Earticle

울산광역시 방어진의 대표 지질명소인 대왕암 공원 일원의 화성암류의 암석학 및 지화학적 특성에 대하여 고찰하였다. 대왕암 공원 일원에는 전기 백악기 말에 퇴적된 울산층을 비롯하여 백악기말-고진기의 세립질 흑운모화강암, 섬록암, 홍색 장석화강암, 장석반암 등 다양한 종류의 화성암이 분포하고 있다. 연구지역의 남동쪽 해안가에는 약 2.5 km에 달하는 해안단구 역암대와 마그마혼합대가 형성되어 있어 마그마 불균질혼합을 지시하는 다양한 포유암이 관찰된다. 암석과 광물의 화학 성분 분석을 통해 연구지역의 화강암류는 반려암질 섬록암, 섬록암, 화강섬록암, 화강암에 해당하며, SiO2의 성분 범위는 반려암질 섬록암은 52.2-52.6 wt.%, 섬록암은 56.9-61.0 wt.%, 화강섬록암은 63.5-67.5 wt.%, 화강암은 71.6-79.0 wt.%이고, 생성 환경은 지판의 섭입에 연관하여 형성된 대륙연변부 화산호(continental margin volcanic arc)의 화산-심성 작용과 연관되어 있음을 알 수 있다. 연구지역의 홍색 장석화강암에 발달하는 단열의 방향성을 위성 사진을 통해 분석한 결과, 대왕암공원 동쪽 리아스식 해안에서 가장 우세하게 발달하는 선구조의 주 방향은 북동-남서 방향이며, 그다음으로 우세한 방향은 북서-남동 방향이다. 북동 방향의 것들은 비교적 연장성이 좋으며, 북서 방향은 북동 방향에 규제되어 발달하는 양상을 보이고, 북동 방향의 것들 보다는 선상구조로 파악되는 단열들의 간격이 더 촘촘한 경향을 보인다.

The petrological and geochemical characteristics of the igneous rocks in Daewangam Park, a representative geological site in Bangeojin, Ulsan Metropolitan City, were investigated. Various types of igneous rocks are distributed in Daewangam Park, including the Ulsan Formation deposited during the Early Cretaceous Period, as well as fine-grained biotite granite, diorite, pink feldspar granite, and feldspar porphyry, formed from the Late Cretaceous to Paleogene. In the coastal study area, a coastal terrace rock zone extends approximately 2.5 km, with magma mixing zone in the southern and northern parts, where various enclave rocks indicating heterogeneous magma mixing are observed. Analysis of the chemical composition of the rocks and minerals showed that the granites in the study area corresponded to gabbroic diorite, diorite, granodiorite, and granite, and the SiO2 composition is 52.2-52.6 wt.% for gabbroic diorite, 56.9-61.0 wt.% for diorite, 63.5-67.5 wt.% for granite, and 71.6-79.0 wt.% for granite. The formation environment was related to the volcano-plutonic processes of the continental-margin volcanic arc, which formed in response to subduction of the tectonic plate. Analysis of the directionality of the fractures developed in the pink feldspar granite using satellite images showed that the most dominantly developed fracture on the rias coast east of Daewangam Park is oriented northeast (NE) direction, followed by northwest (NW). Those in the northeast direction exhibited relatively good extension, those in the northwest direction showed a development pattern regulated by the northeast direction, and the spacing of fractures identified as linear structures tended to be tighter than that in the northeast direction.

2020년 6월부터 8월까지 일본 도쿄 남쪽 940 km 해상에 위치한 니시노시마 화산이 분화하였다. 2020년 7월 말 발생한 분화로 인한 화산재와 화산가스 일부가 우리나라에 영향을 주었을 가능성이 있는 것으로 보도되었다. 본 연구에서는 화산재 확산 수치모의 프로그램인 Ash3D를 이용하여 현지시각 2020년 7월 28일 0시에 화산폭발지수 3의 분화가 발생한 것으로 설정하고 수치모의를 실시하였다. 수치모의 결과, 화산재가 니시노시마 인근에서 동풍을 타고 7월 30일 새벽 오키나와에 도달한 이후 남풍을 타고 북상하여 8월 1일 제주도에 상륙하고 시계방향으로 회전하듯이 이동하면서 8월 2일에는 남부지방에 영향을 주는 것으로 나타났다. 실제 측정된 PM₁₀ 미세먼지농도는 제주도 고산기상관측소에서 8월 1일부터, 부산 구덕산기상관측소에서는 8월 2일부터 상승한 것으로 나타나 니시노시마 화산 분화가 제주도 및 남부지방의 미세먼지 수치에 영향을 준 것으로 보인다.

The Nishinoshima volcano, located 940 km south of Tokyo, experienced an eruption from June to August 2020. The volcanic gas and ash from the eruption of Nishinoshima that occurred at the end of July 2020 was reported to have the potential to affect the Korean Peninsula. In this study, we used Ash3D, a numerical simulation program for volcanic ash dispersion, to investigate the eruption that occurred at 0:00 local time on July 28, 2020, with a volcanic explosivity index of three. The results showed that the volcanic ash cloud reached Okinawa on the morning of July 30, carried by an east wind. It then moved northward and reached Jeju Island on August 1, eventually circulating in a clockwise direction and reaching southern part of the Korean Peninsula on August 2. The concentration of Particulate Matter 10 (PM₁₀), measured at the Jeju Gosan Meteorological Observatory in Jeju Island, increase from August 1. A similar increase in PM₁₀ concentration was observed at the Gudeok Mountain Weather Station in Busan from August 2. These findings suggested that eruption of the Nishinoshima volcano had an impact on the fine dust concentrations at Jeju Island and southern part of the Korean Peninsula.

