타이페이가 문앞에서 활화산을 발견한 방법

대만의 수도는 문앞에서 활화산을 발견했을 때 위험한 징후가 있는지 모니터링하는 시스템을 급하게 구축했습니다. 병약한 황록색으로 물든 암석의 균열에서 증기가 뿜어져 나옵니다. 탁한 물웅덩이가 끓는 냄비처럼 거품을 냅니다. 날카로운 유황 냄새가 공기를 감쌉니다.

이 불타는 달의 풍경은 Xiaoyoukeng으로, Yangmingshan 국립공원의 인상적인 증기 분출구 모음으로, 타이페이 시 경계 내에 있는 11,000헥타르(42제곱마일)의 광대한 하이킹 코스 입니다.

Xiaoyoukeng은 공원의 지열 활동을 가까이서 볼 수 있는 최고의 장소입니다. 분기공(주전자의 주둥이에서 증기처럼 가스가 빠져나갈 수 있도록 하는 지표면의 자연 통풍구)과 온천이 있으며 일부는 1미터(39인치)입니다. 또는 경로에서.

수십 년 동안 대만 수도에 거주하는 대부분의 사람들은 이렇게 멋진 국립공원이 문 앞에 있다는 것이 행운이라고 생각했습니다. 지질학자들은 공원에 약 20개의 봉우리가 있는 Datun(때로는 Tatun으로 표기) 화산 그룹에 대해 알고 있었지만 분기구와 온천은 단순히 불타던 과거의 잔재일 뿐이라고 생각했습니다. 분출에 대한 역사적 기록이 없기 때문에 그룹이 멸종되었으며 더 이상 위험을 초래하지 않는다는 견해가 받아들여졌습니다.

최악의 경우 폭발 시나리오에서 뜨거운 용암이 공원 기슭의 주거 정착지를 집어삼킬 수 있는 반면 도시는 소용돌이치는 화산재 구름으로 뒤덮일 수 있습니다.

그러나 2017년 2월, 미디어는 대만 화산 천문대 책임자인 Lin Cheng-Horng의 최근 논문에서 Datun 아래 에 활화산의 특징인 마그마 챔버가 있다고 주장 했다고 ​​보도했습니다. 고층 빌딩, 바, 레스토랑이 즐비한 타이베이 시내는 단 15km(9마일) 떨어져 있습니다. 타이베이와 신베이 시의 500만 명이 폭발의 영향을 받을 수 있는 거리에 있습니다. 최악의 경우 폭발 시나리오에서 뜨거운 용암이 공원 기슭의 주거 정착지를 집어삼킬 수 있고 도시는 소용돌이치는 화산재 구름으로 뒤덮일 수 있습니다. 배후에서 대만 정부는 행동에 나섰다. 첫째, 과학자들에게 화산과 위험에 대해 가능한 한 많이 알아내도록 명령했습니다. 그런 다음 2018년 5월 기상 및 예보 기관인 CWB(Central Weather Bureau)에 과학자, 정부 기관 및 공무원과 협력하여 조기 경보 시스템을 위한 절차를 마련하도록 지시했습니다. 약 2년 후인 2020년 9월에 대중에게 공개되었습니다.

Datun 화산 그룹의 20개 봉우리 중 하나가 폭발하면 타이베이는 소용돌이치는 화산재 구름으로 뒤덮일 수 있습니다(Credit: Sean Pavone/Alamy)

Xiaoyoukeng의 화산에 대해 우리가 알고 있는 대부분은 지난 20년 동안 화산을 연구하는 데 바친 Lin의 덕분입니다. 지난 10년 동안 대만 화산에 관한 대부분의 학술 문헌에는 그의 이름이 등장했으며 , 정부가 처음으로 정부를 들썩이고 주목하게 만든 것은 마그마 챔버의 존재를 증명하는 그의 2016년 논문 이었습니다. "다들 저를 화산을 연구하는 사람으로 알고 있어요." 그가 웃으며 말했다.

린의 첫인상은 거대한 검은색 골프 우산을 들고 웃고 있는 할아버지의 모습입니다. 그는 Yangmingshan의 Datun 근처에 있는 Taiwan Volcano Observatory의 문에서 비를 맞으며 환한 모습을 잘라냅니다.

