Geodiversity and geoheritage values of hydromagmatic volcanoes in Jeju Island, Korea,

a world-class showcase of basaltic hydrovolcanism

Y.K. Sohn

Department of Earth and Environmental Sciences, Gyeongsang National University, Jinju 660-701, Republic of Korea

Hydromagmatic volcanoes (tuff rings, tuff cones, and maars) along the coasts of Jeju Island, such as Ilchulbong, Udo, Suwolbong, Songaksan, Yongmeori, and Hanon, show very clearly that when basaltic magma interacts with water there can be violent explosive volcanism. Sedimentological and volcanological works on these volcanoes have demonstrated how the record of violent volcanic activity can be read from the superbly exposed coastal tuff-ring and tuff-cone deposits. These works have also proved that the hydrological setting of the eruptive vent plays an important role in determining the character of the explosions and the manner of dispersal of the ash and ballistic bombs.

Two historic eruptions provide some insights into the processes that occur, always unseen, within the vent and how the magma may interact with water. Observations of the eruption in 1963 of Surtsey (Iceland), and studies by diving on satellite eruption sites there some time afterwards, indicate that the explosions were ‘fuelled’ by ascending fluid basaltic magma mixing with a fluidized slurry composed of earlier-erupted ash and lapilli, steam, and liquid water. Thus the Surtseyan explosive activity involved bulk recycling of products with the clear consequence that material of the cone would ‘circulate’ by collapse or soft-state faulting inwards towards the vent. Such movements are well reflected in arcuate to circular fractures at the cone surface, commonly concentrically arranged, and numerous inwards-dipping faults seen in eroded structures. Surtseyan explosive activity can also arise where unlithified wet sedimentary deposits become mobilized and form the wet slurry that mixes with the ascending magma, thus forming an erupted peperite.

The Taalian eruption in the Philippines, in 1965, did not involve standing lake water, but was due to magma-water interaction within an aquifer and/or along faults at some depth below the land surface. For reasons that are still not entirely clear, such interactions at depth tend to be more powerfully explosive than Surtseyan activity, so that the ash and ballistic dispersal is distinctly different. While the relative amounts of interacting magma and water do play an important role in explosive ‘efficiency’, the manner of their coming together and the possible extent of self-sustaining explosive interaction (contact-surface explosivity or fuel-coolant type interaction) must be important too.

Jeju Island provides a world-class showcase of basaltic hydrovolcanism, ranging from type Surtseyan to type Taalian. The Ilchulbong and Udo tuff cones are excellent examples of the Surtseyan explosive activity whereas the Suwolbong and Songaksan tuff rings are of the Taalian explosive activity. Sedimentological studies ofthese volcanoes revealed that they are built by a variety of depositional processes, including pyroclastic density currents and attendant fallout, fallout from wet tephra jets, debris falls and grain flows of generally coarse-grained tephra upon steep cone slopes, slides and slumps of oversteepened tephra piles, and debris flows of remobilized wet tephra. These studies contributed to changingthe dry surge-versus-wet surge paradigm for the growth of tuff rings, tuff cones, and maars that was prevalent in the 1980s. Detailed sedimentological descriptions of the deposit features of the tuff rings and cones, which were uncommon until the early 1990s, also actedas a guide to the studies of subaqueous to emergent volcanoes in diverse settings around the world.

Because of the geological importance in addition to aesthetic beauty, the Ilchulbong tuff cone could be designated as a UNESCO World Natural Heritage site in 2007, and the Suwolbong and Yongmeori tuff rings could be included in the geosites of the Jeju Global Geopark this year. The Hanon volcano near the Seoguipo city is a hydromagmatic volcano that comprises the largest crater in Jeju Island. It is also interpreted to have been a water-filled maar crater surrounded by a tephra ring, preserving paleoclimatic records of the Late Pleistocene. These differences make the Hanon volcano a very likely geosite candidate for the Jeju Global Geopark in the near future.

세계 최상의 현무암 수성화산활동의 쇼 케이스,

한국 제주 섬 수성화산의 지질학적 다양성과 지질 유산 가치

Y.K. Sohn

a Department of Earth and Environmental Sciences, Gyeongsang National University,

Jinju 660-701, Republic of Korea

성산일출봉, 우도, 수월봉, 송악산, 용머리, 하논과 같이 제주 해안을 따라 자리 잡은 수성화산들은(응회환, 응회구, 마르) 지하에 있던 현무암질 마그마가 물과 상호작용을 했을 때 폭발적인 화산활동을 일으킨다는 것을 극명하게 보여준다.

퇴적학과 화산학 연구는 해안에 멋지게 모습을 드러내고 있는 응회환과 응회구의 침전물에서 어떻게 화산활동의 기록을 읽을 수 있는 지를 보여 준다.

또한 이러한 연구는 분화 배출구의 수문학(水文學) 적인 배경이 화산 폭발의 특징을 밝히며 화산재와 현무암 덩어리가 확산되는 방식을 알아내는데 중요한 역할을 한다는 것을 증명하였다.