백두산 성층화산체와 천지 칼데라 외륜산 정상부에 분포하는 홀로세에 분화한 규장질 화산암 시료와 플라이스토세 개마용암대지와 장백산순상화산체의 고철질 화산암 시료의 암석화학적 특징 분석을 통해 지체구조적 위치를 알아보았다. 백두산 화산지대에서 초기 고철질 분출물들은 개마용암대지와 장백산순상화산체를 형성하였으며, 대부분 알칼리계열의 현무암에서 조면현무암 또는 서브-알칼리(쏠레이아이트) 현무암에서 현무암질안산암의 성분이며, 백두산 성층화산체와 천지 칼데라 정상부 부근의 홀로세 분출물은 대부분 규장질의 조면암에서 유문암 성분이다. 고철질 화산암류와 규장질 화산암류 사이의 SiO₂ 54-62 wt.%가 결핍된 쌍모식 조성을 나타낸다. 이는 마그마작용이 지각내 신장형 지체구조적 위치에서 발생하였음을 지시하는 단서가 될 수 있다. 지구조판별도에서 고철질 화산암류들은 판내부 또는 판내부 알칼리암과 쏠레이아이트암의 영역에 구분되어 도시되는데 이는 TAS성분도의 결과와 잘 일치한다. 규장질 화산암류들은 규장질 화강암류에 적용하는 판별도에서 판내부화강암(WPG)의 지체구조적 위치에 도시된다. 지구조 판별도에서 판의 섭입과 관련한 도호 또는 대륙연변호의 영역에는 도시되지 않으며, 모두 판내부 영역에 도시된다. 미량원소 함량을 원시맨틀값으로 표준화한 거미도에서 섭입대 화산암류에서 특징적으로 나타나는 Nb, Ti 의 부(-) 이상을 나타내지 않으며, OIB와 유사한 패턴을 나타낸다. 미량원소 함량 조성은 섭입대에서 유래된 마그마 작용에 연관된 의미있는 증거를 나타내지 않는다. 이는 백두산화산지대의 마그마작용이 판내부 환경에서 있었음을 지시한다. 이들 화산암류의 판내부 지체구조 위치는 이 지역에서 발생하는 천발지진의 진원 깊이와도 조화적이다. 백두산화산지대의 화산암석들은 신생대 동안 맨틀 물질의 용승에 의한 판내부 화산활동의 결과로 해석된다.

This study aimed to investigate the tectonic setting of the volcanic edifice at Mt. Baekdu by analyzing petrochemical characteristics of Holocene felsic volcanic rocks distributed in the Baekdusan stratovolcano edifice and summit of the Cheonji caldera rim, as well as Pleistocene mafic rocks of the Gaema lava plateau and Changbaishan shield volcano edifice. During the early eruption phases, mafic eruption materials, with composition ranging from alkali basalt to trachybasalt, or from subalkaline (tholeiitic) basalt to basaltic andesite formed the Gaema lava plateau and Changbaishan shield volcanic edifice, whereas the Baekdusan stratovolcano edifice and Holocene tephra deposits near the summit of the Cheonji caldera comprises trachytic and rhyolitic compositions. Analysis results revealed bimodal compositions with a lack of 54-62 SiO₂, between the felsic and mafic volcanic rocks. This suggested that magmatic processes occurred at the locations of extensional tectonic settings in the crust. Mafic volcanic rocks were plotted in the field of within-plate volcanic zones or between within-plate alkaline and tholeiite zones on the tectonic discrimination diagram, and it was in good agreement with the results of the TAS diagram. Felsic volcanic rocks were plotted in the field of within-plate granite tectonic settings on discrimination diagrams of granitic rocks. None of the results were plotted in the field of arc islands or continental margin arcs. The primitive mantle-normalized spider diagram did not show negative (-) anomalies of Nb and Ti, which are distinctive characteristics of subduction-related volcanic rocks, but exhibited similar patterns of ocean island basalt. Trace element compositions showed no evidence of, magmatic processes related to subduction zones, indicating that the magmatic processes forming the Baekdusan volcanic field occurred in an intraplate environment. The distribution of shallow earthquakes in this region supports the results. The volcanic rocks of the Baekdusan volcanic field are interpreted as the result of intraplate volcanism originating from the upwelling of mantle material during the Cenozoic era.

인류 생활에 큰 위험과 많은 피해를 가져오는 화산활동은 오랫동안 지구의 역사와 함께 지속되어 왔다. 홀로세에 해당하는 약 1만 년 전부터 현재까지의 시기 동안 분화 이력이 있는 활화산들은 대략 1,520개로 알려져 있다. 이들 중 2010년 이후에 활동하고 있는 화산체들은 약 210여 개에 달한다. 2018년(2018년 1월 3일~12월 18일; USGS 자료)에 활동한 화산은 83개이다. 대략 지구상에서 1년간 평균 80~90여 개의 화산이 활동 중이며, 이 중에 90% 이상이 환태평양 화산대인 "불의 고리"(Ring of Fire)에 분포한다. 이는 지구상에 분포하는 활화산들의 80% 가량이 판의 수렴경계부에, 그리고 15% 가량이 발산경계부에, 나머지 5%가 판 내부에 위치하는 것과 잘 일치한다. 조사기간인 51주 중 특히 Aira(일본, 50회), Sabankaya(페루, 49회), Sheveluch(러시아, 49회), Ebeko(러시아, 49회), 그리고 Kirishimayama(일본, 40회)등 5개 화산에서 빈번한 화산 활동이 발생하였다. 화산활동의 뚜렷한 증감은 발생하지 않았으며 매년 비슷한 수준의 활동이 발생하고 있다.