Lin은 원래 지진에 관심이 있었지만 약 20년 전 화산학으로 방향을 틀었습니다. 그의 관심은 Datun이 결국 멸종되지 않았음을 보여주는 새로운 연구에 의해 촉발되었습니다. 연구원들은 화산의 온천에서 방출되는 가스에 대해 이상한 점 을 발견 했습니다. 맨틀의 지하 깊숙한 곳에서 유래하는 동위원소인 헬륨-3가 너무 많았습니다. 과학자들은 헬륨을 " 마그마 작용의 탁월한 추적자 "로 보고 있으며, 헬륨-3이 너무 많이 존재하면 화산 활동을 암시합니다.

2003년에 Lin은 화산 상태를 조사하기 위한 표준 접근 방식인 지진계를 공원 전체에 설치 하는 소규모 연구 를 주도했습니다. 그는 매우 독특한 자취를 가진 많은 지진 활동을 기록했을 때 놀랐습니다. "이전에는 이런 종류의 파형을 본 적이 없습니다."라고 그는 말합니다. 그는 그것들을 100개가 넘는 화산이 있는 일본의 동료 과학자들에게 보냈습니다. "그들은 이것이 활화산의 신호라고 나에게 말했습니다."라고 그는 말합니다. 화산 활동을 가리키는 증거가 쌓여가고 있었지만 그것은 여전히 ​​부수적인 믿음이었습니다.

관광객들이 타이베이 시 경계 내에 있는 광대한 하이킹 코스인 Yangmingshan 국립공원의 Cising Mountain 정상에 도달합니다. (Credit: Stockinasia/Alamy)

태평양 불의 고리 에 위치한 대만 에서는 연간 약 1,000번의 지진 이 감지되고 감지할 수 없는 지진이 수천 번 발생합니다. Lin은 이 강렬한 지진을 이용하여 지하에서 무슨 일이 일어나고 있는지 추론했습니다.

그는 떨림에 의해 생성되는 두 가지 특정 파형, 즉 1차(또는 P) 및 전단(또는 S) 파에 초점을 맞췄습니다. 이것은 액체가 S파를 차단하고 P파를 느리게 하기 때문에 지표 아래의 모든 액체 영역(가능한 마그마 챔버를 나타냄)을 감지하는 데 사용할 수 있습니다. 이 방법은 과학자들이 100여 년 전에 약 2,900km(1,800마일) 아래에 있는 지구의 외핵이 액체임을 보여주기 위해 사용한 것과 동일합니다.

나는 꽤 무서웠다. 어떻게 그것이 사실일 수 있습니까? 어렸을 때부터 멸종되었다고 들었습니다 – 패트릭 루

Lin은 실제로 Datun의 지진계에서 P파가 공원의 다른 곳에서 감지된 지진계에 비해 지연되고 S파가 전혀 도착하지 않고 다른 지진계에 나타나는 것을 알아차렸습니다. 그의 계산에 따르면 화산군 아래에 마그마 챔버가 있고 그 위에 열수 저장소(물과 증기로 구성됨)가 있음이 밝혀졌습니다.

"이것은 이것이 활화산이라는 주요 증거였습니다."라고 그는 말합니다. "연구원으로서 증거가 있다는 사실에 기뻤지만 한편으로는 언젠가는 재앙이 닥칠 수 있다는 사실이 걱정스러웠습니다."

그러나 Datun 근처에 사는 대중에게는 헤드라인이 충격적이었습니다. 화산과 가까운 주거 지역인 Tianmu에 사는 두 아이의 아버지 Patrick Lu는 처음 소식을 들었을 때의 기분을 기억합니다. "나는 꽤 무서웠다"고 그는 회상한다. "그게 어떻게 사실이야? 어렸을 때부터 멸종했다고 들었어."

화산학자 Lin Cheng-Horng은 지난 20년 동안 Xiaoyoukeng의 화산을 연구하는 데 일생을 바쳤습니다(Credit: Dinah Gardner).

