피지 삼중합점의 맨틀 유동 구조와 헬륨의 수평 변위

Abstract

북피지분지 중심부에 위치한 피지 삼중합점(Fiji Triple Junction)은 주변부로부터 500-1,500 m 가량 융기된 지형적 특성과 함께 해양섬 현무암과 유사한 기반암 조성을 보이므로, 부화 조성의 용승 맨틀이 존재하는 것으로 추정된다. 이 연구에서는 삼중합점의 확장축을 따라 체계적으로 채취한 유리질 화산암의 지화학 조 성을 통해 용승 맨틀의 유동 구조를 규명하고자 한다. 맨틀의 부화도를 지시하는 Sr-Nd-Pb 동위원소와 (La/Sm)N의 위도상 변화는 수심의 변화와 일치하며 삼중합점의 중심에서 모두 최대치를 보이므로, 이 지역의 암석권 하부에 맨틀용융이 집중되어 있음을 의미한다. 반면, 헬륨 동위원소비는 다른 맨틀부화 지시자와 유사 하게 삼중합점 융기대 내에서 높은 이상치(3He/4He = 9-13 R/RA)를 보이지만 최댓값은 삼중합점 중심에서 남쪽으로 치우친 지점에서 확인된다. 이러한 헬륨의 수평적 변위는 갈라파고스와 아이슬란드, 하와이 등지에서 확인되었으며, 맨틀 플룸의 기울어짐(tilting)에 의해 맨틀 플룸이 암권 하부를 따라 수평적으로 이동하면 서 발생하는 단계별 용융의 결과로 받아들여지고 있다. 이 가설을 연구지역에 적용하면, 용승 맨틀이 연약권-암권 경계부에 도달하는 과정에서 심부 용융에 의해 헬륨이 풍부한 용융체가 우선적으로 형성되어 삼중합점 남쪽의 높은 헬륨 이상치를 발생시키고, 이후 암석권 하부를 따라 북쪽으로 이동한 부화 맨틀에 의해 헬륨이 탈기된 규산염 용융체가 낮은 심도에서 형성되어 삼중합점의 융기대와 Sr-Nd-Pb 동위원소 시스템의 급격한 변화를 유발한 것으로 제시된다.