Volcanic activity, which can read to various danger and hazards to human life, has been part of the Earth's history for a long time. There are approximately 1,520 volcanoes during the Holocene period (about 10,000 years ago) that have been active on Earth. Recently, there are about 210 volcanoes have been recorded since 2010. Meanwhile, there are 83 known active volcanoes in 2018 based on the USGS data. Approximately 80-90 volcanoes are active on Earth for over a year. More than 90% of these volcanoes are located on the circum-Pacific volcanic belt, commonly known as 'Ring of Fire'. This high number of active volcanoes within this area coincides with the distribution maps of active volcanoes on the earth: about 80% on subduction zone of the convergent plate boundaries; 15% on divergent plate boundaries and 5% on intra-plate zone. Five volcanoes are most active during the survey period of 51 weeks: 50 times in Aira (Japan), 49 times in Sabankaya (Peru), 49 times in Sheveluch (Russia), 44 times in Ebeko (Russia) and 40 times in Kirishimayama (Japan). Based on the available data about volcanic activity, there is no significant change in volcanic activity and similar levels of volcanic activity is observed every year.

백두산에서 역사시대에 분화한 화산재의 시료에 대하여 다양한 방법으로 주성분과 미량성분을 분석하였다. 화산재의 주성분 원소 함량은 $SiO_2$ 58.8~71.1 wt.%, $Al_2O_3$ 9.6~16.8 wt.%, ${Fe_2O_3}^T$ 4.5~6.9 wt.%, MgO 0.1~1.7 wt.%, CaO 0.3~1.6 wt.%, $Na_2O$ 5.2~6.3 wt.%, $K_2O$ 4.3~5.9 wt.% 그리고 $TiO_2$ 1.2 wt.%이하로 분석되었다. Ba, Cu, Cr. Co, Ni, Sr, V, Zn와 Zr을 포함하는 32개 미량원소가 분석되었는데, 이들 화산재는 일부 미량원소와 경희토류 원소의 부화정도에 따라 두 그룹(그룹 A, 그룹 B)으로 구분되며, 그룹 A에는 1천년 전의 밀레니엄 분화물, 1668년과 1903년 분화물이, 그룹 B에는 1702년 분화물이 해당된다. 중금속원소인 Cu, Co, Zn, Mn 등은 소량 함유되어 나타난다. 백두산 화산재는, 섭입대 기원의 일본 사쿠라지마 화산의 화산재와 비교하여, 미량성분원소 중 Y, Nb, Pb, U, Sc, V, Ni 그리고 Cu 함량은 낮게 나타나며, Zr, Ba, Hf, Cr, Co, Zn 그리고 희토류(Eu제외) 등은 높은 함량을 나타낸다.

Volcanic ash samples of historical eruptions from Mt. Baekdu were analyzed for major oxides, trace and rare earth elements by a variety of analytical techniques. The results indicate that the ashes consist of approximately 58.8~71.1 wt.% $SiO_2$, 9.6~16.8 wt.% $Al_2O_3$, 4.5~6.9 wt.% $Fe_2O_{3t}$, 0.1~1.7 wt.% MgO, 0.3~1.6 wt.% CaO, 5.2~6.3 wt.% $Na_2O$, 4.3~5.9 wt.% $K_2O$ and less than 1.2 wt.% $TiO_2$. Thirty two trace metals including Ba, Cu, Cr. Co, Ni, Sr, V, Zn, and Zr were analyzed. The ashes can be divided two groups: group A(1 ka Millennium pumice, 1668 and $190{\underline{3}}$ pumice) and group B(1702 pumice) according to the relative enrichment of HREEs. The abundances of heavy metals such as Cu, Co, Mn, and Zn were relatively low. As compared to the Sakurajima volcanic ash, Baekdusan volcanic ash has low concentrations of Y, Nb, Pb, U, Sc, V, Ni and Cu and high concentrations of Zr, Ba, Hf, Cr, Co, Zn and rare-earth (except Eu).

화산위험지도 작성은 1960년대 과학 탐구의 초점이 되었다. Dwight Crandell과 Don Mullineau는 '과거는 미래의 열쇠이다'라는 관점으로 재해위험 매핑에 대한 지질학적 접근 방법을 개척했다. 세인트 헬렌즈산의 위험도 평가와 가까운 미래의 분출 예측에 대한 1978년 발간물, 그리고 1980년 대규모 분화로 화산위험 평가의 유용성이 입증되었고 화산 과학의 이 영역에서 거대한 성장이 시작되었다. 1980년대의 위험한 지역을 식별하기 위해 위험지역 이해 프로세스의 수치 모델을 개발하고 사용하기 시작했으며, 1990년대 후반부터 확산되었다. 수치모의 모델 산출물은 화산의 지질학적 지식에 의해 강조될 때 가장 유용하고 정확하다. 화산위험지도는 장기간의 무조건적인 화산 재해 위험을 묘사하는지, 어느 정도의 위험을 가진 모든 지역을 보여주는지, 화산이 불안정 또는 분화 위기 시에 개발되어 현재의 감시, 관찰 및 예보 정보를 고려한 지도로 크게 분류할 수 있다.