발견에 놀란 정부는 Lin과 그의 팀에게 비상 경보 시스템을 구축하는 데 필요한 기초 작업에 필수적인 분화의 징후와 위험을 이해할 수 있도록 마그마 챔버에 대한 더 많은 정보를 수집할 것을 요청했습니다. 그들이 마그마 챔버에 대해 더 많이 이해할수록 분출이 언제 어디서 일어날지 알기가 더 쉬울 것입니다. "문제는 우리가 마그마 챔버가 얼마나 깊고 얼마나 큰지 알지 못했다는 것이었습니다. 우리는 상세한 기하학을 알지 못했습니다."라고 Lin은 말합니다.

그들은 대만 북부에 146개의 광대역 지진 관측소를 배치하여 국지적 진동을 포함하여 모든 방향에서 발생한 최대 지진 수를 기록하여 일본과 하와이처럼 멀리 떨어진 곳에서 발생하는 지진을 원격 이벤트라고 합니다.

"우리는 데이터를 매우 자세하게 수집하기 위해 수천 개의 지진 이벤트가 필요했고 전체 그림을 구축하기 위해 모든 다른 각도에서 그것들이 필요했습니다."라고 Lin이 설명합니다. 하지만 몇 년 안에 그들은 충분한 정보를 얻었습니다. 나쁜 소식이었습니다. 방은 그들이 생각했던 것보다 얕고 컸습니다. 대략 원기둥 모양으로 꼭대기의 깊이는 8km(5마일), 지름은 약 12km(7.5마일), 높이는 약 12km(7.5마일)입니다.

마그마의 움직임은 매우 느립니다. 하루 만에 일어나지 않고 일주일 또는 한 달이 걸릴 수 있습니다 – Lin Cheng-Horng

지진 데이터 외에도 Lin과 그의 팀은 마그마 활동의 조기 경고 신호인 물성 활동에 대해 듣기 시작했습니다. 마그마 챔버의 일정한 열은 지하의 가스를 암석의 도관을 통해 위로 이동시켜 폭발적으로 표면을 뚫을 때까지 만듭니다. 큰 phreatic 분출에서는 암석, 화산재 및 기타 파편도 분출됩니다.

초저주파 센서를 사용하여 팀은 Lin이 약 7km(4.3마일) 떨어진 두 분기점 사이의 "대화"라고 설명하는 것을 포착했습니다. 여기 에서 100배 빨라진 부분을 들을 수 있습니다 . Lin은 그 소리가 "머리 위로 날아가는 제트기와 같다"고 말했습니다. 이 대화는 화산이 폭발적으로 분출할 수 있다는 더 많은 증거 로 해석되었습니다 .

2018년까지 정부는 Lin의 발견에 대해 충분히 우려하여 중앙기상국(CWB)에 조기 경보 시스템을 설치하도록 명령했습니다. Lin이 이끄는 대만 화산 관측소(Taiwan Volcano Observatory)는 다가오는 분화를 나타내는 실시간 증거를 모니터링하는 시스템을 설계하고 구축하는 임무를 맡았습니다. 한편, CWB는 데이터를 기반으로 가능한 대피와 같은 결정을 내리기 위해 정부 기관, 시 공무원 및 학자와 협력하는 메커니즘을 설정할 것입니다.

Xiaoyoukeng의 모니터링 장비에는 GPS 센서(녹색 돔), 지하 지진계(왼쪽에 두 개의 은색 드럼으로 표시) 및 기울기계(제공: Dinah Gardner)가 있습니다.

관측소는 관측소에 일정한 데이터를 다시 제공하는 Yangmingshan 지진 네트워크라고 하는 약 40개의 관측소로 구성된 조밀한 배열을 설정했습니다. 마그마가 상승하기 시작하면 어레이가 쉽게 포착할 수 있는 여러 개의 국부적 진동을 유발할 것이라고 Lin은 말합니다. 숫자가 갑자기 증가하면 즉시 경고가 울립니다.

다른 두 가지 주요 데이터 소스는 측지선(지구 표면 곡선의 모든 변화)과 분출구에서 방출되는 유체 및 가스의 화학적 구성입니다. Lin의 팀은 Dayoukeng, Xiaoyoukeng 및 Huangzuishan(지진 활동이 가장 활발한 위치)의 폭발 가능성이 가장 높은 지점 근처에 10개 이상의 GPS 스테이션을 설치했으며 다음과 같은 표지 화합물 및 동위원소의 농도와 밀도를 지속적으로 측정하기 위해 온천과 분기공에 장치를 설치했습니다. 이산화탄소와 헬륨.

