에레부스 열점

혹한의 대지에 타오르는 불꽃, 에레부스 열점

남극 대륙의 혹독한 겨울 속에서도 결코 꺼지지 않는 불꽃이 있다. 얼어붙은 바다와 하얀 대륙이 끝없이 펼쳐진 로스 섬을 지배하는 거대한 화산이 하늘을 향해 불길을 내뿜고 있다. 그리고 그 중심에는 에레부스 열점(Erebus Hotspot)이 자리하고 있다.

에레부스 열점은 지구 내부에서 끓어오르는 엄청난 열과 압력이 지표로 분출되는 현상의 일부로, 단순한 화산 활동 이상의 의미를 지닌다. 이는 남극 대륙을 오랜 세월에 걸쳐 변화시켜 온 지각 운동의 증거이며, 남극 대륙에서 가장 활발한 화산 활동을 보이는 에레부스 산을 형성한 근원이다. 이 열점의 본질을 탐구하는 것은 곧 지구의 내부를 이해하는 것과 다름없다.

에레부스 산을 비롯한 로스 섬 일대의 화산활동은 오랫동안 지구 깊은 곳에서 기원한 뜨거운 물질이 상승하면서 지각을 관통해 분화를 일으킨다는 맨틀 플룸 이론에 의해 설명되어 왔다. 이 이론은 고온의 맨틀 물질이 기둥 형태로 상승하며, 그 끝부분이 지각을 뚫고 올라와 화산을 형성한다고 본다. 하와이 제도와 아이슬란드가 대표적인 사례로, 이들 지역에서는 플룸의 지속적인 작용에 의해 오랜 기간 동안 활발한 화산활동이 이어지고 있다. 에레부스 열점 또한 이와 유사한 메커니즘에 따라 설명될 수 있다는 견해가 존재하며, 이를 뒷받침하는 다양한 지질학적·지구물리학적 증거가 제시되어 왔다.

먼저, 화산암의 조성은 깊은 맨틀의 영향을 시사한다. 에레부스 산과 로스 섬에서 채취된 화산암은 동아프리카 지구대에서 발견되는 것들과 유사한 광물학적 특성을 지니며, 이는 표층 지각이 아닌 심부 맨틀에서 기원한 마그마가 이 지역 화산활동의 근원이었을 가능성을 보여준다. 이러한 암석 조성은 일반적인 판 경계에서의 화산과는 구분되는 특이성을 가진다.

또한 이 지역에서 관측된 열류는 남극 대륙의 평균적인 값보다 훨씬 높다. 일반적으로 남극은 두꺼운 대륙 지각과 두터운 빙상으로 인해 열 흐름이 낮은 지역으로 알려져 있으나, 로스 섬과 에레부스 산 주변에서는 평균을 크게 웃도는 열이 지표로 방출되고 있다. 이는 지구 내부 깊은 곳에서부터 꾸준히 열이 전달되고 있다는 강력한 징후로 해석된다.

지진파 연구 또한 플룸의 존재 가능성을 지지한다. 여러 지구물리학적 탐사에서 깊이 약 400km에서 1,000km에 이르는 지하에서 밀도와 속도가 낮은 구조가 탐지되었는데, 이는 고온의 물질로 이루어진 열기둥일 가능성이 크다. 이러한 구조는 맨틀 플룸의 전형적인 특징 중 하나로 여겨진다. 특히 이 구조는 지진파가 느려지는 형태로 나타나며, 이는 열이 집중되어 있는 영역에서 나타나는 대표적인 현상이다.

마지막으로, 에레부스 산의 분화 역사는 이러한 이론을 보완하는 요소로 작용한다. 이 지역의 화산활동은 최소 400만 년 이상 지속되어 온 것으로 추정되며, 이는 단기간의 판 구조 운동이나 지각 균열만으로 설명하기 어려운 특징이다. 장기간에 걸친 마그마의 안정적 공급은 깊은 맨틀 기원을 더욱 설득력 있게 만든다.

이처럼 에레부스 열점은 맨틀 플룸 이론으로 상당 부분 설명이 가능하며, 암석 조성, 열류, 지진파 탐사, 화산활동 지속성 등의 요소가 이를 뒷받침하고 있다. 그러나 이러한 설명이 모든 현상을 완전히 해석하지는 못하며, 여전히 플룸 이론에 부합하지 않는 몇 가지 지질학적 불일치가 존재한다. 이로 인해 일부 학자들은 대안적인 설명을 제시하며, 에레부스 열점의 기원과 진화에 대해 보다 복합적인 모형이 필요하다고 주장하고 있다.

에레부스 열점은 오랫동안 맨틀 플룸에 의해 형성된 것으로 이해되어 왔으나, 최근에는 이 전통적인 설명에 의문을 제기하는 연구들이 늘고 있다. 그 이유 중 하나는 에레부스 산의 위치가 수백만 년 동안 거의 변하지 않았다는 점이다. 일반적으로 맨틀 플룸 지역에서는 지각이 움직이기 때문에 시간이 지남에 따라 화산의 위치가 연속적으로 바뀌는 경향을 보인다. 하와이 제도의 섬들이 시간의 흐름에 따라 북서쪽으로 늘어선 모습이 대표적인 사례다. 그러나 에레부스 산과 그 주변 열점은 남극 대륙의 한 지점에 고정된 채 매우 오랜 시간 동안 화산활동을 지속해 왔으며, 이는 전형적인 맨틀 플룸의 양상과 일치하지 않는다.