Volcano hazard mapping became a focus of scientific inquiry in the 1960s. Dwight Crandell and Don Mullineaux pioneered the geologic history approach with the concept of the past is the key to the future, to hazard mapping. The 1978 publication of the Mount St. Helens hazards assessment and forecast of an eruption in the near future, followed by the large eruption in 1980 demonstrated the utility of volcano hazards assessments and triggered huge growth in this area of volcano science. Numerical models of hazardous processes began to be developed and used for identifying hazardous areas in 1980s and have proliferated since the late 1990s. Model outputs are most useful and accurate when they are constrained by geological knowledge of the volcano. Volcanic Hazard maps can be broadly categorized into those that portray long-term unconditional volcanic hazards-maps showing all areas with some degree of hazard and those that are developed during an unrest or eruption crisis and take into account current monitoring, observation, and forecast information.

화산지역에서 발생하는 라하르는 인명과 재산피해를 일으키는 주요 재해이다. 라하르 위험 지역을 산출하기 위하여 본 연구에서는 Laharz_py 프로그램을 사용하여 울릉도에서 발생 가능한 라하르의 영향 지역에 대한 수치모의를 실시하였다. 울릉도의 근위위험지역을 도출하기 위하여 DEM에 400 m의 추가고도를 설정하였고, 이에 따라 H/L비는 0.45와 0.5로 결정하였다. 발생 가능한 라하르의 부피는 30,000, 50,000, 70,000, $100,000m^3$로 설정하였다. 근위위험지역 경계와 인접하여 라하르의 발생 가능성이 있는 하천은 울릉도 동쪽 저동천, 남동쪽 사동천과 옥천천, 남서쪽의 남양천, 북쪽의 용출수인 추산천이며, 집중호우시 나리 분지에서의 라하르 발생 가능성도 고려하여 수치모의를 실시하였다. 본 연구는 울릉도에서 발생 가능한 라하르의 영향 범위에 대한 예측을 통해 화산재해로 인한 인명과 재산 피해를 줄일 수 있도록 재해위험지도를 작성하기 위한 기본 자료로 활용 가능할 것이다.

A Lahar on the volcanic area is one of the important hazard that can cause the loss of life and property damage. In order to estimate lahar hazard area at Ulleung Island, we simulated lahar inundation area using Laharz_py. We assumed 400 m of additional elevation for DEM to draw proximal hazard zone of Ulleung Island that H/L ratio were selected 0.45 and 0.5. And lahar volumes for simulation were estimated to 30,000, 50,000, 70,000, $100,000m^3$, respectively. In the results, 5 streams are located near a proximal hazard zone, Jeodong (east), Sadong and Okchon (southeast), Namyang (southwest), and Chusan (north), Nari basin is also considered that has a possibility of lahar during downpour. The results of this study can be used as basic data to make a hazard map for reduce the damage that can be caused by volcanic hazards occurred on Ulleung Island.

아소 화산은 일본 규슈 중앙부에 위치하며, 세계에서 가장 큰 칼데라 화산중의 하나이다. 나카다케 분화구는 아소 칼데라의 중앙 화구군에서 유일한 활동적인 화산체이다. 2016년 10월 8일 아소 산에서 36년 만에 폭발적인 분화가 발생하였으며, 분연주가 11 km 상공까지 상승하였고 화산재는 최대 300 km 떨어진 지역에서도 확인되었다. 본 연구에서는 미국 USGS에서 개발한 Ash3D모델을 이용하여 2016년 10월 8일의 분화에서 발생한 화산재의 확산과 침적에 대한 수치모의를 실시하였다. 수치모의 결과 분화에 의해 발생한 화산재는 아소 칼데라 화산의 동쪽과 북동쪽으로 확산되어 우리나라에는 피해를 주지 않는 것으로 나타났으며, 동북동 방향으로 최대 400 km 이상 먼 곳까지 침적되는 것으로 나타났다. 본 연구의 수치모의 결과는 관측 확인된 화산재 침적 결과와 대체로 일치하였다. 빠른 화산재 재해 예보를 위하여 Ash3D를 이용한 수치모의가 유용하게 쓰일 수 있을 것이다.

Aso caldera volcano is located in central Kyushu, Japan which is one of the largest caldera volcanoes in the world. Nakadake crater is the only active central cone in Aso caldera. There was an explosive eruption on October 8, 2016, the eruption column height was 11 km, and fallout ash was found 300 km away from the volcano. In this study, we performed a numerical simulation to analyze the ash dispersion and the fallout tephra deposits during this eruption using Ash3D that was developed by the United States Geological Survey. The result showed that the ash would spread to the east and northeast, that could not affect the Korean peninsula, and the volcanic ash was deposited at a place from a distance of 400 km or more in the direction of east and northeast. The result was in close agreement with the identified ashfall deposits. Ash3D can be useful for quick forecast for the effects of hazards caused by volcanic ash.

