호놀룰루 화산지대

호놀룰루 화산지대는 태평양의 하와이 제도 가운데 오아후섬 남동부, 특히 진주만에서 모카푸반도에 이르는 지역에 분포하는 화산군으로, 호놀룰루 도심을 중심으로 형성된 화산지형 집합체이다. 이 화산지대는 오아후 섬의 주요 화산인 코올라우 산맥의 활동이 멈춘 뒤 진행된 재활성 단계에 속하며, 하와이 제도 전체에서 나타나는 화산활동 주기의 마지막 국면에 해당한다.

이 지대의 화산들은 폭발적인 분출 양상을 중심으로 형성되었으며, 그 결과로 화산쇄설구, 용암류, 응회구, 해양 화산섬 등이 다수 생겨났다. 이 가운데 대표적인 지형으로는 다이아몬드 헤드와 펀치볼 분화구가 있으며, 이들은 호놀룰루 도시 경관을 이루는 주요한 지형이자 관광 명소로도 널리 알려져 있다.

화산활동은 1백만 년보다 이른 시점 이후에 시작되었으며, 현재까지 확인된 분화구는 대략 40개에서 30개 사이로, 그중 일부는 해저에 위치해 있다. 이 지역의 화산활동은 해수면 변화와 밀접한 관련을 가지며, 특정 화산체의 형성 시기는 고해수면의 변동과 비교하여 추정되었다. 화산지대에서는 주로 현무암질 마그마가 분출되었고, 이 마그마는 이질암 편석을 다량 포함하고 있는 특징을 보인다. 분출 당시 마그마가 지하수나 해수와 접촉하는 경우가 많았으며, 이로 인해 증기 폭발이 발생하고 응회구 같은 독특한 화산지형이 형성되었다.

이 화산지대에서의 마지막 분화는 약 35,000년 전 또는 76,000년 전으로 추정되며, 아직 마그마 활동이 완전히 종료되지 않았기에 향후에도 분화가 일어날 가능성이 존재한다. 따라서 이 지역은 잠재적인 화산재해 지대로 분류되며, 지질학적 감시와 연구가 계속되고 있다.

이 화산지대는 이름에서도 드러나듯 하와이주의 주도인 호놀룰루와 밀접한 관계를 가진다. 다이아몬드 헤드, 코코 헤드, 펀치볼 분화구, 마나나 섬, 하나우마만, 탄탈루스 산, 모카푸반도 등 이 지역을 대표하는 여러 지형이 호놀룰루 화산지대의 화산활동의 산물이다. 이들 가운데 일부는 국립공원과 지역공원으로 지정되어 있으며, 하나우마만은 수중생태계 관찰과 스노클링 장소로도 유명하다. 모카푸반도는 현재 미 해병대 하와이 기지가 위치해 있는 전략적 거점이기도 하다.

호놀룰루 화산지대는 다양한 형태의 화산체로 구성되어 있다. 주요 구조물로는 수직으로 솟아오른 암맥, 현무암질 용암류, 스패터콘, 화산쇄설층, 응회구, 그리고 주변 지형이 침식된 후에 남은 평정지형인 메사 지형 등이 포함된다. 이들 중 대부분은 고대 코올라우 화산체를 따라 형성되었고, 이로 인해 오아후섬 동쪽 경사면에 깊은 계곡과 단애가 형성되었다.

이 화산지대에는 대략 30개에서 40개의 분출공이 존재하는 것으로 확인되며, 이 가운데 다수는 해저에 위치하고 있다. 오아후 섬에 형성된 대부분의 화산쇄설구는 높이가 76m를 넘고, 너비는 약 800m에 달할 정도로 대형이다. 어떤 화산 분출물은 코올라우 산맥에 의해 먼저 형성된 깊은 계곡을 메우는 용암류로 작용했으며, 이로 인해 계곡을 따라 흐르던 하천의 경로가 바뀌기도 했다. 예를 들어, 카마나이키 계곡에서는 용암류 위를 흐르는 물줄기가 작은 폭포를 형성하고 있다.

호놀룰루와 그 주변 지역은 이 화산지대의 용암과 화산쇄설물, 산지에서 유입된 퇴적물, 해안에서 형성된 산호초 등이 함께 쌓여 이루어진 해안 평야 위에 건설되었다. 이 지형은 현재 도시 발달의 기반이 되며, 군사기지와 민간 거주지역 모두가 이 퇴적지대를 기반으로 형성되어 있다.

