본 연구의 목적은 남한 및 백두산일대 분비나무림의 군집구조를 확인하여 보전 및 관리를 위한 기초자료를 구축하는데 있다. 해발 1,000m 이상의 분비나무림 우점지역을 대상으로 총 470개소의 방형구를 설치하여 임분조사를 실시하였다. 조사시기는 2019년 7월부터 2020년 10월까지 수행되었다. 연구결과 군집은 크게 4개의 군집으로 신갈나무-사스래나무 군집, 분비나무 순군집, 주목 군집 그리고 신갈나무 군집으로 분류되었다. 분비나무 개체군의 흉고직경급은 역 J자형의 임분구조로 분석되었다. 국내 및 백두산 일대까지의 분비나무림의 하층식생은 임분이 안정화됨에 따라 낮은 종다양성지수를 나타낼 것으로 판단되었다. 향후 분비나무림의 쇠퇴지역과 유지지역에 대한 모니터링을 통하여 보전과 이용적 측면을 고려한 산림경영이 필요할 것으로 판단된다.

백두산과 일본 규슈에서 산출되는 흑요석을 대상으로 그 내부에 포함된 미세결정의 형태와 조직을 전자현미경을 사용하여 관찰하였다. 미세결정에 대한 형태학적 분류에 따르면, 백두산 흑요석 내의 미세결정은 Arculites, Asteroidal, Crenulite 등의 형태만 보이고, 규슈 흑요석 내의 미세결정은 Arculites, Bacillite, Belonites, Crenulite, Furculite, Lath, Margarite, Scopulites 등의 다양한 형태를 보인다. 이 사실은 백두산과 규슈 흑요석은 포함된 미세결정의 형태에 따라서 구분 가능함을 지시한다. 한편, 동일한 Arculites 형태의 미세결정의 경우 백두산 흑요석은 휘석 결정 내에 자철석의 결정들이 포함된 포이킬리틱 조직을 보이는 반면, 규슈 흑요석은 자철석과 휘석이 서로 입상 내지 입간 조직을 보인다. 이러한 흑요석 내 미세결정의 형태 및 조직의 차이는 향후 우리나라에서 선사시대 유물로 출토되는 흑요석제 석기의 산지를 밝히는데 이용될 수 있다.

백두산은 역사시대에 다수의 분화 기록이 있으며, 2002년도에 불안정한 전조를 나타내었다. 지질조사 결과 백두산에서는 플리니안 분화로 인하여 강하화산재 발생 후 분연주의 붕괴로 화쇄류가 발생한 것이 인지되므로, 특정 분화구로부터 소규모 분화에 의한 화쇄류의 영향 범위에 대하여 시뮬레이션 하였다. 화산폭발지수(VEI) 3 이하의 분화가 발생하여 분연주의 붕괴에 의하여 화쇄류가 발생하면 칼데라 외륜산으로부터 백두산 사면을 따라 최대 7 km까지 영향을 미칠 것으로 해석되었으며, 칼데라 내의 분화구에 의한 분연주 발생 시 대부분이 칼데라 내부에 퇴적되거나, 흘러넘칠 경우에는 주로 북쪽 이도백하 상류 계곡에 두껍게 퇴적될 것으로 파악된다.

대부분의 급경사지의 붕괴는 지형적으로 불안정한 지역에서 발생한다. 백두산은 전형적인 산악 지역으로 잠재적 폭발 가능성을 지닌 활화산으로 알려져 있다. 본 연구에서는 백두산지역의 수치고도모형을 이용하여 지형요소와 선구조선 분석을 통해 재해 위험도를 작성하였다. 취약도 분석에 사용되는 요소는 지형으로부터 산정된 방위도, 경사도, 상부사면기여면적, 접선구배곡률, 윤곽구배 곡률, 습윤지수의 분포를 이용하였다. 더불어 선구조의 선밀도도를 작성하여 재해 위험도를 평가하는데 이용하였다. 지형요소를 이용한 백두산지역의 재해위험도 분석 결과 남쪽 내지 남서부 지역의 재해 위험도가 4-5등급으로 높게 나타나고 있다.

