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지질명소 소개

2007년도 유네스코가 지정한 세계자연유산인 한라산, 성산일출봉, 만장굴 정보는 세계자연유산 제주 홈페이지에서 보다 자세히 제공하고 있습니다.

해 뜨는 오름으로 불리는 성산일출봉은 전형적인 응회구이며, 높이 180m로 제주도 동쪽 해안에 거대한 고대의 성곽처럼 우뚝 솟아있다.
  • 해 뜨는 오름으로 불리는 성산일출봉은 전형적인 응회구이며, 높이 180m로 제주도 동쪽 해안에 거대한 고대의 성곽처럼 우뚝 솟아있다.

이 응회구는 해수면의 위치가 현재와 거의 동일했던 약 5천년 전 수심이 얕은 해저에서 수성화산 분출작용에 의해 생성되었다 (Sohn and Chough, 1992; Sohn et al., 2002). 성산일출봉은 2000년과 2007년에 각각 천연기념물과 유네스코 세계자연유산으로 지정되었다. 성산일출봉은 수려한 경관을 제공하여 매년 수백만 명의 관광객들을 끌어 들이고 있다. 성산일출봉 응회구는 수심이 얕은 해저에서 분출하여 해수면 위로 성장한 섯치형 화산의 탄생과 성장과정을 잘 보여주고 있다. 성산일출봉은 섯치형 수성화산 분출에 만들어지는 거의 모든 종류의 퇴적구조들을 간직하고 있어(Sohn and Chough, 1992), 성산일출봉의 과거 화산활동과 퇴적작용에 대한 정보를 제공할 뿐만 아니라 전세계의 다른 어느 지역에서 만들어지는 여러 수성화산에 대해서도 분출 및 퇴적작용 해석의 토대를 제공해주고 있다.

한라산 정상부 백록담 주변의 화산암들은 수 천 년 전에 분출한 것으로 알려져 있다. 이 암석들은 최근에 분출하였기 때문에 원래의 화산지형을 잘 보존하고 있다. 한라산의 정상부는 물성이 확연히 다른 두 종류의 용암으로 구성되어 있어 바라보는 방향에 따라 전혀 다른 경치가 나타난다. 백록담 정상부의 서쪽은 점성이 아주 높은 조면암질 용암에 의해 용암돔(lava dome)의 지형이 만들어진 반면, 동쪽은 유동성이 큰 조면현무암질 용암이 흘러 완경사면을 형성하였다. 정상부의 남쪽과 북쪽 사면은 용암돔의 붕괴로 인해 가파른 암벽이 만들어져 있다.


제주도의 동쪽 가장자리에 위치하고 있는 성산일출봉 응회구의 항공사진. 사진의 뒷배경에 한라산이 보이고 있다.
  • 제주도의 동쪽 가장자리에 위치하고 있는 성산일출봉 응회구의 항공사진. 사진의 뒷배경에 한라산이 보이고 있다.
성산일출봉의 분출과 퇴적작용 모식도(after Sohn, 1992)
  • 성산일출봉의 분출과 퇴적작용 모식도(after Sohn, 1992)

제주도의 화산추 또는 오름들은 하와이형 또는 스토롬볼리형 분출에 의해 만들어진 분석구들이 대부분이다. 이들은 분석(scoria)으로 불리는 검은색의 다공질 화산암편으로 구성되어 있다. 반면, 성산일출봉과 제주의 몇몇 오름들은 지하에서 상승하는 뜨거운 마그마가 해수 또는 지하수를 만나 폭발적 반응을 일으켜 만들어진 수성화산들이다(Sohn, 1996). 수성화산은 분화구의 크기, 높이, 그리고 사면의 경사를 기준으로 하여 응회환과 응회구로 구분된다(Vespermann and Schmincke, 2000; Wohletz and Sheridan, 1983). 성산일출봉은 높이 179 m, 분화구 직경 600 m, 분화구 바닥의 고도 90 m, 그리고 최대 45°의 가파른 경사를 지닌 전형적인 응회구이다.

성산일출봉 응회구의 지질 및 지형도. 검정색 사각형은 주요 노두의 위치를 나타낸다.
  • 성산일출봉 응회구의 지질 및 지형도. 검정색 사각형은 주요 노두의 위치를 나타낸다.