호놀룰루 화산지대의 분출공 배열은 북서에서 남동으로 이어지는 특정한 선형 구조를 따른다. 이러한 배열은 코올라우 산맥의 열곡대 방향과 직각을 이루는 동북 방향 선형을 형성하며, 대표적으로 하이쿠 열곡대, 탄탈루스 열곡대, 카이무키 및 카아우 열곡대, 코코 및 코코 헤드 열곡대 등이 이에 포함된다. 이 열곡대들은 각각 분출 시기나 마그마 조성에서 차이를 보이며, 통일된 활동 시기를 갖지는 않는다.

이들 선형 구조가 고대 코올라우 산맥의 내부 구조와 직접적인 관련이 있는지는 아직 분명하지 않으며, 오히려 태평양판의 지각 구조에 따라 통제되었을 가능성도 제기된다. 특히 코코 열곡대와 탄탈루스 열곡대의 방향은 하와이 제도 전체를 따라 형성된 해양판의 굴곡 구조인 하와이 굴곡호의 방향성과 일치한다는 점에서 주목된다.

이 지역에는 명확한 단층 구조가 확인되지는 않았으나, 다이아몬드 헤드 부근에는 과거 지진 활동과 관련되어 제기된 이론적 단층, 이른바 다이아몬드 헤드 단층이 존재할 수 있다는 가설이 있다. 1948년, 1951년, 1961년부터 1981년 사이에 발생한 지진 일부는 이 구조와 연관되었을 가능성이 제기되었으나, 이 단층의 존재는 아직 입증되지 않았고, 다른 열곡대와는 정렬 방향이 다르다.

해저에서도 활발한 분화 흔적이 다수 확인된다. 오아후 섬 북동부 해역에는 높이 300m에 달하는 독립 원추형 화산체가 존재하며, 이는 주로 베개용암과 화산성 쇄설 퇴적물로 이루어져 있다. 코코 열곡대의 남서쪽 연장선상에는 해저 능선을 따라 다섯 개 이상의 원추형 해저 화산체가 분포한다. 또한 다이아몬드 헤드 남쪽 해역에도 별도의 해저 분출공 집단이 존재한다.

과거에는 오아후섬 북동쪽 해역의 투스칼루사 해산 등을 호놀룰루 화산지대의 일부로 간주한 바 있으나, 현재는 이들이 오히려 누우아누 해저사면 붕괴로 인해 생긴 잔해 조각이라는 해석이 일반적으로 받아들여진다. 이처럼 호놀룰루 화산지대는 육상과 해저를 아우르며 다양한 형태의 화산활동 흔적을 간직하고 있으며, 하와이 제도 전체에서도 지질학적 관심이 높은 지역으로 평가된다.

오아후섬은 두 개의 순상 화산, 즉 와이아나에 산맥과 코올라우 산맥으로 이루어져 있으며, 이들 중 코올라우 산맥은 약 2백만 년 전까지 활발한 화산 활동을 보였다. 이후 오랜 비활동기를 거쳐, 전혀 다른 마그마계에서 유래한 화산 분화가 다시 일어나게 되었는데, 이를 통해 형성된 것이 호놀룰루 화산지대이다. 이 지대는 단순한 잔류 활동이 아닌, 지각 구조와 열점 운동이 다시 상호작용한 결과로 해석되며, 하와이 제도에서 일반적으로 확인되는 '세 번째 화산 단계', 즉 재활성기 화산 활동으로 분류된다.

호놀룰루 화산지대에서의 화산 분화는 중심 분화가 아닌, 여러 개의 소규모 화구에서 이루어졌다. 다이아몬드 헤드, 코코 헤드, 펀치볼 분화구, 솔트레이크 분화구 등이 대표적인 예로, 이들은 각기 다른 시점에서 분화되었으며, 대부분 단일 분화 이벤트로 형성된 것으로 추정된다. 이들은 알칼리 현무암질 화산암을 주로 포함하며, 두꺼운 용암류와 함께 응회암층도 함께 확인된다. 각 화산체는 기존의 현무암질 기반암 위나 석회암 퇴적층 위에 직접 형성된 경우도 많아, 기저 지층의 다양성이 특징이다. 예를 들어 코코 헤드는 석회암 기반 위에서 형성된 화산체로, 그 내부에서는 화산 쇄설물이 석회암층과 접촉하는 복합 구조가 관찰된다.