북한과 중국의 국경에 위치한 백두산은 전형적인 산지 지형으로 잠재적 분화 가능성이 있는 화산이다. 화산지대에서 발생하는 라하르는 인명과 재산에 큰 피해를 줄 수 있는 주요 화산 재해 중 하나이다. 백두산에서 발생할 수 있는 라하르에 의한 영향을 포괄적으로 다루기 위하여 Laharz_py 프로그램을 이용하여 침수영역을 수치모의 하였다. 백두산의 근위위험지역경계(proximal hazard zone boundary; PHZB)를 설정하기 위하여 수치표고모델(DEM)에 추가적인 750 m의 고도를 가정하여 수치모의에 필요한 H/L비를 0.10으로 설정하였다. 수치모의를 위하여 발생 가능한 라하르의 부피를 각각 $1{\times}10^6$, $5{\times}10^6$, $1{\times}10^7$, $5{\times}10^7$, $1{\times}10^8$, $5{\times}10^8$, $1{\times}10^9m^3$으로 설정하였다. 수치모의 결과, 압록강(남쪽), 두도송화강, 금강하, 화피하(이상 서-남서쪽), 송강하, 소사하, 조자하, 삼도송강하(이상 서-북서쪽), 두도백하, 이도백하, 삼도백하(이상 북쪽), 오도백하 및 그 지류에 해당하는 3개의 하천(북동쪽), 그리고 두만강(동쪽) 등 15개의 하천이 근위위험지역경계에 위치하였다. 본 연구 결과는 백두산에서 발생할 수 있는 화산 재해에 의한 피해 저감 대책수립을 위한 재해위험도를 작성함에 있어 기초 자료로 활용할 수 있다.

Mt. Baekdu which located the border of North Korea and China, is known as a potentially active volcano in a typical mountainous terrain. A lahar on the volcanic area is one of the important hazard that can cause the loss of life and property damage. In order to comprehensively address the impact of lahar hazard at Mt. Baekdu, we simulated lahar inundation area using Laharz_py. We assumed 750 m of additional elevation for DEM to draw proximal hazard zone boundary (PHZB) of Mt. Baekdu that H/L ratio are selected 0.10. And lahar volumes for simulation were estimated to $1{\times}10^6$, $5{\times}10^6$, $1{\times}10^7$, $5{\times}10^7$, $1{\times}10^8$, $5{\times}10^8$, $1{\times}10^9m^3$, respectively. In the results, 15 streams are located near a proximal hazard zone boundary, Amnok (Yalu) river (south), Toudaosonghua river, Jinjiang river and Huapi river (west-southwest), Songjiang river, Xiaosha river, Caozi river and Sandaosongjian river (west-northwest), Toudaobai river, Erdaobai river and Sandabai river (north), Wudaobai river-1, -2, -3 (northeast) and Duman (Tumen) river (east). The results of this study can be used as basic data to make a hazard map for reduce the damage that can be caused by volcanic hazards occurred on Mt. Baekdu.

본 연구에서는 제주도에서 화산분화에 의해 발생 가능한 화쇄류의 영향 범위를 파악하기 위하여 백록담 외륜산 외측 사면 8개 지점에서 새로운 용암돔이 발생하는 것을 가정하고 이 과정에서의 붕괴로 발생 가능한 화쇄류를 수치모의 하였다. 수치모의에는 TITAN2D 수치모의 프로그램을 사용하였다. TITAN2D프로그램에서 화쇄류 흐름의 속도를 제어하는 변수로 사용되는 내부마찰각과 층저마찰각 중 내부마찰각을 $30^{\circ}$, 층저마찰각을 $20^{\circ}$로 설정하였다. 붕괴되는 돔의 높이와 반경, 초기 붕괴 속도, 수치모의 시간 등을 선정하여 총 96개 시나리오에 대하여 수치모의를 실시하였다. 수치모의 결과 돔 붕괴에 의한 화쇄류는 최대 13.4 km까지 도달하여 한라산 정상부 및 제주시와 서귀포시까지 도달하는 것으로 나타났다. 본 연구를 통해 구축된 시뮬레이션 자료들을 이용하여 제주도의 화산 분화 시 발생 가능한 화쇄류의 피해범위 DB를 구축하고 이를 기반으로 재해도를 작성하여 화쇄류로 인한 피해를 최소화하는데 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

In order to determine the runout range of pyroclastic density currents on Jeju island, lava dome collapse on 8 locations of outer rim of Baekrokdam crater were simulated by TITAN2D numerical simulation program. We set parameters as internal friction angle as $30^{\circ}$ and bed friction angle as $20^{\circ}$ to control velocity of currents occurred by lava dome collapse. Then we set the height and radius of lava dome, initial speed of collapse and simulation times. And we carried out numerical simulations for a total of 96 scenarios. The result shows that the maximum runout distance was 13.4 km in case of lava dome collapse. This study can be used database for manufacturing of hazard map to minimize damages caused by pyroclastic density currents occurred on Jeju island.

본 연구에서는 중국 내에 분포하는 활화산, 중국의 활화산 모니터링 개요, 중국 화산관측소의 모니터링 장비 현황, 장백산화산관측소 및 중국의 백두산 화산 조기경보시스템 구축 계획에 대하여 알아보았다.

The distribution of active volcanoes in China, overview of an active volcano monitoring of China, monitoring equipment status in China volcano observatory, and Changbaishan volcano observatory and volcano early warning system plan were investigated in this study.

한반도 주변의 일본, 중국(대만 포함) 및 러시아 캄차카의 활동적인 화산에 대한 289개의 화산DB를 구축하였으며, 이들 중 잠재적으로 폭발적인 분화를 하여 한반도에 광역화산재해를 유발할 수 있는 위험 화산체 29개(백두산과 울릉도, 일본 화산 27개)를 선정하였다. 이들의 선정 기준은 화산의 활동성 유무, 폭발적 분화 위험 암종 포함 여부, 서울과의 거리, 그리고 화산폭발지수(VEI) 4 이상의 플리니식 분화이력을 가진 화산체 등이다. 본 연구 결과는 광역화산재해를 유발하여 국내에 영향을 줄 가능성이 높은 위험화산을 선별하는데 활용할 것이다. 그리고 이들 위험화산 활동에 의해 발생한 화산재의 확산 범위를 예측하고 한반도에 미치는 영향을 분석하는 화산재해 피해 예측을 위한 방재 차원의 대응 연구에 도움을 줄 것으로 기대한다.

