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제주도 지질공원

제주 화산섬의 형성과정

-용암과 오름: 화산활동이 점차 육상에서 일어나면서 육상의 여러 곳에 오름이 형성되고, 용암이 겹겹이 쌓임 약55~20만 년 전 -서귀포층: 화산활동 초기 바닷속에서의 화산활동에 의해 화산재가 쌓여 형성된 층 약 180만 년 전 -미고결퇴적층(U층): 화산활동이 일어나기 전 대륙붕 환경에서 점토나 모래가 쌓여 형성된 퇴적-기반암: 제주도 화산활동 이전 기반을 이루는 암석

제주도의 화산활동은 신생대 제4기(약 180만 년 전부터 현재까지의 기간)에 시작되었다. 이 시기는 인류의 원시 조상이 출현한 시기이며 빙하기와 간빙기가 수만 년 주기로 교차하며 고생대 이후 가장 한랭한 기후가 시작된 시기이기도 하다. 당시의 빙하기&mipot;간빙기 교차에 의해 해수면(海水面)이 130여m씩 상승과 하강을 반복하였다. 따라서 제주도 형성 이전의 남해 지역은 빙하기 때는 드넓은 평야지대가 되었다가 간빙기가 되면 수심 100여 m의 대륙붕이 되기를 반복하였다.

제주도의 화산활동은 수성화산활동(水性火山活動)과 함께 시작되었다. 그 이유는 물이 풍부한 대륙붕 위에서 화산활동이 시작되었기 때문이다. 뜨거운 마그마가 차가운 물과 만나면 마그마는 급격히 냉각되고 부스러지면, 물은 급격히 기회하고 팽창하여 폭발이 일어나게 된다. 이러한 화산분출 양식을 수성화산활동이라고 하는데, 제주도의 수성화산활동은 1백만 년이 넘도록 지속되었다. 그 결과 제주도의 용암대지 밑에는 무수한 수성화산(응회환과 응회구)이 여러 겹으로 겹쳐 쌓이게 되었고 엄청난 양의 화산재가 육지와 바다에 쌓여 “서귀포층”이라는 지층을 만들게 되었다. 이때 만들어진 수성화산의 일부는 용암대지 위로 돌출해 있으며, 단산, 군산, 용머리, 당산봉 등이 그 예이다.

수성화산활동에 의해 서귀포층이 쌓여감에 따라 제주도 지역의 고도가 전반적으로 높아지고, 결국은 빙하기의 평균적인 해수면(현 해수면 下 50~60m 고도) 위로 제주도가 성장하여 간빙기 때도 물에 잠기지 않을 만큼 높은 지형(섬)이 만들어졌다. 그러자 수성화산분출은 점차 줄어들고 중기 플라이스토세(약 40~80만 년 전 사이)부터는 용암 분출이 우세하게 일어났다. 이렇게 분출한 용암은 서귀포층 위에 겹겹이 쌓이며 서서히 넓은 용암대지를 만들어 나갔다.

시간이 지남에 따라 타원형의 제주도가 서서히 만들어졌으며, 용암분출은 섬의 중심부에 집중되어 일어나게 되었다. 그리하여 현생인류가 출현하여 구석기 문화를 이루던 수만 년 전에는 남한의 최고봉인 한라산이 제주도의 한복판에 만들어지게 되었고 제주도는 거의 완성되는 단계에 이르렀다.

지구환경이 지금과 거의 동일해지고 현생인류가 신석기 문화를 이루던 현세 중기(수천년 전)에 마지막 수성화산분출이 제주도의 동쪽 끝과 서남단에서 일어났으며, 이 분출에 의해 성산일출봉과 송악산이 만들어졌다. 이 화산들이 침식되며 주변 연안에 신양리층과 하모리층과 같은 현세퇴적층이 쌓였고, 그 위에는 선사시대의 사람발자국이 만들어지기도 했다. 제주도의 화산분출은 역사시대까지도 지속되었다.


제주도의
일반지질

제주도는 한반도 남서쪽의 황해대륙붕에 위치하고 있는 화산섬으로, 약 180만 년 전부터 역사시대까지 발생한 화산활동에 의해 형성되었다. 제주도는 동-서 길이가 73㎞이고, 남-북은 31㎞로 면적은 1,847㎢이다. 제주도는 전반적으로 완만한 지형과 동북동 방향으로 신장된 타원형의 형태를 보이고 있는 전형적인 순상화산이다.