지질학적으로는 코올라우 산맥과 호놀룰루 화산지대 사이에 명확한 부정합이 존재하며, 이로 인해 두 화산계는 시간적, 구조적, 그리고 마그마 조성 측면에서도 뚜렷한 차이를 보인다. 호놀룰루 화산지대는 코올라우 보다 분화량이 적지만, 용암류가 더 두껍게 퇴적된 사례가 흔하다. 이러한 화산체는 중력 이상이나 자기 이상과 같은 지구물리학적 탐사에서도 비교적 뚜렷한 반응을 보이지 않으며, 다만 솔트레이크 분화구에서만 중력 이상이 감지된 바 있다.

호놀룰루 화산지대의 형성 원인에 대해서는 다양한 가설이 제기되어 왔다. 가장 유력한 설명은 지각 하부의 하와이 융기호 구조가 이동하면서 오아후 섬 하부를 통과하였고, 이로 인해 지각에 새로운 응력이 작용하여 마그마가 다시 상승하게 되었다는 것이다. 이러한 융기 운동은 카우아이 섬의 콜로아 화산지대와도 유사한 방식으로 연결되며, 향후 마우이 섬과 몰로카이 섬에서도 유사한 재활성기 화산 활동이 발생할 가능성을 시사한다.

또한 마지막 빙하기 초기에 해수면이 급격히 하강하면서, 해양 하중이 줄어들고 이로 인해 지각 내 마그마가 상승하기 쉬운 조건이 형성되었다는 점도 주목된다. 해수면 하강은 화산 분화의 시기를 결정짓는 외부 요인으로 작용했을 가능성이 있으며, 이는 재활성기 활동이 해양환경의 변화와도 밀접하게 연관되어 있음을 보여준다.

이와 같은 재활성기 화산 활동은 오아후 섬 서쪽의 와이아나에 산맥에서도 관찰되지만, 그 시기는 호놀룰루 화산지대보다 이르며, 규모 또한 상대적으로 작다. 와이아나에 산맥의 재활성 화산체들은 현재 대부분 침식이 많이 진행되어 형체를 알아보기 어렵다.

호놀룰루 화산지대는 단순한 잔류 화산 활동의 결과물이 아닌, 하와이 제도에서의 화산 진화 과정을 입체적으로 보여주는 사례이다. 고지각적 힘과 맨틀의 열점 운동, 해수면 변화, 그리고 지질 구조 간의 복잡한 상호작용을 통해 형성된 이 지대는, 하와이 제도 화산사의 마지막 단계를 대표하며 지질학적 의미가 크다. 또한 이 지역의 화산체는 현지 주민의 생활공간과 밀접하게 연결되어 있어, 자연지형뿐 아니라 도시지형 연구의 대상으로서도 주목받고 있다.

호놀룰루 화성암은 하와이 제도 오아후 섬에서 후기 활동에 속하는 화산 작용의 산물로, 다양한 알칼리성 조성을 가진 암석들이 포함된다. 이들은 대체로 네펠린을 포함한 알칼리 현무암 계열로 분류되며, 바사나이트와 네펠리나이트를 비롯해 드물게 멜릴라이트나 웹스터라이트처럼 희귀한 암석도 나타난다. 이렇게 다양한 암석 조성은 모암이 녹아 생성된 마그마가 위치에 따라 서로 다른 비율로 혼합되고 분화된 결과로 해석된다.

화성암에서 흔히 확인되는 광물로는 감람석, 휘석, 라브라도라이트, 사장석이 있으며, 드물게 스피넬 광물도 동반된다. 이러한 주성분 광물 외에도 화산 활동 중 섭입된 깊은 지하 기원의 포획암들이 풍부하게 포함되어 있다. 감람암, 석류석이 포함된 암석, 정장석휘록암, 정휘석, 휘록암, 백운암, 각섬석, 흑운모 등 다양한 유형의 포획암이 보고되며, 이들은 대부분 코올라우 화산 활동 이후 지하에 남은 맨틀 기원 물질과 관련된다. 포획암의 분포는 각 분화구나 분출구의 위치와 관련이 있으며, 가장 흔한 유형은 감람암과 석류석을 포함한 암석들이다.

이러한 화성암에는 산호초 조각과 변성암도 포함되어 있어, 마그마가 지각을 상승하는 동안 섬 주변의 고대 산호층이나 기반암을 관통했음을 시사한다. 다이아몬드 헤드에서 발견되는 방해석 결정은 이런 외부 기원의 탄산염에서 유래했을 가능성이 있으며, 동위원소 조성 분석 결과를 통해 지하수 내 탄산염이 가장 중요한 기원으로 지목되고 있다.