성산일출봉은 서쪽 사면을 제외하고 해파의 침식에 의해 급격한 절벽으로 둘러싸여 있다. 이로 인해 성산일출봉은 분화구 내부 퇴적층부터 가장자리의 지층까지 응회구 전체의 뛰어난 지질 단면을 보여준다. 응회구의 분출과 퇴적 도중 만들어진 퇴적동시성 단층과 균열, 분출 도중 일어난 사면붕괴에 의해 발생한 사태와 암설류 기원의 응회암층, 습기를 머금어 끈끈한 화산재가 화산암편의 표면에 들러붙어 만들어진 피복화산력, 습윤한 화쇄난류에 의해 형성된 점착연흔, 다양한 내부 구조를 지닌 층상의 응회암 등 다양한 지질구조를 해안절벽에서 관찰할 수 있다. 이러한 퇴적구조들은 성산일출봉이 분출할 당시에 다량의 물이 화도로 흘러들어 화산 분출물이 축축하고 끈끈한 상태로 분출하였음을 지시한다(Sohn, 1996; Sohn and Chough, 1992).

이러한 퇴적 구조들은 과거 성산일출봉 응회구의 화산활동뿐만 아니라, 세계 각지에 분포한 수성화산의 분출과 퇴적과정 해석에도 도움을 주고 있어 지질학적으로 큰 가치를 지닌다. 전 세계적으로 성산일출봉과 유사한 수성화산들이 많이 있다. 하지만 성산일출봉은 응회구의 지형을 잘 보여주고 있을 뿐만 아니라 해안절벽 노두를 따라 다양한 내부구조들을 관찰할 수 있는 최고의 응회구이다.

성산일출봉 응회구 화구륜 근처의 응회암층에 만들어진 퇴적동시성 단층들과 균열들
  • 성산일출봉 응회구 화구륜 근처의 응회암층에 만들어진 퇴적동시성 단층들과 균열들
역사층리 형태의 내부구조를 지닌 렌즈 모형의 사태 퇴적층
  • 역사층리 형태의 내부구조를 지닌 렌즈 모형의 사태 퇴적층
조립질의 화산암편에 세립의 습윤한 화산재가 들러붙어 만들어진 피복화산력
  • 조립질의 화산암편에 세립의 습윤한 화산재가 들러붙어 만들어진 피복화산력
습윤한 화쇄난류에 의해 형성된 점착연흔
  • 습윤한 화쇄난류에 의해 형성된 점착연흔

성산일출봉은 높이 179 m, 화구륜의 폭이 약 600 m, 화구바닥의 높이가 해발 90 m로 전형적인 응회구(tuff cone)의 지형을 지니고 있다. 성산일출봉 응회암층의 주향은 현 등고선과 대략 평행하게 배열되어 있으며 평균 20~30°, 최대 45°의 경사를 보인다. 성산일출봉의 응회암층은 대체로 기공의 함량이 높은 현무암질 화산력(lapilli)과 잘고 각지게 깨어진 유리질 화산회(ash)로 구성되어 있다. 화산암괴(block)도 곳곳에 산재해 있다. 화산암괴의 약 60%와 화산력의 약 3%는 기반암에서 뜯겨 올라온 결정질 현무암편으로 이루어져 있다. 제주도 화산암 하부에 나타나는 대륙붕 퇴적층인 U층과 그 밑의 중생대 기반암에서 유래한 이질암편들은 발견되지 않는다. 이를 바탕으로 Sohn (1996)은 일출봉의 폭발이 비교적 얕은 심도, 즉 두께가 약 120 m인 용암층 내부에서 일어난 것으로 해석하였다.

Sohn and Chough (1992)는 성산일출봉 응회구에 대한 퇴적상 분석을 통해 응회암층을 총 네 개의 상조합으로 구분하였다(아래 그림 1). 상조합 I은 경사가 20~45°에 이르는 가파른 화구륜층(steep rim beds)으로 정의되었는데, 이 응회암층들은 층리가 희미하거나 뚜렷하게 발달해 있으며 종종 역점이층리를 보여준다. 이들은 수지(樹枝)상으로 분출한 화산쇄설물이 낙하하여 사면 위에서 쌓인 층들로 해석된다. 상조합 II는 사면의 경사가 약 20~5° 이하로 감소하는 사면하부(base-of-slope) 퇴적층으로, 이들은 괴상(massive) 또는 혼돈상(chaotic)의 내부구조를 지닌 렌즈상의 층들로 이루어져 있다. 이들은 일출봉의 분출 도중 일어난 사면붕괴 등의 작용에 의해 발생한 쇄설류(debris flow)와 사태(slide/slump)의 작용으로 쌓인 층들이다. 상조합 III은 층리가 잘 발달해 있고, 지층의 경사가 크지 않으며 응회구의 가장자리를 따라 나타나는 응회암층으로 이루어져 있다. 이들은 비교적 멀리까지 이동하여 화산쇄설물을 퇴적시키는 화쇄난류(pyroclastic surge) 작용에 의해 쌓인 것으로 해석된다. 상조합 IV는 성산일출봉의 분출이 끝난 후 응회구가 침식되며 형성된 층들로 이루어져 있다.