제주도의 위치와 지리적 환경. 등심선의 값은 미터이다. 검은색의 길쭉한 선들은 조석사주(tidal sand ridge)를 나타낸다.
  • 제주도의 위치와 지리적 환경. 등심선의 값은 미터이다. 검은색의 길쭉한 선들은 조석사주(tidal sand ridge)를 나타낸다.
제주도의 수치 고도 모델. 전체적으로 순상화산의 형태를 보여주고 있다. 섬의 중앙부에 한라산이 있고 그 외 수많은 오름이 분포하고 있다.
  • 제주도의 수치 고도 모델. 전체적으로 순상화산의 형태를 보여주고 있다. 섬의 중앙부에 한라산이 있고 그 외 수많은 오름이 분포하고 있다.

제주도에 광범위하게 분포하고 있는 현무암질에서 조면암질 용암류들은 섬의 중앙부에 있는 한라산(해발고도 1,950m)을 비롯한 다양한 화산지형들과 약 360 여개의 오름(화산추)의 형태로 나타나고 있다(Sohn and Park, 2007).

제주도의 지질도. 여러 종류의 용암과 화산추(오름)들이 섬을 피복하고 있다(Park et al., 2000).
  • 제주도의 지질도. 여러 종류의 용암과 화산추(오름)들이 섬을 피복하고 있다(Park et al., 2000).

이들 오름은 약 십여 개의 수성화산(응회환 및 응회구)을 제외하고 대부분이 분석구이다. 수성화산의 경우 제주도 용암대지와의 층서적 관계에 따라 크게 2개의 부류로 나눠진다(Sohn and Park, 2005). 먼저 용암대지 위에 놓여있는 수월봉, 송악산, 일출봉 및 우도(Chough and Sohn, 1990; Sohn and Chough, 1989, 1992, 1993)는 생성시기가 젊은 것에 해당되며, 최근 이들 두 곳에 대한 연대측정결과는 홀로세(Holo世 ; Hococene Epoch)로 보고되고 있다(Kim et al., 1999; Sohn et al., 2003). 반면 생성시기가 오래된 것들은 해발고도가 낮고 용암의 두께가 상대적으로 얇은(50~60m; Koh, 1997) 제주도 남서쪽 지역의 용암 대지를 뚫고 지표에 노출되어 있다. 제주도 화산암의 K-Ar 연대는 일반적으로 3만~90만년 사이의 값을 보이고 있다(Lee et al., 1994; Tamanyu, 1990). 이들 화산암은 열점 기원의 화산활동에 의해 생성된 것으로 오랫동안 추정되어 왔으나, 최근의 연구는 후기 신생대 동안의 광역적인 응력장 변화에 기인한 천부 연약권에서의 감압용융(decompression melting)의 결과에 의해 생성된 것으로 해석하고 있다(Choi et al., 2005; Choi et al., 2006).

1960년대 이후 지하수 개발을 위해 제주 전역에 걸쳐 수천 개의 지하수공이 시추되었다. 고기원(1997)은 처음으로 이들 시추공 자료들을 체계적으로 수집하는 노력을 하였고, 손영관 등(Sohn and Park ,2004; Sohn and Park,2006; Sohn et al., 2008)은 이들 자료의 퇴적학적 해석을 시도하였다. 이런 연구를 통해 제주도의 지표 및 지하 지질에 대한 이해가 크게 증대될 수 있었다. 시추공 자료를 통해 제주도의 기반암은 쥬라기에서 백악기의 화강암과 산성 화산암류로 구성되어 있음이 밝혀졌다(Kim et al., 2002). 기반암을 피복하는 U층은 70~250m의 두께를 가지며 분급이 좋은 석영 모래와 진흙으로 구성되어 있다(Koh, 1997). 이 층은 제주도의 화산활동이 본격적으로 시작하기 전인 플라이오세 기간 동안 퇴적된 대륙붕 퇴적물로 해석된다(Sohn and Park, 2004).