암석의 외형은 위치와 조건에 따라 크게 달라진다. 펀치볼 분화구에서 노출된 암석은 갈색에서 노란색을 띠고 있으며, 송이암은 일반적으로 붉거나 검은색을 띠지만 열수 작용을 받을 경우 노란색으로 변한다. 이러한 변질 과정에서는 팔라고나이트와 같은 유리질 광물이 생성되며, 제올라이트 광물이 함께 나타나기도 한다. 변질이 심한 지역에서는 원래의 암석 조직과 조성을 식별하기 어려운 경우도 많다. 이때 나타나는 광물에는 아날시멤, 방해석, 차바자이트, 에리오나이트, 나트롤라이트, 자이프사이트, 오팔, 섬유상 석고 등이 포함된다.

호놀룰루 화성암은 코올라우 산맥의 주요 활동기에서 생성된 암석보다 훨씬 깊은 곳에서 기원한 것으로 보이며, 조성상으로도 큰 차이를 보인다. 그러나 몰로카이 동부, 카우아이, 마우이 서부에서 발견되는 후기 화산암과는 유사한 화학적 특성을 공유한다. 일부 연구자들은 마그마의 기원 암석으로 파이록세나이트를 지목하며, 정휘석이 풍부한 암석은 마그마 생성 후 남은 잔여물로 해석한다. 다만 현재까지 발견된 포획암 중에는 마그마의 조성을 온전히 반영하는 예는 드물다. 이와 함께 수분이나 이산화탄소와 같은 휘발성 성분이 마그마 생성 이전 암석을 화학적으로 변화시켰을 가능성도 제기된다.

마그마의 근원에 대해서는 다양한 해석이 존재하며, 해령형 맨틀 물질과 맨틀 플룸 성분이 혼합되었거나, 하와이 해저의 판 내부의 암권에서만 기원했을 가능성도 있다. 최근의 연구는 고갈된 맨틀 성분과 '칼리히'로 불리는 맨틀 플룸 일부가 함께 작용했으며, 주변부 물질도 추가로 유입되었을 것으로 본다. 형성된 마그마는 지각 내부에 수개월에서 수년 동안 머물며 변화된 뒤 지표로 분출된 것으로 추정된다.

호놀룰루 화산지대로 상승한 마그마는 휘발 성분을 다량 함유하고 있어 대부분의 분화가 강한 폭발성을 보였다. 마그마가 지하수 또는 바닷물과 접촉하면 격렬한 증기 폭발이 발생하여, 산호 파편, 석회암, 오래된 화산암 등이 공중으로 튀어올랐다. 분석구는 이와 같은 화산쇄설물의 낙하 퇴적으로 형성되며, 부석과 용암 덩어리, 스패터, 화산재 등이 층을 이루며 쌓인다. 이러한 분화는 대체로 짧은 시간 동안 집중적으로 발생하였고, 다이아몬드 헤드와 같은 화산체는 수 시간 내에 형성된 것으로 해석된다.

호놀룰루 화산군의 핵심적 특징 중 하나는 수르츠양식으로 알려진 수성 분화의 흔적이 매우 잘 보존되어 있다는 점이다. 마나나 섬, 코코 크레이터, 펀치볼 분화구와 같이 해안에 인접한 화구에서는 마그마가 바닷물과 접촉하면서 수증기 중심의 폭발이 일어났으며, 그 강도는 매우 높았다. 이들 지역은 미국 내에서 수르츠양식 분화의 대표 사례로 간주되며, 일부 화산체는 형성 당시 해수면 위로 솟아올라 작은 섬을 이루었다. 지금은 이들 중 일부가 산호 퇴적층 아래에 묻혀 있는 것으로 추정된다.

분화의 후기에는 용암이 지표로 유출되기도 하였으나, 대부분 그 규모는 제한적이었다. 가장 긴 용암류는 약 7km에 이르며, 카이무키 지역에서는 면적 약 4km²에 달하는 순상지가 형성되었다. 이 용암들은 점성이 낮은 조성을 띠었고, 이는 낮은 점성의 마그마가 말기 분화에서 방출되었음을 시사한다.