글로벌 관점에서 모니터링 시스템은 상당히 표준적입니다. 미국 스미스소니언 연구소(Smithsonian Institution)의 지질학자 엘리자베스 코트렐(Elizabeth Cottrell)은 "과학자들은 일반적으로 화산 폭발을 예측하기 위해 화산의 지진, 변형, 가스 배출 증가를 찾고 있다"고 말했다.

Lin의 팀이 Yangmingshan 경사면에 장비를 설치하는 동안 CWB는 조기 경보 시스템의 물류를 만들기 시작했습니다. CWB 지진 센터의 연구원이자 Lin의 전 대학원생인 Pu Hsin-Chieh가 그 팀의 일원이었습니다. 그는 대만의 화산 폭발의 위험을 새롭게 이해했기 때문에 그와 국정원 동료들이 당시 느꼈던 스트레스를 기억합니다. "Datun 화산 그룹에는 화산 폭발에 대한 현대적인 기록이 없었기 때문에 적절한 조기 경보 시스템을 설계하는 것이 어려웠습니다."라고 그는 말합니다.

위기감이 지방자치단체로 확산됐다. 그러나 Pu와 그의 팀이 조기 경보 시스템 작업을 시작하라는 명령을 받기 몇 주 전인 2018년 초에 타이페이가 도시 최초의 화산 훈련을 실시했을 때 대중에게 미리 알리는 것을 잊었습니다. 시의 소방서는 화산 근처에 거주하는 주민들에게 집에서 대피하라는 SMS 경보를 보냈습니다. 테스트 훈련이었다는 사실은 메시지 말미에만 언급됐다. 당시 한 뉴스 보도 는 공포에 대해 설명했으며 한 사람은 온라인에 "겁에 질려 죽음에 이르렀다"고 게시했습니다.

Dayoukeng 화산의 분기공에서 약 100C의 온도를 가진 온천이 분출합니다 (Credit: Taiwan Volcano Observatory)

조기 경보 시스템 하에서 정기적인 회의는 서로 다른 파트너의 "태스크 포스"에 의해 개최됩니다. 데이터에 화산 활동의 징후가 있다고 생각하면 일련의 회의가 시작됩니다. 첫째, 태스크포스는 학자들로 구성된 전문가 위원회와 협의할 것이다. 화산 폭발의 증거가 여전히 쌓이면 중앙정부, 타이베이시, 신베이시 정부 관계자들이 개입할 것입니다.

문자 메시지는 2018년 모의 훈련에서와 같이 대중에게 계속 정보를 제공할 것입니다. 대만인들은 지진과 태풍과 같은 일반적인 위협에 대해 이러한 "대통령 경보"를 받는 데 익숙합니다. "모든 것이 정상임"에 대한 레벨 1(녹색)의 색상으로 구분된 경고도 설계되었습니다. 레벨 2(노란색)는 다가오는 분화의 징후가 있을 수 있음을 경고합니다. 및 레벨 3(빨간색), 분화가 발생했거나 임박했음을 경고합니다. 지금까지 레벨이 녹색 이상으로 올라간 적이 없다고 Pu는 말합니다.

Pu가 나에게 보여주는 순서도에 모두 나와 있습니다. 데이터가 이상할 경우 이러한 모든 회의에 시간이 얼마나 걸리냐고 묻자 그는 자의식으로 웃는다. "매우 빠를 수 있다고 생각하지만 이전에는 그런 적이 없었습니다."

그러나 모든 조기 경보 시스템은 측정 중인 전구체가 재해가 발생하기 훨씬 전에 감지되어야만 효과적입니다. Lin은 Datun의 경우 TVO가 며칠, 심지어 몇 주 안에 화산 활동을 예측할 수 있을 것이라고 확신합니다. "마그마의 움직임은 매우 느립니다. 하루 만에 일어나지 않고 일주일 또는 한 달이 걸릴 수 있습니다."라고 그는 말합니다.

