화산호 (지형)

화산호(火山弧, volcanic arc)는 마그마호(magmatic arc)라고도 불리며 섭입하는 해양 판 위에 형성된 화산들의 띠로, 위에서 보면 호 모양으로 배열되어 있다. 화산호는 일반적으로 해구와 평행하게 놓여 있으며, 해구보다 섭입판에서 더 멀리 떨어져 있다. 해양판은 운모, 각섬석, 사문석과 같은 함수 광물 형태로 대부분 물로 포화되어 있다. 해양판이 섭입하면 깊이가 깊어질수록 압력과 온도가 증가한다. 열과 압력은 판에 있는 함수 광물을 분해하여 위에 있는 맨틀로 물을 방출한다. 물과 같은 휘발성 물질은 맨틀의 녹는점을 급격히 낮추어 맨틀의 일부가 녹아 위에 있는 판 아래 깊은 곳에 마그마를 형성하게 한다. 마그마는 상승하여 섭입대와 평행하게 화산호를 형성한다.

화산호는 판의 중간에 있는 열점 위에 형성된 화산 사슬과는 다르다. 판이 열점 위로 이동함에 따라 화산들은 종종 연이어 형성되며, 따라서 화산들은 사슬의 한쪽 끝에서 다른 쪽 끝으로 나이가 진행된다. 하와이 제도는 전형적인 열점 사슬을 형성하며, 북서쪽에 오래된 섬들이 있고, 불과 40만년 된 하와이섬 자체는 열점 위의 사슬의 남동쪽 끝에 위치한다. 화산호는 일반적으로 이러한 단순한 연령 패턴을 보이지 않는다.

화산호에는 두 가지 유형이 있다.

 해양내부호(원시호)는 해양 지각이 인접한 판의 다른 해양 지각 아래로 섭입하여 화산 열도를 형성할 때 발생한다.
 대륙 호는 해양 지각이 인접한 판의 대륙 지각 아래로 섭입하여 호 모양의 산맥을 형성할 때 발생한다.

어떤 상황에서는 단일 섭입대가 그 길이 전체에 걸쳐 두 가지 양상을 모두 보일 수 있는데, 이는 판의 일부가 대륙 아래로 섭입하고 일부는 인접한 해양 지각 아래로 섭입하기 때문이다. 알류샨 열도와 인접한 알래스카반도는 이러한 섭입대의 예이다.

화산호의 활성 전선은 특정 시점에 화산 작용이 발달하는 벨트이다. 활성 전선은 시간이 지남에 따라(수백만 년) 이동할 수 있으며, 해구로부터의 거리와 폭이 변한다.

판 구조론적 배경

화산호는 섭입대의 일부로, 호해구 복합체의 일부이며 지구 표면에서 볼 수 있다. 섭입대는 상대적으로 얇고 밀도가 높은 해양 지각으로 구성된 판이 밀도가 낮은 상부 판 아래로 맨틀로 가라앉는 곳이다. 상부 판은 다른 해양판이거나 대륙판일 수 있다. 섭입하는 판, 즉 슬래브는 비스듬히 맨틀로 가라앉으며, 슬래브와 상부 판 사이에 맨틀 쐐기가 형성된다.

섭입하는 판과 상부 판 사이의 경계는 깊고 좁은 해구와 일치한다. 이 해구는 상대적으로 밀도가 높은 섭입판이 판의 선단부를 아래로 당기는 중력에 의해 생성된다. 섭입하는 슬래브 내부에서는 여러 지진이 발생하며, 진원은 열도 아래 깊이가 증가함에 따라 더 깊어지는 경향을 보인다. 이 지진들은 베니오프대를 정의한다. 화산호는 섭입판이 대략  깊이에 도달하는 지점 위에 있는 상부 판에 형성되며, 너비는 인 화산 활동 지대이다.

화산호의 형태는 일반적으로 섭입판을 향해 볼록하다. 이것은 지구의 구형 기하학적 형태의 결과이다. 섭입판은 유연한 얇은 구형 껍질처럼 행동하며, 이러한 껍질은 찢어지거나 주름지지 않고 각도 θ만큼 아래로 구부러질 수 있는 원의 반경이 θ/2인 경우에만 가능하다. 이것은 섭입 슬래브가 더 얕은 각도로 내려가는 호가 더 심하게 곡선일 것임을 의미한다. 쿠릴 열도, 알류샨 열도, 순다호와 같이 슬래브가 약 45도 각도로 섭입하는 눈에 띄는 호는 반경이 약 20~22도이다.