This study built the volcano Data Base(DB) of 289 active volcanoes around the Korean Peninsula, Japan, China (include Taiwan), and Russia Kamchatka area. Twenty nine more hazardous volcanoes including Baekdusan, Ulleungdo and 27 Japanese volcanoes that can cause a widespread ash-fall on the Korean peninsula by potentially explosive eruption were selected. This selection was based on the presence of volcanic activity, whether or not containing dangerous explosive eruption rock types, distance from Seoul, and volcanoes having Plinian eruption history with volcanic explosivity index (VEI) 4 or more. The results of this study are utilized for screening high-risk volcanoes that may affect the volcanic disaster caused by a widespread fallout ash. By predicting the extent of spread of ash caused by these hazardous volcanic activities and by analyzing the impact on the Korean peninsula, we suggest that it should be used for helping to predict volcanic ash damages and conduct hazards mitigation research as well.

라하르는 거주 지역 주변의 기반시설의 파괴와 인명 손실을 일으킬 가능성이 있는 격변적인 사건이다. 그러므로 라하르 위험지역의 영역 설정은 매우 중요한 작업이다. 본 연구에서는 Laharz_py 프로그램을 적용하여 한라산 화산체에서 발생 가능한 라하르 영향 지역에 대한 개략적인 예측을 수행하였다. 화산체의 지형구배(H/L비)와 라하르 부피를 시나리오의 영향 변수로 선정하였고, H/L비는 0.20, 0.22, 0.25로, 근위 위험지역 경계로부터 발원 가능한 하천의 하류 방향으로 발생 가능한 라하르 부피는 30,000, 50,000, 70,000, 100,000, 300,000, $500,000m^3$를 적용하여 시나리오를 작성하고, 이에 따라 모의를 진행하였다. 수치 모의 결과에 근거하면, H/L비가 증가함에 따라 근위 위험경계 지역의 면적은 점차 감소하였다. H/L비가 증가함에 따라 라하르 영향 하천의 개수가 줄어드는 경향을 보였다. H/L비 0.20인 경우 제주시 쪽의 3 하천(광령천, 도근천과 한천)과 서귀포시 쪽의 6 하천(궁산천-강정천, 호근천(완제천)), 서홍천(연외천), 동흥천, 보목천 그리고 영천-효돈천), H/L비 0.22인 경우 제주시 쪽의 2 하천(광령천과 한천)과 서귀포시 쪽의 5 하천(궁산천-강정천, 서홍천, 동흥천, 보목천 그리고 영천-효돈천), H/L비 0.25인 경우 제주시 쪽의 2 하천(광령천과 한천)과 서귀포시 쪽의 1 하천(영천-효돈천)이 라하르의 영향을 받는 하천이다. 본 연구의 결과는 한라산에서 발생하는 라하르로 인하여 야기될 수 있는 직접적인 화산재해 피해에 대한 위험등급도를 작성하는 기본 자료로 활용할 수 있을 것이다.

Lahar, one of catastrophic events, has the potential to cause the loss of life and damage to infrastructure over inhabited areas. This study using Laharz_py program, was performed schematic prediction on the impact area of lahar hazards at the Mt. Halla volcano, Jeju island. In order to comprehensively address the impact of lahar for the Mt. Halla, two distinct parameters, H/L ratio and lahar volume, were selected to influence variable for Laharz_py simulation. It was carried out on the basis of numerical simulation by estimating a possible lahar volumes of 30,000, 50,000, 70,000, 100,000, 300,000, $500,000m^3$ according to H/L ratios (0.20, 0.22 and 0.25) was applied. Based on the numerical simulations, the area of the proximal hazard zone boundary is gradually decreased with increasing H/L ratio. The number of streams which affected by lahar tended to decrease with increasing H/L ratio. In the case of H/L ratio 0.20, three streams (Gwangryeong stream, Dogeun stream, Han stream) in the Jeju-si area and six streams (Gungsan stream, Hogeun stream, Seohong stream, Donghong stream, Bomok stream, Yeong stream-Hyodon stream) in the Seogwipo-si area are affected. In the case of H/L ratio 0.22, two streams (Gwangryeong stream and Han stream) in the Jeju-si area and five streams (Gungsan stream, Seohong stream, Donghong stream, Bomok stream, Yeong stream-Hyodon stream) in the Seogwipo-si area are affected. And in the case of H/L ratio 0.25, two streams (Gwangryeong stream and Han stream) in the Jeju-si area and one stream (Yeong stream-Hyodon stream) in the Seogwipo-si area are affected. The results of this study will be used as basic data to create a risk map for the direct damage that can be caused due to volcanic hazards arising from Mt. Halla.

