화성 Tharsis Montes 화산체의 형성과정에 관한 연구

Abstract

본 연구에서는 화성을 대표하는 화산지역인 Tharsis Montes의 형성과정을 추정하기 위하여 지형적인 특징을 토대로 형성가설을 검토하고 이를 기존의 연대분석과 종합하고자 하였다. 우선 지형적 특징을 파악하기 위하여 화산체의 형태, 칼데라 형태, 지표 거칠기, 용암류의 유동적 특성에 대한 분석을 실시하였다. 다음으로 형태적 차이를 유발할 수 있었던 가설들을 비교 검토하였다. 마지막으로 도출한 가설을 기존 연대분석 결과와 종합하여 Tharsis Montes의 형성과정을 추정하였다. 연구결과를 요약하면 다음과 같다. 첫째, Tharsis Montes의 형태적 특성 분석 결과, 화산체의 높이, 경사도, 부피는 Ascraeus Mons에서 가장 크고 사면 거칠기도 가장 거친 것으로 나타났다. 칼데라의 경우에는 Arsia Mons이 유일하게 단일 칼데라를 형성하고 있는데, 너비는 가장 큰 반면 깊이는 가장 얕은 것으로 확인되었다. 용암류의 점성은 Arsia Mons에서 가장 점성이 크며 Pavonis Mons의 점성이 가장 낮은 것으로 파악되었다. 둘째, 형태적 특성에 대한 가설을 검토한 결과, 화산체의 형태와 지표 거칠기에는 점성과 지속적인 화산활동이 가장 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다. 따라서 점성이 크고 화산활동이 지속적으로 일어날수록 경사가 가파르고 거친 사면을 형성한다. 칼데라의 형태는 마그마방의 형태와 깊이를 반영하는데, 칼데라의 너비가 크고 얕을수록 마그마방의 크기가 크고 지표와 가깝다는 것을 의미한다. 또한 칼데라의 형태를 통해 폭발강도와 같은 분출양상과 재피복 활동에 대해서도 유추할 수 있다. 즉, 규모가 큰 폭발이 일어날수록 너비가 넓은 칼데라를 형성하며 재피복 활동이 활발할수록 얕고 평평한 칼데라 바닥을 형성한다. 용암류의 유동적 특성을 통해서는 분출물질의 점성과 종류에 대해서 파악할 수 있다. 마지막으로, 위에서 도출한 가설을 두 가지 상반된 연대분석 결과와 비교 검토하여 Tharsis Montes 형성과정 시나리오를 제시하였다. 우선 Tharsis Montes가 남에서 북으로 발달했다는 1970~80년대 연대분석 결과와 종합하여 살펴본 결과이다. 형성과정 초기에 Arsia Mons에서 폭발규모가 크고 지속적인 화산활동이 일어났으며 이후 북쪽으로 갈수록 화산활동이 감소하였다. 그러다가 Ascraeus Mons에서 분출물질의 점성이 높아지면서 경사가 가파르고 규모가 큰 화산체를 형성하였다. 두 번째로 2000년대의 연대분석 결과와 종합한 결과, 화산활동은 Ascraeus Mons에서 가장 먼저 시작되었으며 Pavonis Mons과 Ascraeus Mons의 순서로 발생했다. 이후 Ascraeus Mons과 Pavonis Mons에서는 상대적으로 조용한 일출식 분화가 일어난 반면, Arsia Mons에서는 폭발을 동반하기도 하였다. 특히 Arsia Mons에서 활발한 화산활동이 발생해 칼데라의 깊이를 메우고 바닥이 평평한 단일 칼데라를 형성하였다. Ascraeus Mons과 Pavonis Mons에서도 화산활동이 존재했으나 칼데라의 깊이를 메우기에는 충분하지 않았다. 전반적인 화산활동은 남쪽으로 갈수록 활발해졌으며, 이와 동시에 분출물질의 점성도 다시 높아져 Pavonis Mons보다 큰 Arsia Mons이 형성되었다. 기존의 연구들은 연대분석을 활용하여 화산을 단순히 시기에 따른 순서로 구분하거나 화산에서 관찰되는 특정 현상이나 형태만을 해석하려 시도했었다. 그러나 본 연구는 Tharsis Montes의 지형적 특징과 연대를 결합하여 Tharsis Montes의 형성과정을 추정하였다는 데 의의가 있다. 그럼에도 불구하고 Tharsis Montes의 화산활동이 북-남, 또는 남-북으로 이동했던 이유와 형성과정에서 있었던 보다 자세한 사건들은 앞으로 활발한 탐사와 연구를 통해 해결해야 할 과제로 남아있다.