일반명: 방추형으로 생성된 화산탄(volcanic bombs) 230413-2

암석명: 화산쇄설물(pyroclastic material)

분류명: 방추체, 아몬드/회전형 폭탄(Spindle, fusiform, or almond/rotational bombs)

발견지: 미국(Amboy Cinder Cone, Mojave Desert, California)

크기:

무게:

화산탄(Volcanic bombs)은 국제지질과학연맹(International Union of Geological Sciences, IUGS)에 의해 공식적으로 평균 직경이 64mm 이상인 화산분출(volcanic eruption)중에 공중으로 던져진 화쇄류(pyroclasts, 화성 쇄설암)로 정의된다(Schmid 1981). 일반적으로 각진 블록과 달리 폭탄은 매끄러운 표면을 갖는 경향이 있으며 많은 경우 유체 변형을 암시하는 구조를 유지하고 있다. 일반적인 크기가 얼마나 될까? 일본에서 발견되는 화산탄은 직경이 5~6m로 600미터가 날아가 떨어졌는데 거의 폭탄 수준이었다 한다.

화산쇄설물에는 크기에 따라 화산진(0.06mm 이하)à화산재(0,06~2mm)à화산력(2~64mm)à화산암괴(64mm 이상)à화산탄(둥굴거나 스핀들 형태)à부석(이산화규소가 많아 밝은 색이 띠지만 기공이 많아 물에 뜬다)à스코리아(검고 기공이 많지만 물에 가라 앉음)

유전적 관점(genetic point)에서 크기 하한은 명확한 물리적 의미가 없으며 잠정적인 것으로 간주되고 있다.

보다 최근의 관찰에서 알 수 있듯이 유체 변형 특징은 직경이 1cm 미만인 파편에서 식별될 수 있으며 국제지질과학연맹(IUGS)위원회에서 인정하지는 않았지만 이러한 입자를 공식적으로 아크닐리스(achneliths)라고 불려지고있다. 이것은 액체 마그마에서 생성된 작고 유리 같은 화산탄, 구체, 아령 및 물방울 모양을 말한다.

따라서 화산탄과 아크닐리스(achneliths; 여기에서는 모두 단순히 폭탄이라고 함) 사이의 연속체 식별은 모양 획득 메커니즘이 크기 제한이 없음을 시사한다. 그럼에도 불구하고 특정 매개변수와 특정 화산탄 형태사이의 연관성은 아직 잘 밝혀지지 않고있다.

미시적 관점에서 입자 형태와 분출 및 수송 메커니즘 사이의 관계는 풍부하게 탐구되었다. 하이킨(Heiken)은 화산재 크기 범위에 있는 입자의 모양은 파편화 순간의 마그마 가스 거품의 모양에 대부분 의존한다고 생각했다. 평평한 판 모양의 조각은 부서진 소포 벽에서 발생하고 작은 물방울 모양은 점도가 낮은 마그마에서 생성된다. 

그러나 이러한 메커니즘이 직경이 1mm를 초과하는 입자에 대해 유효한 정도는 불분명하다.

거시적인 관점에서 볼 때 1900년대 초반 이후 대부분의 작업자들의 일반적인 의견이며 가장 대중적인 설명은 화산폭탄의 최종 형상 획득을 담당하는 주력이 분출구에서 떨어지는(vent to the landing)장소로 이송되는 동안 작용한다는 것이다. 그러나 일반적인 관점에서 볼 때 화산탄의 형성 메커니즘과 일반적인 형태 획득에 영향을 미치는 요인은 상대적으로 밝혀지지 않은 상태다.

[참고]

화산탄의 형태와 분류(기원)

여기에는 크게 2가지 분류방법이 사용되고 있다. 그러나 분류는 연구하기위한 목적이므로 연구방법에따라 분류는 더욱 다양할 수 있다. 그들 중 위키피디아에서는 화산탄을 모양과 마그마의 유동성에 따라 6가지로 분류한다.

1. 리본 또는 원통형 폭탄(Ribbon or cylindrical bombs)은 유동성이 높은 마그마에서 형성되며 불규칙한 끈과 얼룩으로 분출된다. 현은 그대로 땅에 떨어지고 리본처럼 보이는 작은 조각으로 나뉩니다. 따라서 이름은 "리본 폭탄(ribbon bombs)"이라 한다. 이 폭탄은 단면이 원형이거나 납작하고 길이 방향으로 홈이 파여 있으며 잘 정리된 소낭이 있다.