본 연구에서는 백두산에서 폭발적인 플리니안 분화로 인하여 화산재의 분연주가 형성되고 이의 붕괴로 화쇄류가 발생할 경우를 가정하여 Titan2D 모델을 이용하여 시뮬레이션을 하였다. 화산 분화 시나리오별 화쇄류의 영향 범위를 파악하기 위하여 화산폭발지수 별 영향 범위의 거리를 알아보았다. 화산 분화 시나리오별 비교를 위하여 분화구의 위치는 칼데라 외륜산 북동쪽 산사면로 하여 화쇄류 흐름의 내부마찰각 $35^{\circ}$, 층저마찰각 $16^{\circ}$, 분연주의 붕괴 높이와 분화구 직경은 화산폭발지수에 근거하여 VEI 3은 500 m, 80 m, VEI 4는 1,000 m와 178 m, VEI 5는 2,000 m와 178 m 그리고 VEI 7은 2,000 m와 1,780 m로 하였으며, 분연주 붕괴시 초기 속도는 각각 98.8 m/s, 140 m/s, 198 m/s, 30m/s로 설정하였다. 모의시간은 붕괴된 화쇄재 부피에 의존하여 VEI 3일 때 1시간, 4일 때 6시간, 5일 때 12시간, 7일 때 24시간으로 하였다. 시뮬레이션 결과 각각의 경우 영향 범위의 거리는 분화구로부터 5.9 km, 16.7 km, 27.4 km, 89.0 km 이상으로 모의되었다. 백두산에서의 화쇄류의 확산 범위를 정확하게 예측하기 위해서는 화산폭발지수 별 입력 상수를 변화시키면서 경계조건을 차별화한 수치 시뮬레이션을 통하여 데이터베이스를 구축하고, 지질조사를 통하여 역사시대 분출물의 분포와 분출량을 비교 분석함으로서 향후 폭발적인 분화에 대비한 화쇄류의 영향 범위를 예측할 수 있을 것이다. 그러므로 앞으로 지속적으로 화산폭발지수 별 화쇄류의 영향 범위를 계산하여 비교하는 연구가 진행되어야 할 것이다. 이들 자료가 충분하게 구축되면 백두산에서 화쇄류가 발생하였을 경우 인근 지역의 인적 물적 피해를 최소화하고자 하는 방재 차원에서 매우 중요한 자료로 제공될 수 있을 것이다.

활화산을 감시하는 방법은 육안으로 직접 관찰하는 방법, 과거의 분화 기록 문건을 참조하는 방법, 직접적으로 관측 장비를 동원하여 화산체를 감시하는 방법 등이 있다. 이 중 관측 장비를 이용하여 화산체를 감시하는 방법 중 가장 기본적인 것은 지진활동도의 감시이며, 이외에도 지진계에 기록된 지진활동 중 인위적인 노이즈를 걸러내는 데 효과적인 공진 관측, 그리고 정밀수준기, 전자거리측정기, 경사계, GPS, InSAR 관측법을 통한 지표변형의 감시, 화산가스 감시, 수문학적/기상학적 감시, 기타 지구물리학적 감시 등의 방법이 있다. 이러한 감시 기법을 통해 화산의 활동을 효과적으로 감시하고 이를 통해 지하 마그마방에서의 마그마 거동을 파악함으로써 미래의 화산 분화를 보다 정확하게 예측하고 조기 경보하여 그에 따른 재해의 피해를 경감하고 최소화 할 수 있다.

There are various ways to monitor active volcanoes, such as the method of observing the activity of a volcano with the naked eye, the method of referring to the past eruptive history based on the historic records and the method of monitoring volcanoes by using observation equipment. The most basic method from the observation equipment-using methods to monitor volcanoes is seismic monitoring. In addition to this, the ways to monitor volcanoes are as follows: resonance observation which may be effective to remove artificial noises from the seismic activities that are recorded in the seismograph, ground deformation by using precision leveling, electronic distance measurement, tiltmeter, GPS, and InSAR observation method, volcanic gas monitoring, hydrologic and meteorological monitoring, and other geophysical monitoring methods. These monitoring methods can make volcanic activities effectively monitored, determine the behavior of magmas in magma chambers and help predict the future volcanic eruptions more accurately and early warning, thus, minimize and mitigate the damage of volcanic hazards.

2014년 9월 27일 11시 52분에 뚜렷한 전조현상 없이 분화를 재개한 온타케 화산으로 인해 많은 인명 피해가 발생하였다. 화산 분화 및 분화로 인한 재해에 대한 대비 매뉴얼과 방재대책이 잘 수립되어 있는 일본이지만 급작스러운 분화로 인한 피해를 막을 수 없었다. 그러나 분화 발생 직후 일본 기상청을 중심으로 화산분화예지연락회, 기상연구소, 농업기술종합연구소 등 여러 기관이 신속하게 분화 상황을 파악하고, 상호 긴밀한 협조와 연락체계를 바탕으로 정보를 공유하였다. 이를 통해 통일된 결과를 기상청을 통해 국민들에게 공표하여 화산 분화 상황과 화산 주변의 지역 주민들과 등산객 등 화산에 접근 가능한 국민들이 화산 분화로 인한 재난에 어떻게 대처해야 하는지에 대한 정보를 제공하였다. 일본의 이러한 대응을 통해 현재 분화가능성이 대두되고 있는 백두산과 같은 화산이 분화하였을 때 우리 정부에서 어떻게 대응해야 하는지에 대해 배울 수 있다.

Ontake Volcano, Japan, began to erupt without any precursors on September 27, 2014, at 11:52 AM, and it caused many losses of life. Although Japan's preparation manual and prevention for volcanic eruptions and volcanic hazards has been well established, it could not prevent damage due to the sudden eruption of the volcano. Soon after the eruption, however, Japan Meteorological Agency (JMA) led many organizations and institutions, including JMA's Volcanic Eruption Prediction Liaison Council, Meteorological Research Institute (MRI) and National Agriculture and Food Research Organization and they understood the eruption situation quickly and shared the information based on their close cooperation and contact systems. Through these efforts, JMA published the unified result to the public, informing the public of the situation around the volcano and about the eruption and of how the residents and climbers around the volcano should react to the volcanic hazards caused by the eruption. The Korean Government can learn how to respond to a future eruption of a volcano, such as Mt. Baekdu which has the potential to erupt in the foreseeable future.

