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- 통가 화산이 2022년 1월에 폭발, 폭발 화산재와 연기 기둥이 중간권 경계 뚫어
- 정지궤도 지구관측위성 3대가 10-15분 간격으로 촬영
- 충격파는 전리층에서도 기록적인 폭풍우를 촉발, 일시적으로 지구를 가로지르는 하전 입자의 흐름 방향을 역전시켰다.
- 분화구름은 꼭대기에 직경 약 90km의 거대한 상향 곡선 돔을 형성

지금까지 관측된 가장 높은 분화 구름
통가 화산 폭발로 인한 화산재와 연기 기둥이 중간권 경계를 뚫었다.

최상급의 화산:
통가 화산이 2022년 1월에 폭발했을 때, 폭발 구름은 새로운 높이 기록에 도달했으며 화산 연구원들에게 전에는 볼 수 없었던 광경을 선사했다. 57km 길이의 연기 기둥 끝이 성층권의 상한선을 뚫고 위쪽 중간권에 도달했다. 중간권으로의 이러한 돌파는 이전에 다른 화산 폭발에서 관찰되지 않았다. 따라서 이것의 결과는 알려져 있지 않다. 

▲ 2022년 1월 Hunga Tonga-Hunga Ha'apai 화산 폭발로 인한 연기가 중간권으로 확장됐다. © Simon Proud / Uni Oxford, RALSpace NCEO / 일본 기상청

2022년 1월 15일 해저 화산 Hunga Tonga-Hunga Ha'apai의 분화는 여러 면에서 이례적인 사건이었다. 지난 30년 동안 가장 강력한 분화가 쓰나미에서 지진, 지구를 7번 돌았던 대기파에 이르기까지 전 세계적으로 눈에 띄는 영향을 미쳤기 때문이다. 충격파는 전리층에서도 기록적인 폭풍우를 촉발시켰고 일시적으로 지구를 가로지르는 하전 입자의 흐름 방향을 역전시켰다.

분화 구름에서의 시차 측정

옥스포드 대학의 사이몬 프라우드(Simon Proud)가 이끄는 연구원들은 이제 통가 화산 폭발의 또 다른 최상급을 발견했다. 그들의 연구의 초점은 해저 분화의 분화 구름이었다. 다른 대규모 화산 폭발과 달리 상대적으로 유황 가스가 적게 방출되었지만 엄청난 양의 수증기가 먼지와 화산재와 섞였다. Proud와 그의 팀은 이제 이 분출 기둥이 얼마나 높이 도달했는지 처음으로 확인했다.

이는 운 좋게도 해저 화산이 정지궤도 지구관측위성 3대의 시야에 들어왔기 때문에 가능했다. 관측 위성들은 10분에서 15분마다 다른 각도에서 진화하는 분화 구름의 여러 이미지를 제공했다. 원근법의 약간의 이동으로 인해 구름의 상단이 지표면과 관련해 약간 이동된 것처럼 보인다. 이 시차 이동으로 과학자들은 분출 기둥의 높이를 결정할 수 있었다.

▲ 통가 화산 폭발로 인한 화산재와 먼지 기둥은 국제 우주 정거장에서 분명히 볼 수 있었다. © NASA /  Kayla Barron

최대 57km 높이의 거대한 대성당

결과:
수중 폭발이 시작된 지 불과 25분 만에 화산의 분화 기둥이 40km 높이에 도달해 이전 높이 기록 보유자였던 1991년 피나투보의 폭발 구름과 같은 높이에 도달했다. 몇 분 후 화산 폭발 구름 Hunga Tonga-Hunga Ha'apai의 높이는 이미 57km였다. 프라우드(Proud)는 "이런 높이 도달하는 분화 콜로니를 전에 본 적이 없기 때문에 이것은 비일상적이다"고 말했다.

위성 관측이 보여주듯이, 분화구름은 꼭대기에 직경 약 90km의 거대한 상향 곡선 돔을 형성했다. 연구원들은 "해발 41km에 있는 이 돔 주변에는 도넛 모양의 구조물이 있었고, 두 번째 층은 약 17.5km 고도에서 대류권계면 바로 위의 2차 층을 형성했다"고 보고했다. 10분 후 구름 돔이 무너지고 높이가 58km에 달하는 더 얇은 연기와 재 기둥이 그 자리를 차지했다.
중간권 경계를 돌파

이 사건의 특별한 점은 분화 구름의 끝 부분이 성층권의 상한선을 뚫고 위의 중간권까지 튀어나왔다는 것이다. "처음으로 우리의 관측은 화산 폭발이 중간권으로 물질을 가져올 수 있다는 직접적인 증거를 제공한다"고 Proud와 그의 팀은 보고했다. 이 분출이 왜 그토록 높이 도달했으며 이것이 중간권에 어떤 영향을 미치는지 아직 알려지지 않았다. 

그러나 통가 화산과 같은 높은 분출 구름은 더 많은 양의 재와 수증기를 고도 약 50km에서 시작하는 중간권으로 운반할 수 있다는 것이 분명해 보인다. 이것은 일반적으로 건조한 이 층에서 특히 높은 에어로졸 커튼과 구름의 형성을 조장할 수 있다. 얼음 결정으로 구성된 중간권 구름은 때때로 야광운으로 보인다. 

▲ 얼음 결정으로 구성된 중간권 구름은 때때로 야광운으로 보인다 핀란드 상공 야광운 © Martin Koitmäe / CC-by-sa 3.0 .

연구원들은 통가 분출의 추가 데이터를 통해 분출 기둥의 구성과 대기 상층으로 물질의 이동에 대해 더 많이 배우기를 희망한다. 이것은 상대적으로 낮은 황 가스 배출에도 불구하고 분화가 지역 또는 지구 기후에 영향을 미쳤는지 여부를 명확히 할 수 있다.
 

(Science, 2022;doi:10.1126/science.abo4076) 출처: Science, University of Oxford

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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