화산호는 상부 판이 대륙 지각인 경우(안데스형 호)와 상부 판이 해양 지각인 경우(해양내부호 또는 원시호)로 나뉜다. 호 아래의 지각은 평균 대륙 지각 또는 해양 지각보다 최대 두 배 두껍다. 안데스형 호 아래의 지각은 최대  두께이고, 해양내부호 아래의 지각은  두께이다. 충상 단층과 마그마 하부 충진 모두 지각의 두꺼워짐에 기여한다.

화산호는 칼크-알칼리 마그마의 폭발적인 분출이 특징이지만, 젊은 호는 때때로 톨레아이트 마그마를 분출하기도 하고 일부 호는 알칼리 마그마를 분출한다. 칼크-알칼리 마그마는 해령에서 흔히 볼 수 있는 톨레아이트 마그마와는 알루미늄 함량이 높고 철 함량이 낮다는 점에서 구별될 수 있으며 지르코늄, 나이오븀, 하프늄, 희토류 원소, 토륨, 우라늄, 탄탈럼과 같은 고장력 원소에 비해 칼륨, 루비듐, 세슘, 스트론튬, 바륨과 같은 대이온 리토필 원소 함량이 높다는 점에서 구별된다. 안산암은 화산호의 특히 특징적인 암석이지만, 때로는 지각 확장 지역에서도 발생한다.

암석 기록에서 화산호는 폭발적인 화산 활동으로 형성된 두꺼운 화산쇄설암층이 그레이와케와 이암과 층상으로 나타나고 칼크-알칼리 성분을 통해 식별할 수 있다. 변성 작용과 성분 변형(변성 교대 작용)을 겪은 더 오래된 암석에서는 칼크-알칼리암이 크로뮴이나 타이타늄과 같이 변형에 거의 영향을 받지 않는 미량 원소 함량이 낮다는 점에서 구별할 수 있다. 화산암은 쉽게 풍화되고 침식되기 때문에, 오래된 화산호는 호 아래에서 형성된 암석인 플루톤 암석(예: 시에라네바다 저반) 또는 퇴적 기록에서 쇄설성 사암으로 나타난다. 고온-저압 변성대가 저온-고압 변성대와 평행하게 위치하는 짝변성대는 고온-저압대가 화산호에 해당하는 고대 호해구 복합체를 보존한다.

암석학
섭입대에서 섭입한 슬래브에서 물이 빠져나가면서 상부 맨틀의 부분용융을 유도하고 저밀도의 칼크-알칼리 마그마를 생성한다. 이 마그마는 부력으로 상승하여 상부 판의 암석권을 관입하고 분출한다. 슬래브에 의해 아래로 운반되는 대부분의 물은 운모, 각섬석, 사문암 광물과 같은 함수(물을 함유한) 광물에 포함되어 있다. 섭입판에서 물은 온도와 압력이 이 광물들을 분해하고 물을 방출하기에 충분해질 때 손실된다. 물은 슬래브 위에 있는 맨틀 쐐기로 상승하여 맨틀 암석의 녹는점을 낮추어 마그마가 생성되는 지점까지 이른다.

일반적인 메커니즘에 대해서는 광범위한 합의가 있지만, 해구에서 어느 정도 떨어진 좁은 호를 따라 집중된 화산 활동에 대한 설명에 대한 연구는 계속되고 있다. 해구에서 화산호까지의 거리는 얕은 각도로 섭입하는 슬래브의 경우 더 길며, 이는 풍부한 함수 광물의 분해에 대한 임계 깊이에 슬래브가 도달할 때 마그마 생성이 일어난다는 것을 시사한다. 이는 화산호를 따라 집중된 화산 활동을 설명하는 상승하는 "수분 커튼"을 생성할 것이다. 그러나 일부 모델은 물이 얕은 깊이에서부터 까지 슬래브에서 지속적으로 방출되며, 얕은 깊이에서 방출된 물의 대부분은 상부 맨틀 쐐기의 사문암화를 생성한다고 제안한다. 한 모델에 따르면, 물 함량의 약 18~37%만이 호 마그마 활동을 생성하기에 충분한 깊이에서 방출된다. 화산호는 용융 정도가 마그마가 공급 암석에서 분리될 수 있을 만큼 충분히 커지는 깊이로 해석된다.