2. 구형 폭탄(Spherical bombs)은 또한 유동성이 높은 마그마에서 중간 정도의 마그마까지 형성된다. 구형 폭탄의 경우 표면 장력은 분출물을 구형으로 끌어당기는 데 중요한 역할을 한다.

3. 방추체, 방추형 또는 아몬드/회전형 폭탄(Spindle, fusiform, or almond/rotational bombs)은 구형 폭탄과 동일하게 유동성이 높은 마그마에서 중간 정도의 마그마에서 형성되지만 주요 차이점은 구형의 부분적 특성이다. 비행 중에 회전하면 이 폭탄이 길쭉하거나 아몬드 모양으로 보인다. 이 폭탄 형성의 배후에 있는 회전 이론은 또한 그들에게 '방추형 폭탄(fusiform bombs)'이라는 이름을 부여했다. 스핀들 폭탄(Spindle bombs)은 한쪽이 다른 쪽보다 약간 더 매끄럽고 넓은 세로 홈이 특징이다. 이 매끄러운 면은 폭탄이 공중으로 떨어졌을 때의 밑면을 나타낸다. 

4. 황소파이(소똥)폭탄(Cow pie bombs)은 유동성이 높은 마그마가 적당한 높이에서 떨어질 때 형성되므로 폭탄이 충돌하기 전에 응고되지 않은상태이다(지면에 부딪힐 때 여전히 액체 상태임). 결과적으로 그것들은 납작해지거나 튀고 소똥과 유사한 불규칙한 원형 디스크를 형성한다.

5. 빵 껍질 폭탄(Bread-crust bombs)은 용암 폭탄의 외부가 비행 중에 굳어지면 형성된다. 내부가 계속 팽창함에 따라 외부 표면에 균열이 생길 수 있다.

6. 코어 폭탄(Cored bombs)은 이전에 굳어진 용암의 핵을 둘러싸고 있는 용암 껍질이 있는 폭탄을 말한다. 코어는 초기 분출의 부속 파편, 자연 암석의 우발적파편(예: 제놀리스/포획암(xenoliths) 또는 드문 경우지만 동일한 분출 중에 더 일찍 형성된 용암 조각으로 구성되기도 한다.

또다른 분류는 캐논월에드가르도(Edgardo Wall Canyon)가 내부 구성물과 형태를 가지고 크게 3분류 자세하게는 9가지로 분류하는 방법이다. 개인적으로는 이 방법을 선호하므로 이에 대해 자세하게 기록해본다.

단일 화산에서 화산탄이 무려 14가지의 다른 모양이 확인된 적이 있다. 그러나 이러한 모양 중 일부는 구별이 미묘할 수 있으며 많은 범주의 식별이 해당 기원에 대한 통찰력을 제공하는지 여부가 명확하지 않다. 덜 상세한 분류 체계는 Reck(1915)에 의해 제안되었는데, 그는 특정 모양보다는 넓은 특징에 초점을 맞추고 폭탄을 세 그룹으로 나누었다. 

화산탄의 외형적 특성에 따른 분류(Fig.1) 외에도 내부 구조를 살펴보면 다양한 형태의 폭탄을 식별할 수 있다. Reck과 Tsuya는 내부 구조의 세 가지 주요 유형을 구분했다. 처음 두 유형은 중앙 코어를 가지고 있다. 첫 번째 그룹의 단단한 조각과 두 번째 그룹의 빈 공동(큰 기포의 잔해로 해석됨)형태이다. 세 번째 그룹의 폭탄에는 어떤 유형의 중앙 코어도 없다. 이 세 가지 주요 그룹 내에서 소포와 거대한 용암이 번갈아 나타나는 동심원 껍질 구조 또는 연속적인 대량 또는 소포 구조와 같은 일부 세분을 문서화할 수 있다. 그러나 Reck(1915)이 언급한 두 가지 핵심 사항은 내부 구조의 거의 모든 종류가 모든 외부 형상 그룹에서 발견될 수 있으며 따라서 내부 구조와 외부 형상 사이에는 약한 대응만 있다는 것이다. 폭탄. 결과적으로 (Fig2)에 도시된 바와 같이 3개의 주요 외부 형태와 3개의 주요 내부 구조 유형을 결합하여 9개의 다른 클래스를 갖는 분류 체계를 고안할 수 있다. 이 방식의 장점은 가스 팽창을 상대적인 시설로 최종 폭탄 모양을 제어하는 에이전트로 통합할 수 있다는 것이다.