백두산에서 폭발적인 플리니식 분화에 의해 분연주가 형성되고, 이 분연주의 붕괴에 의하여 화쇄류가 발생하는 조건을 가정하였다. 이 가정에 근거하여 Titan2D 모델을 적용하여 모의하였다. 화산분화 시나리오에 근거하여 화쇄류의 영향 범위를 파악하기 위하여 화산폭발지수별로 영향 범위를 산출하였다. 각 화산 시나리오별 결과를 비교하기 위하여, 화구의 위치는 산사면 8곳(8방위)과 칼데라 중심부 1곳 등 9곳을 선정하였다. 화쇄류 흐름의 내부마찰각은 $35^{\circ}$, 층저마찰각은 $16^{\circ}$로 설정하였다. 각 화산폭발지수별 붕괴 분연주의 높이, 화구의 직경, 분연주 붕괴에 의한 초기속도, 붕괴 화산재의 체적에 근거한 수치모의시간 등을 적절하게 가정하였다. 수치모의 결과를 비교하여 보면, 높은 화산폭발지수일수록 분화가 증가하면 화쇄류는 더 멀리 퍼져 나간다. 칼데라 바깥쪽 북동쪽 산사면에 위치한 화구로부터의 화쇄류 발생은 화산폭발지수가 2에서 7로 증가함에 따라 각각 3.3 km, 4.6 km, 13.2 km, 24.0 km, 50.2 km, 83.4 km로 멀어진다. 본 연구 결과가 DB로 구축되면 백두산 인근 지역에서 화쇄류 발생으로 인한 인적, 물적 피해를 최소화하는 것을 목표로 하는 재해예방과 비상 관리 차원에서 매우 중요한 자료로 제공되어 질 것이다.

We assumed the situation where an eruption column had been formed by the explosive Plinian eruption from Mt. Baekdu and that the collapse of eruption column had caused pyroclastic density currents to occur. Based on this assumption, we simulated by using a Titan2D model. To find out about the range of the impacts of pyroclastic density currents by volcanic eruption scenarios, we studied the distance for the range of the impacts by VEIs. To compare the results by each volcanic eruption scenario, we set the location of the vent on the 8-direction flank of the outer rim and on the center of the caldera, the internal friction angle of the pyroclastic density currents as $35^{\circ}$, the bed friction angle as $16^{\circ}$. We set the pile height of column collapse and the vent diameter with various VEIs. We properly assumed the height of the column collapse, the diameter of the vent, the initial rates of the column collapse and the simulation period, based on the VEIs, gravity and the volume of the collapsed volcanic ash. According to the comparative analysis of the simulation results based on the increase of the eruption, the higher VEI by the increase of eruption products, the farther the pyroclastic density currents disperse. To the northwest from the vent on the northeast slope of the outer rim of the caldera, the impact range was 3.3 km, 4.6 km, 13.2 km, 24.0 km, 50.2 km, 83.4 km or more from VEI=2 to VEI=7, respectively. Once the database has been fully constructed, it can be used as a very important material in terms of disaster prevention and emergency management, which aim to minimize human and material damages in the vicinity of Mt. Baekdu when its eruption causes the pyroclastic density currents to occur.

백두산에서는 2002년부터 화산성 지진활동의 증가, 정밀 수준측량 관측을 통한 지표면 팽창, 특정 화산가스 방출량의 증가, 온천수의 온도 증가 등 화산 전조활동이 활발해짐으로써 나타나는 전조현상들이 관측되었다. 이러한 관측결과 중 정밀 수준측량 데이터를 활용한 백두산 천지 칼데라 주변의 수직, 수평 지표변위 경향 분석을 통해 2002년 이후 2009년까지 지표가 팽창하는 경향을 나타냄으로써 백두산 지하 마그마 챔버의 부피가 증가하였음을 확인할 수 있었다. 이후 2010년을 기점으로 지표가 수축하는 경향을 나타내기도 하였으나 이후 다시 팽창하는 경향을 나타냄을 확인할 수 있었다. 북측 사면에서 2002년부터 2003년까지 칼데라 외륜산 일대의 지표면이 46.33 mm 융기 팽창한 것을 바탕으로 지하 마그마 챔버의 부피 변화량을 계산해 보면, 약 0.008 $km^3$ ($7.7-8.0{\times}10^6m^3$)의 부피가 증가한 것으로 계산되었다. 이는 백두산 산정부로부터 지하 약 5 km 지점에 천처 마그마 챔버가 형성되고 0.008 $km^3$의 마그마가 주입된 것으로 해석된다.

There have been a number of observed precursors of volcanic activities- such as volcanic earthquake, surface inflation, specific volcanic gas emission, temperature of hot spring- at Mt. Baekdusan since 2002. We identified the increase of the volume of magma chamber beneath Mt. Baekdusan as we observed an inflation trend of vertical and horizontal surface displacement around Cheonji caldera lake by using precise leveling data from 2002 to 2009. The surface displacement trend changed to deflation in 2010, and the trend changed to inflation again after a while. Utilizing the data of inflated surface (46.33 mm) on the northern slope of Mt. Baekdusan from 2002 to 2003, we calculated the volume change of magma chamber beneath the Mt. Baekdusan. The volume change was about 0.008 $km^3$ ($7.7-8.0{\times}10^6m^3$) from 2002 to 2003. It indicated that a new magma (0.008 $km^3$) injected to the magma chamber 5 km below Mt. Baekdusan.