Studies of volatile geochemistry in SNU

-서울대학교에서의 휘발성 성분 지화학 연구-

이현우

서울대학교 지구환경과학부 화산학∙휘발성 성분 연구실

본 발표에서는 서울대학교 지구환경과학부에서 2018년부터 지금까지 지난 9년간 수행한 휘발성 성분(volatiles) 지화학 연구들에 대한 소개를 하고자 한다. 휘발성 성분은 지표에서 주로 기체로 존재하는 성분들로 물, 이산화탄소, 질소, 메탄, 헬륨 등으로 구성된다. 원시적인 휘발성 성분(primordial volatiles)은 태양계의 생성 초기에 지구가 형성될 때 유입되어 지금까지 지구 심부(deep Earth)에 잔존하고 있다. 반면에 지각 및 지표의 프로세스들로 형성된 휘발성 성분은 지구가 진화하는 오랜 시간 동안 섭입(subduction)과 같은 판구조적 활동(tectonic processes)을 통해 맨틀로 유입되었다. 이는 현재 지구 맨틀의 지화학적 불균질성(geochemical heterogeneity)을 초래하였으며 화산활동 및 단층을 통해 다양한 지화학적 성분을 나타내면서 배출되고 있다. 이러한 특성을 고려하여, 우리 연구실에서는 먼저 동아시아의 신생대 마그마의 기원에 대한 규명을 하고자 하였다. 우리는 울릉도, 독도, 제주도 등의 우리나라 화산에서 암석과 가스 시료 내에 함유된 헬륨 및 이산화탄소의 탄소동위원소 분석을 수행하여 화산들을 형성한 마그마의 기원이 암석권 맨틀(lithospheric mantle)의 기여가 크다는 것을 제시하였다. 또한, 경주 및 포항 지진이 발생한 우리나라의 동남권에서 단층관련 유체 내 맨틀 기원 휘발성 성분이 배출되는 것을 보고하였다. 이후, 한반도 하부 60 Km 깊이에서 광범위한 지진파 저속도층(low velocity zone)이 있다는 것을 주목하여 전국적으로 단층 유체 내에 높은 맨틀 기여도를 근거로 연약권 맨틀의 광역적인 상승(asthenosphere upwelling)이 발생하고 있음을 제안하였다. 최근에는 섭입대, 배호분지, 중앙해령을 아우르는 다양한 판구조 환경에서 유리질 현무암과 함수광물 시료들을 이용하여 물의 심부 순환을 규명하기 위한 휘발성 성분 함량 및 수소동위원소 분석을 수행하고 있다. 향후, 금성의 화산활동 규명, 가스형 행성 및 위성에서의 휘발성 성분을 측정할 수 있기를 기대하고 있다.