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앵커리지 남서쪽으로 425㎞ 떨어진 이 화산지형은 1912년 노바럽타 화산과 카트마이 산 화산이 분출하면서 생겼다.

지명은 골짜기 바닥에 있는 수천 개의 분기공(噴氣孔：연기·가스·증기 등을 뿜어대는 화산의 균열된 틈)에서 비롯되었다. 현재 카트마이 국립공원과 보호구역의 일부로 지정되어 있다.

1912년 6월 6일 알래스카 반도를 뒤흔든 격렬한 지진이 5일간 계속된 끝에 이례적인 거대한 화산폭발이 시작되었고 장장 60시간에 걸쳐 29㎦의 화산분출물이 대기권과 성층권으로 뿜어올랐다. 이때 근처에 있던 코디액 섬이 30㎝ 두께의 화산재로 덮였고 유독 가스 때문에 590㎞ 떨어진 곳까지 산성비가 내렸으며, 2,400㎞ 떨어진 브리티시컬럼비아 주의 빅토리아에서는 변색된 구리가 채취되었다.

며칠 뒤 워싱턴 D. C.에서는 옅은 안개가 높이 끼었는데 이 안개로 북부 온대지역에서 1912년 여름에 약 10％의 태양열 손실이 있었다. 원래 사람이 살지 않았던 이곳에는 대참변이 있은 지 4년이 넘도록 사람의 발길이 닿지 않았다. 당시 지름 46m가 넘는 지표의 분출구에서 649℃ 이상의 증기와 기체가 뿜어나와 이 지역에 가득했다. 또 213m 이상의 두꺼운 화산재층이 145㎢의 계곡 중 100㎢가량을 덮었다.

인접한 카트마이 산 정상은 붕괴되거나 갈라졌고, 그 자리에는 가로·세로 방향으로 지름이 각각 3.2㎞와 4.8㎞, 깊이가 1,127m에 달하는 화구호가 생겼다. 카트마이 산 남서쪽 9.6㎞ 지점에는 노바럽타라고 하는 새로운 화산이 생겼다. 모든 종류의 동식물은 전멸했으며, 산비탈에 있던 나무들은 이글거리는 화산폭풍으로 모두 타버렸다. 그후 60여 년이 지난 뒤 이 지역에 지금의 지명을 갖게 했던 수천 개의 분기공들이 12개 미만으로 줄었다. 그러나 지표가 고르지 않아 1960년대에 이곳은 달 여행을 대비해 미국 우주비행사들의 훈련지로 이용되었다.

카트마이 산 지역은 1898년에 탐사되었다.

원래 사람이 살지 않았던 이 지역에는 많은 동식물이 살고 있었다. 1912년의 화산폭발 이후 1950년대에 이르기까지 이 지역에 대한 광범위한 탐사가 이루어졌으며, 지진학적인 측면에서도 면밀한 연구활동이 계속되었다. 이러한 탐사와 연구 결과 이 계곡 생성에 대한 여러 학설들이 나왔다. 그러나 대부분이 가정의 수준을 벗어나지 못하고 있으며, 자세한 사항은 여전히 밝혀지지 않고 있다. 한 가지 예로 지질학자들은 적은 양이기는 하지만 거대한 화산재의 흐름 속에서 발견되는 띠 모양의 작은 부석(浮石)과 화산유리들이 어떤 과정을 통해 생기게 되었는지 오랫동안 고심해왔다.

최근 이러한 현상들에 대해 상당히 설득력 있는 새로운 학설이 발표되어 관심을 모으고 있다. 이 학설에 따르면 화산재의 두께를 고려하여 제작된 비교지도를 토대로 연구한 결과 가장 거대한 화산폭발은 최초의 분출지인 노바럽타 화산에서 일어났다고 한다. 이 화산의 폭발은 백열광을 내는 산성 용암 또는 유문암(流紋岩)의 분출로 시작되었으며, 당시 흘러내린 분출액은 작은 폭포를 이루듯 계곡바닥을 따라 흘렀다.

용암은 근처에 있던 지표구멍으로부터도 흘러내렸다. 주로 지하천과 샘에서 나오는 증기로 형성된 뜨거운 기체가 무수히 많은 구멍과 균열된 틈으로부터 솟아나왔고, 곧 이어 냉각된 용암에서 발생한 기체와 섞였다.

이와 같은 최초의 연속 분출에 이어 카트마이 산 기슭에 가라앉았던 거대한 용해물질 줄기가 새롭게 형성된 지하균열층을 통과해 노바럽타 화산 기슭의 유문암 분출층까지 이어졌다. 두 용암줄기는 서로 합쳐지자마자 거품을 내며 위로 솟구쳐 혼합부석으로 분출했으며, 그후 곧 식어 대리석무늬가 진 채 굳었다.

카트마이 산의 정상은 산 아래에서부터 용암이 흐르기 시작한 후 파괴된 것으로 추측된다. 그러나 최근의 분기공 분출로 생긴 작은 원추형 화산을 포함해 분화구 자체에서도 화산활동이 있었다는 증거가 발견되었다. 이곳의 호수는 겨울에도 얼지 않는다. 계곡의 화산재 흐름에 대해 여러 학설이 제기되어왔지만 그중 확실한 것은 없다. 그러나 분기공의 기체발산이 비교적 오래 지속되지 않았다는 점으로 미루어 볼 때, 분기공은 대체로 화산재가 식어 굳는 과정에서 생겼을 것이라는 가정이 매우 유력하다.

그밖의 상세한 부분에 대한 설명들은 아직 불확실한 채로 남아 있다. 예를 들어 단 하나 남은 활동 분기공이 비교적 화산재층이 얇은 곳에 있는 이유를 학자들은 아직 명확히 밝혀내지 못하고 있다. 암석과 연속 화산재층 또한 부분적으로만 설명되고 있다.

황폐한 계곡에 다시 식물이 성장하기까지는 많은 시간이 걸렸다. 이끼와 말(藻)이 가장 먼저 분기공 주변에 나타났고, 보다 고등한 식물들은 계곡 바닥층에서 나타나기 시작했다. 동물이 살지 않는 곳이지만 미국말코손바닥사슴과 곰은 때때로 이 계곡을 가로질러 다닌다.

최근 몇 년 사이 관광지로 인기를 끌고 있다. 관광객들은 브룩스 강의 국립공원관리국 별장에서부터 도보나 버스를 이용해 이 계곡으로 갈 수 있다.