화산은 우리가 아무리 감시하더라도 여전히 우리에게 상당한 놀라움을 줄 수 있는 매우 복잡한 시스템입니다. – Kostas Konstantinou

그러나 일부 다른 과학자들은 주의를 촉구합니다. Cottrell은 화산이 언제 폭발할지 아는 것이 항상 가능한 것은 아니라고 말합니다. "전구체 활동과 분화 절정 사이의 경과 시간은 매우 다양합니다."라고 그녀는 말합니다. "과학자들은 분출이 일어나기 몇 분에서 몇 년 전에 발생한 전조 사건을 문서화했습니다."

Lin과 함께 Datun에 지진계를 설치하는 초기 작업에 참여했던 대만 국립중앙대학교의 화산학자인 Kostas Konstantinou는 Datun이 훨씬 더 일찍 명확한 신호를 줄 것이라고 확신할 수 없다는 데 동의합니다. "자연은 당신의 규칙에 따라 움직이는 것이 아니라 자체 규칙을 따릅니다."라고 그는 경고합니다. "화산은 매우 복잡한 시스템입니다. 우리가 아무리 모니터링하더라도 여전히 상당한 놀라움을 줄 수 있습니다."

그러나 이전에 콜롬비아 칼다스 대학에서 화산 근처의 위험 지역을 연구한 구조 지질학자인 Caroline Whitehill은 화산 폭발에 대한 예측에 대해 더 낙관적입니다. 그녀는 "예측에 대한 진술을 하는 경향은 상당히 보수적입니다."라고 말합니다. "비공식적으로는 대부분의 경우 분화하기 몇 주 또는 몇 달 전에 모니터링되는 화산의 분화를 예측할 수 있다고 생각합니다."

일부 화산은 경고 신호를 보내는 반면 다른 화산은 그렇지 않은 이유는 잘 이해되지 않지만 확실한 것은 Datun이 초기 선구자를 보여주는 종류라면 천문대 시스템이 가능한 한 훌륭하다는 것입니다.

타이베이와 신베이 시의 500만 명이 Datun Tatun Volcano Group의 분화 영향에 충분히 도달할 수 있을 것입니다(제공: Marko Reimann/Alamy)

Lin은 Datun이 평생에 폭발할 것 같지 않다고 말합니다. 그는 화산 폭발이 10-20%로 훨씬 더 가능성이 높다고 경고하지만 그는 앞으로 몇 십 년 동안 마그마틱 사건의 가능성을 약 1%로 보고 있습니다. phreatic 분출은 빛나는 용암의 폭포와 함께 마그마 사건만큼 상상력을 사로 잡지는 않지만 여전히 치명적일 수 있습니다. 2014년 일본 온타케 화산이 폭발 해 인근에서 하이킹 을 하던 60명 이상이 숨졌습니다 .

Konstantinou는 Yangmingshan의 열수 시스템을 종기에 덮인 물 냄비와 같이 설명합니다. 지진이나 산사태는 시스템의 압력을 낮추고 화산 폭발을 일으킬 수 있으며 암석이 총알처럼 날아갈 수 있다고 그는 말합니다. "위험은 매우 현실적입니다. 언제든지 일어날 수 있습니다."

2018년에 공동 저술 한 논문 에서 Konstantinou는 Xiaoyoukeng의 하이킹 코스와 도로가 화산 폭발로 분출될 가능한 암석 범위 내에 있다고 계산했습니다. 그는 "일요일에 사람들이 모두 외출하고 날씨가 좋은 날이면 분기구 사진을 찍으면 사상자가 많을 것"이라고 경고했다.

Phreatic 분출은 예측하기 어려운 것으로 악명이 높지만 Lin은 수직 레벨의 작은 변화를 측정하는 경사계와 다른 기기를 사용한 모니터링이 여전히 도움이 될 수 있다고 말합니다. "틸트미터, 지구화학적 관측 및 초저주파 신호와 같은 다양한 데이터에 초점을 맞춘다면 여전히 이상 징후를 감지할 수 있는 좋은 기회가 있습니다."

"이론적으로는 기회가 있습니다."라고 Pu가 말했습니다. "실제 상황에서는 모릅니다."