이상의 퇴적상조합들은 성산일출봉의 성장이 수직방향과 측방으로 함께 일어났음을 보여주고 있다. 응회구의 수직 성장은 습한 화산쇄설물이 수지상으로 분출하여 급한 경사면에 쌓임으로써 일어났다. 이러한 작용은 결국 가파른 응회구 사면을 만들었고, 그로 인해 사면붕괴가 종종 일어나게 되었다. 사면붕괴에 의해 화산쇄설물이 사면 아래로 이동하여 쌓였는데, 이는 응회구의 측방성장을 돕는 역할을 하였다. 분출이 끝난 후에는 응회구의 침식이 일어나 응회구 주변 지역에 비교적 넓은 재동응회암층이 쌓이게 되었다. 이상의 연구는 성산 일출봉의 형성과정을 상세히 제시하였음은 물론 전세계 여러 지역에 나타나는 응회환 및 응회구, 그리고 수성화산활동과 관련한 여러 화산암 해석에 도움을 주게 되었다.

위 연구 이후 성산일출봉을 주 대상으로 다룬 연구로는 고정선 외(2007)가 있다. 이 논문은 성산일출봉 일대 현무암류에 대한 암석기재와 암석화학 분석을 통해, 성산 지역의 현무암이 알칼리계열 현무암과 비알칼리계열 현무암으로 분류되며, 비알칼리 계열 현무암은 쏠리아이트암으로 분류됨을 밝혔다. 또한 이 지역의 암석이 동질기원 마그마 물질의 부분용융의 차이에 의해 생성된 것으로 해석이 되었다.

성산일출봉의 형성시기

성산일출봉은 학술적 중요성에도 불구하고 그 형성시기가 최근까지도 알려지지 않았다. 과거 성산일출봉 및 이와 유사한 수성화산들, 그리고 수성화산 기원의 응회암층들이 “성산층”으로 불리던 시기가 있었으며, 이 때 성산일출봉을 비롯한 “성산층”은 전기 및 중기 플라이스토세에 쌓인 지층으로 간주됐었다(원종관, 1976; Lee, 1982). 하지만 “성산층”에 대한 이러한 시대 해석은 완전한 오류임이 최근 연구를 통해 드러나고 있으며(Sohn et al., 2000), 더구나 수성화산체에 퇴적층에나 붙일만한 지층명을 붙이는 것도 적절치 않아 지금은 학계에서 “성산층”이란 층명을 더 이상 쓰지 않고 있다. 그럼에도 불구하고 아직까지 성산일출봉의 형성시기에 대해 기존의 “성산층”에 근거하여 수십만 년 운운하는 경우가 있는데 시급히 바로잡을 일이다.

결론부터 말하자면, 성산일출봉을 구성하는 물질로부터 얻어진 지질연대는 없다. 여러 학자들이 성산일출봉의 분출시기를 알아내기 위해 성산일출봉 내에 포함된 화산암편에 대해 절대연대를 측정하거나 고지자기 측정 등의 간접적인 방법으로 성산일출봉의 연대를 알아내고자 하였으나 모두 실패하였다. 다양한 연대측정 시도가 결국 실패한 원인은 성산일출봉의 나이가 매우 젊으며, 젊은 암석의 연대측정에 적합한 물질(탄소연대 측정에 이용될 수 있는 물질 또는 OSL연대측정에 이용될 수 있는 석영이라는 광물)이 성산일출봉에 포함되어 있지 않기 때문이다. 2006년 정창식 외(2006)는 성산일출봉의 응회암 시료에 대해 238U-230Th 측정법을 시도하였으며, 이 때 일출봉의 정확한 연대를 얻는 데는 실패하였으나 우라늄 계열의 방사성원소들이 비평형상태에 있음을 밝힘으로써 성산일출봉의 연대가 “매우 젊다”는 결론을 얻어낼 수 있었다.

현재 성산일출봉의 분출시기를 약 5,000년 전으로 추정하고 있는데, 이는 성산일출봉 주변에 쌓인 신양리층의 연대로부터 추정한 것이다. 신양리층은 성산일출봉의 분출 이후, 성산일출봉의 화산물질이 파도와 해류에 의해 재동 되어 성산일출봉을 제주도 본섬과 연결시키며 육계사주(tombolo)를 형성시킨 지층이다(Sohn et al. 2002). 바닷가에서 쌓인 신양리층은 조개화석을 많이 포함하며, 이에 대해 많은 14C 연대측정이 이루어졌다(Cheong et al. 2006; Kim et al. 1999). 이 연대측정 결과 신양리층에 포함된 조개화석은 모두 5,000년 이후의 것들임이 밝혀졌다. 이는 성산일출봉이 약 5,000년 전에 분출하였고, 이때부터 성산일출봉에서 유래한 화산쇄설물에 의해 조개들이 매몰되기 시작하였음을 의미한다. 만약 성산일출봉이 더