 뜨겁다. 온도는 중앙 해령보다 155도 이상 높다. 여기에는 아이슬란드, 갈라파고스, 하와이, 코모로 및 사모아가 포함된다.

두 번째 그룹은 50도에서 138도 사이의 온도 차이가 있는 "따뜻한" 핫스팟으로 구성된다. 그들은 핫스팟의 40%를 구성하며 카나리아 제도, 아조레스 제도, 케르겔렌 고원 등을 포함한다.

반면에 핫스팟의 15%는 "차가운" 상태다.
마그마는 주변 지역보다 36도 미만 따뜻하다. "전반적으로, 우리 데이터는 맨틀 기둥에 의해 공급되는 모든 핫스팟의 거의 1/3이 기둥 역학에 대한 최소값 미만임을 보여준다"고 Bao와 그의 팀이 말했다. 이 화산의 마그마는 주변보다 100도 미만으로 더 뜨겁기 때문에 하부 맨틀에서 표면으로 상승할 수 없어야 한다.

▲ 팀은 지진 단층 촬영을 사용해 드거운 곳, 따듯한 곳, 차가운 곳의 세 그룹을 식별했다. © Boontigan Kuhasubpasin, Xiyuan Bao, Carolina Lithgow-Bertelloni

설명이 더 필요하다. 

안전한 측면에서 연구원들은 "재생된" 지각 물질의 혼합물이 역할을 할 수 있는지도 확인했다. 그러나 테스트는 그러한 혼합물이 마그마의 용승을 훨씬 더 감소시키는 것으로 나타났다.
Bao와 그의 동료들은 “에클로자이트(eclogite; 1만 기압 이상의 초 고기압과 600~700℃ 정도의 고온의 광역 열동력 변성작용으로 생성된 암석으로 석류석) 암석의 추가는 저온 핫스팟을 설명할 수 없다.

또 다른 이론적 설명은 맨틀 기둥이 너무 좁아 지진 측정에서 적절하게 해결되지 않는다는 것이다. 그러나 작은 핫스팟은 핵-맨틀 경계에서 지표면으로 가는 도중에 필요한 양력을 유지하기 위해 훨씬 더 뜨거워져야 한다. 시원한 핫스팟이 상부 맨틀의 해류에 의해 포착되고 냉각된다는 것도 생각할 수 있지만, 이에 대해 문제가 되는 화산 지역은 몇 ​​개뿐이다.

모순되는 이론

"설명이 무엇이든, 이러한 핫스팟은 고전적인 기둥 모델에 맞지 않다"고 과학자들은 말했다. 화산 핫스팟의 상당 부분이 현재 이론과 모순된다. 더 많은 연구가 이제 이러한 "불가능한" 맨틀 기둥의 비밀이 무엇이며 너무 낮은 온도에도 불구하고 존재하는 이유를 보여주어야 한다. (Science, 2022; doi: 10.1126 / science.abj8944)
출처: AAAS(American Association for the Advancement of Science)

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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