Origin and Evolution of the Hanon Crater

Seok Hoon Yoon

Department of Earth and Marine Sciences, Jeju National University

Jeju 690-756, Republic of Korea

shyoon@jejunu.ac.kr

Geological mapping, electrical resistivity survey, drilling of the crater-filling sediments, and geochemical analysis of rock samples were carried out in order to unravel origin and evolution of the Hanon volcano on the southern margin of Jeju Island. The volcano has the largest crater in Jeju Island, of which the diameter or the rim-to-rim width is 1.0~1.2 km and the altitudinal contrast between the crater rim and the crater floor is up to 90 m. The crater has a nested scoria cone at the center and is surrounded by thin (ca. 40 m thick) and gently outward-dipping rim beds of a tuff ring. Basement rocks are exposed inside the crater wall, and lacustrine sediments as thick as 15 m are filling the topographic lows within the crater, suggesting that the crater was excavated not only below the pre-eruption surface but also below the groundwater table. It is thus interpreted that the Hanon volcano once comprised a maar or a water-filled crater, and can be classified as a tuff ring with a maar crater based on its present morphology. The AMS 14C ages of the crater-lake deposits suggest that the volcanic eruption took place >30 kyr BP in an inland area ca. 100~120 m above the sea level. The early eruptive activity was phreatomagmatic, involving explosive interaction of rising magma with groundwater and resulting in excavation of a maar-type crater and construction of a trachyandesitic tuff ring around it. As the groundwater was exhausted, the eruption style changed gradually from phreatomagmatic to magmatic, resulting in the formation of a nested scoria cone and a ponded lava flow.

After the cessation of the volcanic activity, the Hanon crater was filled with max. 15 m-thick sediments deposited in a shallow crater lake enivronment. Sedimentological characteristics of an 10 m-long drilling core obtained from the crater-lake deposit were analyzed to reveal the paleo-environmental variations related to the late Quaternary climatic change. The deposit consists mainly of silt- to clay-sized clastic and organic particles, and shows various sedimentary structures including bioturbation, lamination and normal grading. The cored interval can be divided into 4 stratigraphic units based on the sediment texture, magnetic susceptibility, sediment color and sedimentary structures. Unit 1 above the core depth of 210 cm consists of dark gray to black peaty mud with a very low magnetic susceptibility, and the sediments are highly disturbed by plant roots and other bio-activities. This reflects the rapid climate change from cold and arid to warm and humid climate conditions at the Pleistocene-Holocene boundary and an increased input of plant organic materials into the shallow swamp under the warm climatic condition (MIS 1). Units 2 and 3 at the core depth between 210 cm and 780 cm approximately correspond to last glacial period (MIS 2 and 3) and are characterized by restricted bioturbation and slightly higher silt content and magnetic susceptibility than unit 1, which most probably represents a deposition in a deeper lake setting and a dominant influence of strengthened winter monsoon winds coupled with cold and arid climatic conditions during the glacial period. Unit 4 below the core depth of 780 cm is characterized by common intercalation of thick massive to graded sand and gravel layers. This is attributed to a frequent intercalation of mass-flow deposit resulting from the slumps or turbidity currents on the unstable pyroclastic crater rim of the incipient Hanon volcano.

하논 분화구의 기원과 형성과정

윤석훈

제주대학교 지구해양과학부

690-756 제주도

shyoon@jejunu.ac.kr

지질도, 비저항법, 분화구 퇴적층 시추, 암반 표본에 대한 지구화학적 분석이 제주도 남부에 위치한 하논 분화구의 기원과 형성과정을 밝히기 위해 실행되었다. 분화구는 제주에서 규모가 가장 큰데 지름의 길이가 1.0~1.2km에 달하고 분화구 테두리에서 바닥까지는 90m에 이른다. 분화구의 중심부에는 암재구가 형성되어 있고 완만한 하강면을 가진 응회한 지층에 의해 둘러쌓여 있다. 기반암층은 분화구 내벽에 노출되어 있으며 두께가 15m에 이르는 호저 퇴적물은 분화구 내 지형적 저지를 채우고 있는데 이는 분화구가 화산 분출 전 표층 밑에서 뿐만 아니라 지하수면 밑에서 형성되었음을 보여준다. 그러므로 이를 통해 하논 분화구가 한때 물이 채워진 분화구 즉 마르형 분화구였을뿐 아니라 현재이 형태론에 근거해 응회환으로 분류될 수 있을 것으로 보인다. 탄소 연대 측정법에 따른 분화구 호수의 퇴적물은 화산 폭발이 내륙지역에서는 해발 100~120m에서 >30 kyr BP에 일어났음을 보여준다. 초기 분출 활동은 증기-마그마형으로 이는 상승하는 마그마와 지하수의 폭발적인 상호작용을 수반하며 이로 인해 마르형 분화구와 주변의 trachyandesitic 응회한의 형성되었다. 지하수가 고갈되면서 분출형태는 점차 증기-마그마형에서 마그마형으로 바뀌었으며 그 결과 암재구와 고인 형태의 용암류가 형성되었다.

화산 활동이 중단된 후, 하논 분화구는 얕은 화구호 환경에 쌓인 최대 15미터 두께의 퇴적층으로 차게 되었다. 화구호 퇴적물로부터 채취한 10미터 길이의 시추시료의 퇴적학적 특징들은 제사기 후기의 기후변화와 관련된 고환경적 변화들을 보여주었다. 퇴적물은 미사에서 점토크기의 분해성 그리고 유기 입자들로 생물혼탁작용, 엽층리, 그리고 정상 입도를 포함하는 다양한 퇴적 구조를 보여준다. 시료의 연대는 퇴적물 촉감, 자화율, 퇴적물의 색채, 그리고 퇴적구조에 따라 4층서 단위로 나뉠 수 있다. 철심의 깊이가 210cm위의 1 Unit은 짙은 회색에서 검정 토탄질의 토양으로 자화율이 매우 낮다. 그리고 퇴적물은 식물의 뿌리와 기타 생물학적 활동에 의한 방해를 받는다. 이것은 홍적세와 충적세 사이 기간의 춥고 건조한 기후에서 따뜻하고 습한 기후로의 급속한 기후 변화를 반영하는 것이고 이러한 따뜻한 기후환경에서 식물의 유기물질들이 얕은 습지로의 유입이 증가했음을 보여준다. 철심 깊이 210cm와 780cm사이의 Unit 2와 3은 대략 마지막 빙하시기와 일치하며 Unit 1보다 제한된 생물혼탁작용이나 다소 높은 토사 함유량과 자화율이 특징인데 이는 보다 더 깊은 호수 속에서 퇴적이 이루어졌음과 빙하기 동안의 춥고 건조한 기후와 어우러진 세력이 강화된 겨울 계절풍의 주된 영향을 받았음을 보여준다. 780cm 이하에 위치한 Unit 4는 점이사와 자갈층의 흔한 침강 현상이 특징이다. 이것은 하논 분화구의 불안정한 화산 쇄설암으로 이루어진 화구륜위의 슬럼프나 저탁류로 인한 대규모의 퇴적류의 빈번한 침강이 그 원인이다.

하논 분화구의 기원과 형성과정

Origin and Evolution of the Hanon Crater

윤석훈 / Seok Hoon Yoon

제주대학교 / Jeju National University