지진파 분석 결과 역시 맨틀 플룸 이론과 완전히 부합하지 않는다. 맨틀 플룸이 존재할 경우, 지진파 탐사에서는 뜨거운 물질이 중심에서 상승하고 주변의 차가운 물질이 하강하는 대류 구조, 즉 대류 셀이 명확하게 감지되어야 한다. 그러나 에레부스 지역에서는 이러한 순환형 구조가 확인되지 않았다. 대신, 비교적 길고 수직으로 늘어진 저속 영역이 나타났는데, 이는 맨틀 플룸보다는 비정상적인 지각 구조나 열의 누적에 더 가까운 형상을 보인다. 이러한 지진파의 특성은 열점의 기원이 깊은 맨틀에서 상승한 열기둥이라기보다는, 상부 맨틀이나 하부 지각의 변형과 균열로 인해 형성된 가능성을 제기하게 한다.

이러한 근거를 바탕으로 일부 지질학자들은 에레부스 열점이 플룸의 결과물이 아니라 지각의 균열과 확장으로 인해 발생한 현상일 수 있다고 주장하고 있다. 이 대안적 이론은 백악기 후기, 즉 약 1억 년 전 남극 대륙의 지각이 확장되는 과정에서 처음의 조건이 형성되었다고 본다. 당시 남극 대륙은 지금보다 훨씬 따뜻한 환경이었으며, 서남극 지역에서 광범위한 지각 확장이 이루어졌다. 이러한 과정은 상부 맨틀에까지 영향을 주며 깊은 균열을 만들어냈고, 일부 지역에서는 부분 용융이 일어나 마그마가 축적되기 시작하였다.

이후 약 4천만 년 전, 남극 대륙의 동서 경계에서 다시금 구조적인 변형이 일어나면서 대규모의 단층과 균열이 형성되었다. 이때 상부 지각에 저장되어 있던 마그마가 상승할 수 있는 통로가 만들어졌고, 에레부스 산을 포함한 현재의 화산활동이 본격적으로 시작되었다는 것이다. 이 가설을 뒷받침하는 증거 역시 존재한다.

첫째, 서남극 열곡대의 확장 경향은 에레부스 열점의 기원과 밀접한 관련을 보인다. 이 지역은 대륙 지각이 오랜 기간에 걸쳐 서서히 늘어나면서 단층과 균열이 축적된 지질 구조를 갖고 있으며, 실제로 다양한 지표와 해저 지형에서 이를 확인할 수 있다. 이 열곡대는 단순한 판 경계가 아닌, 비정상적으로 확장된 지각 구조를 드러내며, 균열을 따라 마그마가 유입되었을 가능성을 높인다.

둘째, 로스 섬과 그 주변 해저의 구조는 맨틀 플룸에 의해 형성된 고립된 화산 구조와는 다른 특징을 보인다. 이 지역의 화산들은 중심에서 원형으로 분출된 흔적보다는 선형으로 배열된 경향이 강하며, 이는 지각이 갈라지는 과정에서 형성된 균열 화산의 양상과 유사하다. 특히, 다수의 작은 화산 구조와 틈을 따라 솟아오른 현무암질 용암은 전형적인 플룸보다는 지각의 인장 작용에 따라 발생한 분화의 흔적으로 해석될 수 있다.

이러한 대안적 설명은 에레부스 열점이 단지 지구 내부 깊은 곳의 기계적인 열기둥에 의해 형성된 것이 아니라, 남극 대륙의 지각 운동과 관련된 복합적인 지질 과정의 결과일 가능성을 제시한다. 따라서 에레부스 열점의 기원에 대한 해석은 여전히 진행 중이며, 다양한 지질학적 정보와 해석이 서로 충돌하고 있는 연구의 최전선에 놓여 있다.

에레부스 열점의 기원이 맨틀 플룸인지, 혹은 지각의 균열 때문인지에 대한 논란은 여전히 해결되지 않았다. 어쩌면 두 가지 이론이 모두 맞을 가능성도 있다. 즉, 맨틀 깊은 곳에서 상승하는 열기둥이 존재하는 동시에, 지각의 균열이 마그마의 이동을 도우며 불꽃을 더욱 증폭시키는 역할을 했을 수도 있다.

그러나 한 가지 분명한 사실은 이 열점이 쉽게 사라지지 않을 것이라는 점이다.

1841년 발견된 이후, 에레부스 산은 단 하루도 완전히 잠든 적이 없었다. 끊임없이 끓어오르는 용암 호수(lava lake)는 남극의 혹독한 기후 속에서도 꺼지지 않고 있으며, 하얀 눈과 얼음으로 덮인 대륙 한가운데서 검은 연기를 내뿜고 있다.

이 불꽃은 단순한 자연 현상이 아니다. 대지의 심장에서 솟아난 원초적인 힘이며, 남극의 얼어붙은 대지 속에서 마지막까지 살아남은 불꽃이다. 앞으로 수천 년, 혹은 수백만 년이 지나더라도, 에레부스 열점은 여전히 지구의 심연에서 솟아나는 불길로 남아 있을 것이다.