두 번의 역사적 분출이 이 분야에서 중요한 이해를 가져오는 계기다 되었다. 그것은 항상 볼 수 없었던 곳 즉, 분출구 안에서 일어나는 일에 대한 정보였으며 어떻게 마그마가 물과 상호작용을 하는지를 보여 주었다.

1963년에 아이슬란드 섯지(Surtsey)에서 있었던 화산 폭발의 관찰과 연구는 인공위성을 통해 폭발 지역을 중점으로 이루어졌으며 얼마 후, 상승하는 유체 상태의 현무암질 마그마가 이전의 분화활동으로 만들어진 화산재, 화산자갈, 증기 그리고 액체 상태로 된 물 등으로 이루어진 유동화된 슬러리와 섞여 화산 폭발이 ‘증폭’ 되었음을 밝혀졌다.

그렇게 섯지형의 화산 활동은 대량의 화산산물을 재활용 하며 그 결과로 분화구 내부의 물질들은 붕괴 혹은 분화구 안과 그쪽을 향한 가벼운 단층활동으로 순환하게 된다. 이러한 운동은 원형의 분화구 표면에 잘 반영되어 있으며, 보통은 동심원으로 배열되어 있고 침식된 구조에서 안으로 깊이 들어가 있는 여러 개의 단층이 발견된다. 섯지형 화산 활동은 또한 석화되지 않고 젖은 상태의 퇴적 광상이 움직여 젖은 슬러리를 형성하였을 때도 발생하게 되는데 이 슬러리가 용 승하 는 마그마와 섞이게 되어 분출되는 페퍼라이트를 형성하게 된다.

1965년 필리핀의 타리안 (Taalian)분출은 고전적인 형태인 호수 물이 아닌 대수층 내와/혹은 지하 표면에서 깊이 내려간 단층에 있던 마그마의 물이 상호작용을 하여 발생된 것이다. 여러 이유로 모든 것을 단정할 수는 없지만, 이렇게 땅속 깊은 곳에서 이루어 지는 상호작용은 섯지 화산 활동보다 더 강력하게 폭발을 하는 경향이 있으며, 따라서 화산재와 현무암의 분산이 확연히 다르다.

상호작용하는 마그마와 물의 상대량이 폭발의 ‘효율’에 있어 중요한 역할을 하지만, 그들이 어떻게 만나게 되는 지와 자립적인 폭발성 상호작용의(접촉면 폭발성 혹은 연료 냉각제 타입의 상호작용) 가능한 규모 또한 중요하다.

제주특별자치도는 세계 최상의 현무암질 수성화산 모델 섬으로 이곳에서 삿지형부터 타리안형까지 볼 수 있다. 일출봉과 우도 응회구는 삿지형 분출 활동의 좋은 예이며 수월봉과 송악산 응회환은 타리안 분출 활동의 훌륭한 예이다.

이 화산들의 퇴적학 연구를 통하여 이들이 화쇄암의 밀도류와 수반되는 강하활동, 젖은 테프라 사출물, 떨어지는 잔해, 가파른 분화구의 경사면에 있는 보통은 겉이 거친 티끌의 이동과 비탈진 테프라 퇴적물의 사태와 슬럼프를 포함한 다양한 퇴적활동에 의해 생성되었음이 밝혀 졌다.

이러한 연구는 1980년대에 일반적이었던 응회환과 응회구의 발생을 놓고 벌어졌던 습윤 화쇄난류 대 건조 화쇄난류의 패러다임을 바꾸는데 기여하게 되었다. 1990년대 초반까지는 흔하지 않았던 퇴적학적으로 자세하게 밝혀진응회환과 응회구 침전물의 특성 또한 전 세계의 다양한 환경의 수중에서 솟아오르는 화산에 대한 연구 가이드로 그 역할을 하고 있다.

미적인 아름다움 외에 일출봉 응회구가 지니고있는 지질학 적인 중요성을 인정받아 2007년 UNESCO 세계자연유산에 등재 될 수 있었으며 수월봉과 용머리 응회환은 올해 제주 국제 지질공원의 현장으로 포함 되었다. 서귀포시 가까이에 있는 하논 화산은 수성화산으로 제주 섬에 있는 가장 큰 분화구로 이루어 졌다. 하논 화산은 또한 테프라환으로 둘러 쌓인 물이 있는 마르 분화구로 이해되고 있으며 후기 홍적세 시대 고(古) 기후의 기록을 보존하고 있다. 이러한 차이로 인해 하논 화산은 가까운 미래에 제주 국제 지질 공원 의 또 하나의 후보로오르게 될 것이다.

현무암질 수성화산활동의 세계적전시장인

제주도 수성화산의 지질 다양성과 지질유산가치

Geodiversity and geoheritage values of hydromagmatic volcanoes in Jeju Island, Korea, a world-class showcase of basaltic hydrovolcanism

손영관 / Prof. Young Gwan Sohn

경상대학교 / Gyeongsang University