호놀룰루 화산지대에서 생성된 화산암은 매우 다양한 종류로 구성되어 있다. 집괴암, 각력암, 응회각력암, 분석암, 응회암 등이 주요하며, 화산재는 라필리와 미세한 입자 형태로 확인된다. 일부 분화 이후에는 화산재가 비나 하천에 의해 운반되면서 이류가 발생하기도 하였고, 팔로로 계곡에서는 그러한 이류의 퇴적층이 발견된다. 당시 불어온 무역풍은 화산물질의 확산 경로에 영향을 주었으며, 이로 인해 다이아몬드헤드처럼 화산체의 외형이 비대칭적으로 발달하였다. 예를 들어 다이아몬드헤드는 남동쪽 경계가 가장 높다.

검은색 화산재로 이루어진 '검은 모래'는 호놀룰루 지역 전역에 걸쳐 분포하고 있으며, 이 화산재는 하나우마 만의 해저와 시추 코어, 내륙과 해안의 산호초 퇴적층 위를 덮고 있다. 에와 해변에서도 이 화산재가 확인되며, 솔트레이크 분화구에서 발생한 화산재는 펄하버까지 운반되어 해수 유입을 차단하고 만의 형성에 기여한 것으로 해석된다.

각 화산체의 분화는 다음과 같은 특성을 지닌다.

다이아몬드헤드는 수중에서 분화가 시작되었으며, 초기에는 산호류가 재퇴적된 백색암이 쌓이고 그 위에 응회암층이 형성되었다.

카아우 분화구에서는 격렬한 수성 폭발이 발생하면서 퇴적성 응회암이 만들어졌다. 이 화산체는 모콜레아, 트레이닝스쿨 화구와 함께 약 13km에 걸쳐 선형으로 배열되어 있으며, 하나의 동일한 분화 주기에서 형성되었을 가능성이 있다.

하나우마 만은 해저에서 폭발적으로 분화하며 형성된 응회구로, 분화는 여러 단계로 나뉘었고 각 단계 사이의 휴지기는 수 개월 내외였다. 분화 중에도 해안 침식이 병행되었고, 형성 직후 산호가 분화구 내에 정착하였다. 내부에 형성된 해식대는 기원이 명확하지 않으나, 해수의 침입과 관련된 것으로 추정된다. 이 시기 카하울로아 화구도 함께 분화한 것으로 확인된다.

코코 헤드는 코코 응회암의 분화로 형성되었으며, 이후 하나우마 만과 같은 폭발성 화산체가 추가로 생성되었다. 나중의 분화에서는 코코헤드 동쪽 기슭에 또 다른 화구가 생겨나면서 침식된 계곡을 다시 메웠다.

펀치볼 분화구는 상승한 화산기둥에서 떨어진 물질이 산호 평원 위에 퇴적되며 형성되었다.

슈가로프 화구에서는 강력한 폭발과 함께 화산쇄설물이 분화되었으며, 화산재는 현재 호놀룰루 도심에서 6km 떨어진 지역에서도 두께 1m 이상으로 쌓여 있다. 이곳은 약 123,000년 전의 석회암 지대 위에 용암이 유출되었고, 해당 용암류는 두께 약 15m의 아아 용암으로 구성되었다. 슈가로프 용암은 점성이 낮아 빠르게 흐르는 성질을 보이며, 이는 니이라공고 화산의 용암과 유사한 조성을 가진다. 같은 시기에 탄탈루스 화구에서도 동시에 분화가 일어났으며, 이 두 화산체는 휘발 성분이 풍부한 마그마로 인해 넓은 지역에 화산재를 낙하시켰다.

울루파우 분화구는 과거 하와이에서 가장 큰 담수호를 품고 있었으며, 호수의 면적은 약 0.5km²에서 0.6km²에 이르렀다. 이 호수는 중기 빙하시대에 형성되어 오랜 기간 유지되었으나, 이후 해수면 상승과 파랑 침식으로 인해 분화구 경계가 붕괴되면서 바다로 연결되었다. 호수 퇴적층에서는 다양한 조류의 화석이 다수 발견되었으며, 이 호수는 이스터섬의 라노카우 화산호와 유사한 지형을 보였던 것으로 추정된다.

이 외에도 여러 화산체가 해식 작용과 풍화에 의해 침식되었으며, 다이아몬드헤드와 펀치볼 분화구에서는 경사면을 따라 뚜렷한 침식 골짜기가 형성되었다. 일부 화산체에서는 해수면이 높아졌던 시기에 해식 대지가 만들어졌으며, 하나우마 만은 분화와 동시에 파랑 침식이 일어나며 해수가 내부로 유입된 대표 사례로 여겨진다.