현재 섭입하는 슬래브는 화산호 아래  사이의 어느 곳에나 위치할 수 있으며, 단일한 특징적인 깊이인 약 가 아니라는 사실이 알려져 있으며, 이는 호 마그마 활동에 대한 더 정교한 모델을 필요로 한다. 예를 들어, 적당한 깊이에서 슬래브에서 방출된 물은 맨틀 쐐기의 하부에서 각섬석 광물과 반응하여 수분 함량이 높은 클로라이트를 생성할 수 있다. 이 클로라이트가 풍부한 맨틀 암석은 섭입하는 슬래브에 의해 아래로 끌려가 결국 분해되어 호 마그마 활동의 원천이 된다. 호의 위치는 섭입 각도와 속도에 따라 달라지는데, 이는 함수 광물이 분해되는 위치와 방출된 물이 위에 있는 맨틀 쐐기의 녹는점을 용융에 충분할 만큼 낮추는 위치를 결정한다.

화산호의 위치는 맨틀 쐐기 끝에 있는 시원하고 얕은 모서리의 존재에 의해 결정될 수 있는데, 여기서 맨틀 암석은 위에 있는 판과 슬래브 모두에 의해 냉각된다. 시원하고 얕은 모서리는 용융을 억제할 뿐만 아니라 높은 강성으로 인해 형성된 마그마의 상승을 방해한다. 호 화산 활동은 슬래브가 시원하고 얕은 모서리 아래에서 벗어나면서 마그마가 생성되어 더 따뜻하고 덜 단단한 맨틀 암석을 통해 상승할 수 있도록 하는 곳에서 발생한다.

마그마는 넓은 지역에서 생성될 수 있지만, 상부 판 기저부의 투과성 장벽에 의해 좁은 화산호로 집중될 수 있다. 수치 시뮬레이션은 상승하는 마그마의 결정화가 이 장벽을 생성하여 남아있는 마그마가 장벽의 정점에 있는 좁은 띠에 모이게 한다고 제안한다. 이 좁은 띠는 위에 있는 화산호에 해당한다.

예시
해양 열도의 두 가지 고전적인 예로는 서태평양의 마리아나 제도와 서대서양의 소앤틸리스 제도가 있다. 북미 서부의 캐스케이드 화산호와 남미 서부 가장자리의 안데스산맥은 대륙 화산호의 예이다. 양쪽 특성을 모두 가진 화산호의 가장 좋은 예는 북태평양에 있는데, 알류샨 열도와 그 연장선인 알래스카반도의 알류산산맥으로 구성된 알류샨호와 쿠릴 열도 및 남부 캄차카반도를 포함하는 쿠릴-캄차카호가 있다.

대륙 호

 캐스케이드 화산호
 알래스카반도 및 알류산산맥
 캄차카
 안데스산맥
 북부 화산대
 중부 화산대
 남부 화산대
 남극 화산대
 중앙아메리카 화산호
 트랜스멕시코 화산대

열도

 태평양 
 알류샨 열도
 쿠릴 열도
 일본 북동부 호
 일본 열도 (난세이 제도 포함)
 이즈-보닌-마리아나 호:
 이즈 제도
 보닌 제도
 마리아나 제도
 루손 화산호
 필리핀
 통가 및 커르머덱 제도
 솔로몬 제도

 인도양 
 안다만 제도 및 니코바르 제도
 멘타와이 제도
 순다호
 소순다 열도
 타님바르 제도 및 카이 제도
 마스카렌 제도

 지중해 
 에올리에 제도
 남에게 화산호

 대서양 
 리워드앤틸리스 제도를 포함한 소앤틸리스 제도
 스코샤호
 사우스샌드위치 제도

고대 열도

 인술라 섬
 인터몬테인 섬
 사할린 섬 호

 같이 보기 
 배호분지
 열도
 섭입대 변성작용
 화산 지대
 화산섬

 각주 

 외부 링크 
 Subduction Zone Volcanism 
 Tectonics and Volcanoes of Japan 
 USGS: Island-Arc, Oceanic, and Continental Volcanoes

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