Caltech 연구원들은 휴화산인 캘리포니아의 Long Valley Crater에서 증가된 지진 활동을 조사하기 위해 첨단 영상 기술을 사용했습니다. 그들의 결과는 이 지역이 대규모 폭발 직전은 아니지만 냉각 과정으로 인해 지진 활동을 겪고 있음을 시사합니다.
1980년대부터 연구자들은 캘리포니아 시에라 네바다 산맥 동쪽 지역에서 지진이 자주 발생하고 땅이 매년 거의 0.5인치씩 부풀어오르는 기간을 특징으로 하는 뚜렷한 불안정 기간을 관찰해 왔습니다. 롱 밸리 칼데라(Long Valley Caldera)로 알려진 이 지역이 거대한 휴화산 꼭대기에 자리잡고 있기 때문에 이러한 활동이 우려됩니다. 롱 밸리 분화구(Long Valley Crater)는 760,000년 전에 650 입방 킬로미터의 화산재를 공중으로 뿜어낸 격렬한 폭발로 형성되었습니다. 이는 로스앤젤레스 지역 전체를 1 킬로미터 두께의 퇴적층으로 덮기에 충분한 양입니다.
획기적인 이미징을 통해 내부 이야기가 드러납니다.
화산 활동은 지난 수십 년 동안 점점 더 빈번해졌습니다. 그 이유는 무엇입니까? 해당 지역이 또 다른 발병을 준비하고 있는 것은 아닐까? 아니면 증가된 활동은 실제로 대규모 폭발의 위험이 감소하고 있다는 신호입니까?
이러한 질문에 답하기 위해 Caltech 연구진은 지각 속 최대 10km 깊이에 도달하는 창구 분화구 지하에 대한 가장 상세한 이미지를 만들었습니다. 이 고해상도 이미지는 분화구 아래 지구의 구조를 보여주며, 최근의 지진 활동은 해당 지역이 냉각되고 가라앉으면서 방출되는 유체와 가스에 의해 발생했음을 시사합니다.
창구칼데라는 76만년 전 대규모 슈퍼화산 폭발이 일어난 곳이다. 창구 칼데라 표면 아래에서는 무슨 일이 일어났는가? 지역의 지하 환경을 이미지화하기 위해 지진파를 사용한 새로운 연구에 따르면 마그마 챔버가 냉각되고 있는 것으로 나타났습니다. 하지만 마그마가 결정화될 때 방출되는 가스와 액체는 지진을 일으킬 수 있습니다. 출처 : E.Biondi
이번 연구는 지구물리학 교수 Zhongwen Zhan(박사 14)의 연구실에서 진행됐다. 이 연구를 설명하는 논문은 10월 18일 Science Advances 저널에 게재되었습니다.
Zhan Zhongwen은 "우리는 이 지역이 또 다른 초화산 폭발을 준비하고 있다고 생각하지 않습니다. 그러나 냉각 과정에서 지진과 소규모 폭발을 유발할 수 있는 충분한 가스와 액체가 방출될 수 있습니다. 예를 들어 1980년 5월에는 이 지역에서 규모 6의 지진이 4차례 발생했습니다"라고 말했습니다.
고해상도 이미지는 화산의 마그마실이 액체 마그마가 냉각되어 굳을 때 형성되는 결정질 암석의 단단한 덮개로 덮여 있음을 보여줍니다.
혁신적인 이미징 기술
지하 이미지를 만들기 위해 연구자들은 지진으로 인해 발생하는 지진파를 측정하여 지하 환경이 어떤 모습인지 추론합니다. 지진은 1차 파동(P파)과 2차 파동(S파)의 두 가지 유형의 지진파를 생성합니다. 두 가지 유형의 지진파는 서로 다른 물질에서 서로 다른 속도로 이동합니다. 지진파는 액체와 같은 탄성 물질에서는 느리게 이동하지만 암석과 같은 단단한 물질에서는 매우 빠르게 이동합니다. 다양한 위치에서 지진계를 사용하면 파도의 시간 차이를 측정하고 파도가 통과하는 물질의 특성(탄력성 또는 강성 정도)을 확인할 수 있습니다. 이러한 방식으로 연구자들은 지하 환경의 그림을 만들 수 있습니다.
지진 발생원
둥산 지역에는 수십 개의 지진계가 있지만 연구원들이 사용하는 기술은 광섬유 케이블(예: 인터넷 제공 케이블)을 사용하여 분산 음향 감지(DAS)라는 프로세스인 지진 측정을 수행합니다. 창구 칼데라를 이미지화하는 데 사용되는 100km의 케이블은 단일 구성 요소 지진계 10,000개에 해당합니다. 1년 반 동안 팀은 케이블을 사용하여 2,000개 이상의 지진을 측정했는데, 그 중 대부분은 너무 작아서 사람들이 느낄 수 없었습니다. 기계 학습 알고리즘은 이러한 측정값을 처리하고 이미지를 생성합니다.
본 연구는 DAS를 사용하여 심도 있는 고해상도 이미지를 생성한 최초의 연구입니다. 이전의 국소 단층 촬영 연구 이미지는 약 5km 깊이의 얕은 지하 환경으로 제한되었거나 더 낮은 해상도에서 더 넓은 영역을 포함했습니다.
Caltech의 DAS 과학자이자 논문의 첫 번째 저자인 Ettore Biondi는 "이것은 DAS가 지구의 지각 역학에 대한 우리의 이해를 어떻게 바꿀 수 있는지에 대한 첫 번째 시연입니다."라고 말했습니다. "우리는 지하 환경에 대해 궁금한 다른 영역에 유사한 기술을 적용하게 되어 기쁩니다."
다음으로 팀은 200km 길이의 케이블을 사용하여 분화구의 마그마 챔버("고동치는 심장")가 냉각되고 있는 지각의 더 깊은 곳(아마도 15~20km 깊이)을 이미지화할 계획입니다.