Walker(1969)는 세 가지 기본 유형의 폭탄을 식별했으며, 모두 냉각 중에 발생하는 가스 팽창량(크레이터에서 방출되는 순간 시작)에 따라 달라진다. Walker의 첫 번째 그룹에는 조밀한 응고가 포함되어 있으며 충격 시 뜨거울 수 있지만 그럼에도 불구하고 가스 팽창을 경험하지 않는다. 두 번째 그룹은 냉각된 껍질(quenched rind)과 제한된 팽창을 나타내는 폭탄으로 정의되며, 세 번째 그룹은 유리질 껍질과 넓고 얕은 균열이 있는 고도로 팽창된 폭탄을 포함한다.

이러한 폭탄의 팽창량과 껍질과 균열의 특성의 차이는 폭탄이 분출되는 도관의 마그마 깊이와 관련이 있는 분출 시간과 관련이 있을 수 있다. 다른 연구에서는 또한 폭탄의 외부 껍질을 형성하기 위해 어느 정도의 폭발 전 휘발성 손실이 필요하며, 이후 가스의 파편화 용출이 뒤따른다고 지적한다. 또한 빵 껍질 폭탄의 질감 차이는 운송 체계의 차이와 관련이 있다

그러나 이러한 모든 노력에도 불구하고 가스 팽창이 폭탄의 전체적인 외형을 제어하는 데 관련이 있는지 여부 또는 이 매개변수가 착륙 전에 획득한 폭탄의 내부 구조에 영향을 미치는 정도는 불분명하다.

그림 3은 화산탄의 가장 일반적인 모양을 설명하기 위해 사용된 다양한 메커니즘을 요약한 것이다. 공기 속 변종의 경우 용암의 표면 장력, 화산탄 표면의 항력 및 회전과 관련된 원심력이 주요 요인이 된다(그림 2a). 분출모델(그림 2b)의 경우 주요 매개변수에는 코어의 모양, 용암의 점도 및 용암 웅덩이에서 입자가 방출되는 속도가 포함된다. 그림 2c에서 볼 수 있듯이 빵 껍질 폭탄은 화산탄의 전체 모양과 무관한 금이 가고 체크 무늬 표면이 특징이다.

특징적인 표면의 기원은 일반적으로 외부 능선이 형성된 후 발생하는 가스 팽창과 관련이 있지만 일부 경우에는 어느 정도의 열 수축이 중요했을 수 있다. 그림 2d는 미세한 수준에서 입자 모양을 제어하는 데 중요하다고 설명된 프로세스에서 영감을 얻은 대체 폭탄 형성 메커니즘을 보여준다.

요약하면, 화산탄의 형성에 관여할 가능성이 있는 주요 매개변수가 1세기 이상 동안 확인되었지만, 우리는 여전히 특정 폭탄의 일반적인 모양을 제어하는 데 있어 상대적인 영향을 무시한다.

 

대부분의 화쇄입자는 비행중에 시작 온도보다 70% 낮은 온도로 떨어지면서 명확한 냉각 경향을 경험한다는 것을 보여준다. 화쇄류의 15%는 시작 온도의 80%에 도달했고, 화쇄류의 9%는 표면 온도가 거꾸로 상승했다. 유리 전이 온도가 700°C로 설정되면 폭탄의 시작 온도가 900°C에서 1000°C 사이여야 한다는 의미이다. 그렇지 않으면 가스의 초기 팽창 중에 얻은 변형이 착지시 충격으로 파괴된다. 이것은 왜 화산탄이 주요 단계에서 형성된 화산암이나 다른 화쇄류에 산재되어 있지 않고, 분출의 쇠약 단계 동안 점도 증가와 관련된 퇴적물 위에 더 풍부한 경향이 있는지 설명할 것이다.