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판 경계부에 관련된 화산

서로 상대적으로 1년에 약 수cm 정도 수평하게 이동하는 판(板)의 경계부는 판이 충돌하는 수렴경계, 갈라지는 분기경계 및 서로 상대적으로 옆으로 미끄러지는 곳 등 3가지가 있다.

일본과 알류샨 열도는 태평양 판이 인접한 대륙판을 밀면서 그 밑으로 섭입해 들어가는 수렴경계부의 좋은 예이다. 미국 캘리포니아의 샌안드레스 단층은 북태평양 판이 북아메리카 판에 대해 상대적으로 북서방향으로 이동하는 측면이동의 경계이다. 이런 곳을 변환단층이라 한다. 동태평양 해팽은 태평양 판과 나즈카 판이 갈라지는 대표적인 분기경계부이며, 이곳은 열곡(裂谷)으로 알려져 있다(변환경계부).

화산은 섭입대와 열곡대를 따라 나타나나 일반적으로 변환단층경계부에는 존재하지 않는다. 육지에서 조사된 화산의 80％는 섭입대에서 존재하고 약 15％는 열곡에서 나타난다. 심해저 화산은 수심 2~3km 이하의 해저 열곡에 존재하므로 쉽게 관찰되지 않는다. 일부 예외는 있지만 섭입대와 관련되어 나타나는 화산들은 폭발성이 크고 성충화산을 이룬다. 반면 열곡의 화산은 폭발성이 거의 없이 마그마가 흘러나오는 형태로 순상화산을 이룬다.

섭입대의 화산에는 안산암이 우세하게 분출하며 현무암·대사이트·유문암이 분출된다. 열곡 화산들, 특히 대양저 화산에는 주로 현무암이 분출된다. 섭입대에서 상승하는 마그마는 현무암질 조성으로 맨틀 물질이 부분 용융되어 생성된다. 마그마는 대륙지각 내에서 상승속도가 느려지고 규산염 함량이 증가하게 된다. 현무암질 마그마로부터 감람석과 휘석 광물이 결정화되면서 잔류 마그마에는 실리카 성분이 많아지고 마그네슘·철·칼슘 성분이 줄어든다.

이러한 과정을 분별정출(分別晶出)이라 한다. 또한 현무암질 마그마는 상승하는 동안 주변의 대륙지각 암석들을 부분 용융시킬 만큼 충분한 열을 갖고 있다. 대륙지각 암석들은 일반적으로 해양지각 암석보다 실리카·칼륨·나트륨 성분이 많기 때문에 용융과 혼합 과정은 섭입대 화산에서 분출되는 암석의 화학조성 범위를 넓게 하는 역할을 한다. 섭입대에서 침강하는 해저퇴적물과 용융되는 대륙지각의 암석들로부터 물과 이산화탄소가 상승하는 마그마에 공급되며, 분별정출로 잔류 마그마에는 휘발성 원소들이 농집된다. 이들 화산 가스가 대기압에 달하면 폭발하게 되어 많은 섭입대 화산이 큰 폭발성을 갖는 원인이 된다.

열곡화산은 판들이 벌어져 생긴 틈으로 마그마가 상승하여 생성된다. 이들은 실제로 판 경계부나 그 주변에 위치한다. 측정에 의하면 판의 분리는 계속적으로 일어나지만 균열은 단속적(斷續的)으로 발생한다(단구). 따라서 균열이 없이 판이 이동한 후 이 힘이 판의 강도를 초과하여 군발지진(群發地震)이 발생하고 균열부로 마그마가 분출한다.

태평양 판에 관련된 화산들을 보면, 서쪽과 북쪽 경계부(뉴질랜드, 뉴기니, 마리아나 제도, 일본, 캄차카, 알류샨 열도)의 화산들은 모두 섭입대 화산들이다. 바하칼리포르니아 근처의 몇몇을 제외하고 열곡 화산들은 수심 2~3km의 동태평양 해팽과 태평양-대서양의 대양저산맥 정상부를 따라 존재하여 수중에 잠겨 있다. 미국 북서부에 연속적으로 존재하는 화산 및 멕시코와 중앙 아메리카의 화산들은 태평양 동편의 작은 판인 후안데푸카 판과 코코스 판이 섭입되는 곳과 관련된 화산이다. 유사하게 남아메리카 안데스 산맥의 화산들도 나즈카 판이 남아메리카 판에 섭입되면서 만들어진 것이다.