하와이 제도를 지도에서 살펴보면 섬들이 남동쪽에서 북서쪽으로 비스듬히 줄지어 늘어서 있습니다. 더 신기한 점은 남동쪽 끝의 하와이섬에서는 지금도 용암이 흐르는데, 북서쪽으로 갈수록 섬이 점점 오래되고 깎여 나가 결국 바닷속 산으로 가라앉는다는 사실입니다. 이렇게 섬을 차례로 찍어내는 땅속의 뜨거운 자리가 있습니다. 바로 ‘열점(Hotspot)’입니다.

열점이란 쉽게 말해 판의 경계와 상관없이 땅속 깊은 곳의 유난히 뜨거운 맨틀이 마그마를 공급해 화산 활동이 일어나는 자리를 의미합니다. 대부분의 화산이 판과 판이 만나거나 갈라지는 곳에 몰려 있는 것과 달리, 열점 화산은 판 한가운데에서도 생긴다는 점이 특별합니다.

본 자료에서는 열점이라는 생각이 어떻게 나왔는지부터 화산섬 사슬이 만들어지는 원리, 지구의 대표적인 열점들, 그리고 아직 풀리지 않은 논쟁까지 차례로 살펴보겠습니다.

판 위에 화산 발자국을 남기는 땅속 불씨

열점이라는 생각의 시작

열점이라는 개념은 하와이 제도의 수수께끼를 풀려는 시도에서 출발했습니다.

(1) 투조 윌슨의 아이디어
1963년 캐나다의 지질학자 존 투조 윌슨(John Tuzo Wilson)은 하와이 제도가 거의 움직이지 않는 뜨거운 자리 위를 태평양판이 천천히 지나가면서 만들어졌다고 설명했습니다. 판은 움직이고 열원은 제자리에 있으니, 화산이 한 줄로 늘어설 수밖에 없다는 생각입니다.

(2) 맨틀 플룸과의 결합
뒤이어 열점 아래에 맨틀과 핵의 경계 부근에서 뜨거운 물질이 기둥처럼 솟아오르는 맨틀 플룸(mantle plume)이 있다는 가설이 나왔습니다. 오늘날 열점 가설은 이 맨틀 플룸 가설과 거의 한 몸처럼 함께 다뤄집니다.

(3) 판 경계 화산과의 차이
알류샨 열도 같은 화산섬 줄은 한 판이 다른 판 아래로 파고드는 섭입대에서 생깁니다. 반면 열점 화산은 판의 경계와 관계없는 곳에서 생긴다는 점에서 뿌리부터 다른 화산으로 봅니다.

화산섬 사슬이 만들어지는 원리

열점의 원리는 컨베이어 벨트 위에 놓인 종이에 촛불이 같은 자리에서 그을음 자국을 남기는 모습과 비슷합니다.

(1) 제자리의 열원과 움직이는 판
열점 위에 놓인 판에는 마그마가 뚫고 올라와 화산이 생깁니다. 판이 움직이면 그 화산은 열원에서 멀어져 활동을 멈추고, 열점 위에는 새로운 화산이 자라납니다.

(2) 나이 순서대로 늘어선 섬
그 결과 화산은 나이 순서대로 줄을 섭니다. 하와이 제도의 주요 섬들은 약 40만 년에서 510만 년 전 사이에 생겼고, 북서쪽으로 갈수록 오래되어 침식이 심해집니다. 하와이섬 남동쪽 앞바다에서는 카마에후아카날로아 해산(옛 이름 로이히)이 지금도 바닷속에서 자라고 있습니다.

(3) 바닷속으로 이어지는 긴 꼬리
하와이-엠퍼러 해산열은 80개가 넘는 해저 화산이 약 6,200km에 걸쳐 이어진 거대한 사슬입니다. 북쪽 끝의 엠퍼러 해산들은 3,900만 년에서 8,500만 년 전에 생긴 것으로, 모두 바다 밑으로 가라앉았습니다.

열점 화산은 대부분 현무암질 마그마를 내뿜어 섭입대 화산보다 덜 폭발적입니다. 하와이의 화산이 흘러내리는 용암으로 유명한 이유도 여기에 있습니다.

지구의 대표적인 열점

열점이 몇 개인지는 학자마다 생각이 달라 약 20개부터 수천 개까지 추정이 엇갈리지만, 대부분은 수십 개 정도로 봅니다.

• 하와이 열점(Hawaii hotspot): 가장 잘 알려진 열점으로, 하와이섬의 킬라우에아와 마우나로아 같은 활화산을 만들었습니다.
• 아이슬란드 열점(Iceland hotspot): 판이 갈라지는 대서양 중앙 해령 위에 열점이 겹쳐 있어 섬 전체에 화산과 온천이 많습니다.
• 옐로스톤 열점(Yellowstone hotspot): 대륙 위의 열점입니다. 마그마가 대륙 지각을 녹여 끈적한 유문암질 마그마가 만들어지기 때문에, 지질 역사에서 손꼽히는 강력한 폭발을 일으켰습니다. 서쪽으로 갈수록 오래된 칼데라 흔적이 줄지어 있습니다.
• 레위니옹 열점(Réunion hotspot): 인도양의 레위니옹섬에서 활발한 화산 활동을 이어 가는 열점입니다.

이처럼 열점은 바다 한가운데에도, 대륙 한복판에도 나타나며 놓인 자리에 따라 화산의 성격이 크게 달라집니다.

아직 풀리지 않은 열점의 수수께끼

열점은 판의 움직임을 설명하는 강력한 증거로 쓰여 왔지만, 연구가 깊어질수록 새로운 질문도 생겨났습니다.

(1) 해산열은 왜 꺾였을까
하와이 열도와 엠퍼러 해산열은 약 120도 각도로 꺾여 있습니다. 오랫동안 약 4,700만 년 전 태평양판의 이동 방향이 바뀐 흔적으로 설명했지만, 2003년 무렵 열점 자체가 움직였다는 연구가 나왔습니다. 지금은 판의 방향 변화에 열점의 작은 이동이 더해졌다는 설명이 가장 널리 받아들여지고 있습니다.

(2) 열점은 정말 고정되어 있을까
처음에는 열점들이 서로에 대해 고정되어 있다고 여겼지만, 하와이와 아이슬란드처럼 서로 움직이는 듯한 열점들이 확인되었습니다. 그래서 맨틀 플룸이 처음 생각보다 복잡하고 따로 움직인다고 보는 시각이 힘을 얻었습니다.

(3) 맨틀 플룸은 정말 있을까
열점 아래 맨틀이 특별히 뜨거운 것이 아니라, 판이 얇거나 약한 곳에서 얕은 깊이의 마그마가 올라올 뿐이라는 반론도 있습니다. 지진파로 땅속을 들여다보는 연구가 쌓이면서 플룸으로 보이는 구조가 조금씩 확인되고 있지만, 논쟁은 아직 이어지고 있습니다.

열점은 판이 움직인다는 사실을 섬과 해산의 나이로 직접 보여 주는 지구의 기록 장치입니다. 줄지어 선 화산섬 하나하나에는 수천만 년에 걸친 판의 여행이 새겨져 있습니다.

눈에 보이는 화산 너머 땅속 깊은 곳의 흐름까지 상상해 보는 것, 그것이 살아 움직이는 지구 공부의 첫걸음입니다.