독도와 울릉도 화산암의 헬륨 지화학 연구

Abstract

본 연구에서는 독도와 울릉도의 현무암질 화산암에서 한 번도 보고된 적이 없었던 헬륨 동위원소 분석 결과를 통해 마그마의 기원을 논의해보고자 한다. 이를 위해 독도와 울릉도의 현무암질 화산암의 전암과 반정광물의 주원소, 미량원소 분석과 함께 감람석과 단사휘석 반정들의 헬륨 동위원소비(3He/4He; air ratio, 1Ra = 1.4 x 10-6)를 분석하였다. 전암 성분은 SiO2가 44.88-51.27 wt.%, Mg#가 29.2-58.3의 범위로 나타났으며, 헬륨 동위원소비는 독도에서 5.7-5.9 Ra, 울릉도에서 4.5-6.0 Ra의 범위로 분석되었다. 이는 대륙 하부 암석권맨틀(sub-continental lithospheric mantle)과 유사한 값으로(6.1±0.9 Ra), 결핍된 연약권맨틀(8 Ra)이나 플룸(>9 Ra)에 의해 형성된 화산암에서 관측되는 값보다 낮다. 또한, 독도와 울릉도는 배호분지에 위치한 화산체임에도 불구하고, 태평양 서쪽 지역에서 주로 관찰되는 다른 배호분지 현무암(Back-arc basin basalt)보다 낮은 헬륨 동위원소비를 보이며, 이는 일반적인 배호분지 현무암과 기원이 다르다는 것을 암시한다. 대신, 독도와 울릉도의 현무암질 암석은 전 세계에서 나타나는 대륙 현무암(continental basalt)과 매우 유사한 지구화학적인 특징을 보인다. 미량원소를 이용한 용융 모델링 결과, 독도와 울릉도를 비롯한 북동중국과 한반도 신생대 현무암 대부분이 대륙 하부 암석권맨틀과 연약권맨틀 용융물의 혼합 선(mixing line)에 위치하는 모습을 보인다. 따라서 본 연구의 결과들은 독도와 울릉도의 마그마가 대륙 하부 암석권맨틀과 연약권맨틀이 상호작용하여 생성되었음을 시사한다.