제주도 지하 층서와 암상의 개략적 모식도
  • 제주도 지하 층서와 암상의 개략적 모식도

U층은 현무암질 화산쇄설물과 화석을 다량 포함하고 있는 약 100m 두께의 퇴적층에 의해 피복되어 있다. 이 퇴적층은 제주도의 남부 지역에서만 지표에 노출되어 있는 서귀포층(Yoon and Chough, 2006) 및 전기에서 중기 플라이스토세(Pleistocene Epoch)에 형성된 여러 개의 응회환과 응회구에 대비되는 것으로 해석된다(Sohn and Park, 2005). 다수의 고생물, 고지자기, 안정동위원소 및 지구연대학 연구(Kang, 2003; Khim et al., 2001; Khim et al., 2000; Kim and Lee, 2000; Lee et al., 1994; Li et al., 1999; Tamanyu, 1990; Yi et al., 1998)를 통해 이 층의 퇴적작용이 약 1.8 Ma에 시작하여 0.8~0.4 Ma까지 지속된 것으로 드러났다.

최근 시추공 자료를 이용한 지하 서귀포층의 퇴적학적 연구는 이 층이 크게 다섯 개의 상조합으로 구성되어 있음을 밝혔다: (i) 화쇄난류 및 화산재 낙하에 의해 응회환에서 형성된 일차 수성화산 퇴적물(상조합 PHTR); (ii) 섯치형 낙하작용과 이에 수반된 화성쇄설성 운반작용에 의해 응회구에서 쌓인 일차 수성화산 퇴적물(상조합 PHTC); (iii) 육성환경에서 쇄설류, 고농도홍수류, 판류 및 우곡류 등에 의해 재이동되어 형성된 이차 수성화산 퇴적물(상조합 RHAE); (iv) 파랑과 조석의 영향을 받는 해저 환경에서 형성된 이차 수성화산 퇴적물(상조합 RHMAR); 그리고 (v) 연안 및 외안 환경 하에서 형성된 비화산쇄설암 및 세립 퇴적물(상조합 NVMAR)(Sohn et al., 2008). 이상의 상조합들은 서귀포층이 중첩되어있는 수많은 수성화산과 이들 사이에 협재되어 있는 해성 또는 비해성, 화산쇄설성 또는 비화산쇄설성 퇴적물로 구성되어 있음을 지시한다. 서귀포층은 제주도 순상화산을 이룬 용암분출 이전에 수성화산활동과 화산쇄설성 퇴적작용이 신생대 제4기의 해수면 변동의 영향을 받으며 광범위하고 지속적으로 백 만년 넘게 지속되었음을 지시한다. 제주도 지하에 광범위하게 분포하는 수성화산 퇴적층은 제주도와 같은 대륙붕형 순상화산이 분출양상, 성장과정, 그리고 내부구조 등에 있어 해양성 화산도와 중요한 차이점을 지니고 있음을 보여준다. 제주도의 지하에 폭넓게 분포하는 서귀포층은 제주도의 화산활동 초기에 폭발적인 수성화산 활동에 의해 수많은 수성화산(응회환과 응회구)들이 만들어 졌으며, 동시에 이들 물질이 재퇴적작용이 일어났음을 지시한다. 이러한 광범위한 수성화산활동은 제주도의 화산활동이 물이 풍부해 수성화산분출을 쉽게 야기할 수 있는 대륙붕에서 시작된 결과로 해석된다.

서귀포층이 퇴적된 후, 원시 제주도는 변동하는 제4기의 해수면 위로 점점 성장하였고, 이후 용암대지 및 순상화산을 형성시킨 용암의 분출이 우세하게 나타났다. 3만~80만년 사이의 값을 보이는 이들 용암류의 K-Ar 연령은(Lee et al., 1994; Tamanyu, 1990), 제주도의 형성이 홀로세 이전에 거의 끝났음을 지시한다. 약 18,000년 전의 최종빙하 최성기 이후부터 중기 홀로세 동안, 즉 현재와 해수면이 비슷해진 시기에 제주도의 해안 지역에는 수성화산활동이 쉽게 일어날 수 있는 조건이 만들어졌으며, 이때 일어난 수성화산분출로 인해 현재의 해안선을 따라 여러 장소에서 수성화산이 형성되었다.

(Brenna et al., 2015)에서 인용
  • (Brenna et al., 2015)에서 인용

이와 같은 후기 플라이스토세에서 홀로세의 수성화산활동은 화산지형이 잘 보존된 송악산과 일출봉 등의 응회환과 응회구를 만들었다(Chough and Sohn, 1990; Sohn and Chough, 1989, 1992, 1993). 비록 화산분출의 정확한 위치는 알 수 없으나, 역사시대인 약 천 년 전에도 소규모의 화산활동이 일어난 것으로 알려져 있다.

 

담당부서
세계유산본부 한라산연구부
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