백두산 화산 폭발 시 남한 지역은 동해안을 중심으로 화산재에 의한 피해가 예상된다. 적은 양의 화산재라고 할지라도 농작물의 피해나 토양의 산성화를 유발하는 등 농업 분야에 심각한 영향을 줄 수 있다. 이에 이 논문에서는 화산재에 의한 농작물의 피해를 추정하고 구글 지도를 통해 시각화하고자 한다. 이를 위해서 화산재에 대한 피해 예측모델이 필요하다. 화산재 위험은 농작물의 종류와 화산재 두께에 따라 다르므로 피해 예측 모델의 취약도 함수는 화산재 두께와 농작물의 손상률 간의 관계를 나타내어야 한다. 이 논문에서는 RiskScape에서 정의한 화산재 두께에 따른 농작물별 손상률을 이용하여 취약도 함수를 정의하였다. 이 취약도 함수를 농작물 생산량과 가격 정보에 적용하여 화산재 두께에 따른 농작물 피해액을 추정할 수 있다. 또한, 이 논문에서는 화산재의 피해가 예측되는 강원도 지역을 대상으로 화산재에 의한 농작물 피해를 추정하였다. 연구 결과 2010년 강원도 농업 총 생산량을 기준으로 했을 때 화산재가 약 4 mm 정도 쌓이게 되면 농작물 피해액은 약 6,351억 원에 달하는 것으로 나타났다. 이는 강원도 총 농업생산액의 약 50%에 해당한다. 이 논문에서는 화산재에 의한 농작물의 1차적인 피해만을 고려하고 있다. 하지만 화산재는 토양 오염이나 시설물과 같은 농가의 자산에 잠재적인 위험을 줄 수 있다. 따라서 농업 분야 전체에 대한 총 피해 규모를 추정하기 위해서는 이와 같은 2차적인 피해도 함께 고려해야 할 것이다.

백두산은 정상부에 천지가 존재하는 잠재적인 활화산으로 최근 화산활동 분화와 관련된 화산이류 발생가능성에 대한 우려가 높아지고 있다. 본 연구에서는 백두산 정상부의 칼데라 호수 지점의 분화를 가정한 화산이류의 모델링을 수행하였다. LAHARZ를 적용한 본 연구는 다른 해상도의 수치지형모형을 구동모형의 매개변수를 변화시키며 분화로 야기된 다양한 상황의 화산이류 발생 영향을 검토하였다. 매개변수의 민감도 해석은 움푹 패인 곳(sink)을 정의하는 한계치와 수치지형모형의 해상도가 화산이류의 모델링 결과에 주는 영향이 제한적이라는 결과를 보여주었고, 하천격자의 도출을 위한 한계치와 수치모형의 해상도는 하천격자의 공간적 분포에 상대적으로 민감한 결과를 보여주었다. 또한 LAHARZ가 가지고 있는 문제가 흐름 발생 알고리즘 자체의 한계에 기인하는 것을 확인하였다. 한편, 상이한 수치지형 모형의 해상도가 화산이류의 최종 모델링결과에 미치는 영향은 제한적으로 나타났다.

최근 백두산의 재분화 문제가 하나의 중요한 지구과학적 문제로 부상하고 있다. 백두산과 같이 대규모 칼데라 호수를 갖고 있는 화산의 폭발은 단순히 화산분출뿐만 아니라 칼테라 호수에 저장된 물의 유출로 인해 큰 재해를 유발할 수 있어 연구가 필요하다. 대형 화산성 홍수는 모든 종류의 인공 구조물을 파괴할 수 있는 에너지를 가지고 있고, 유속이 100 km hr-1에 달하며, 도달거리가 수 백 km까지 이르기 때문에 치명적인 피해를 가져올 수 있다. 연구의 최종목표는 백두산의 지질과 지반 조건에서 분화 시 예상되는 화산성 홍수의 피해를 예측하는 것이다. 하나의 사전 연구로서 백두산 화산이 분출되면서 천지에 저장된 물이 방류될 경우를 가정한 유량곡선 시나리오에 근거하여 수치해석을 실시하였다. 각각의 시나리오 별(림 붕괴, 단순융기, 림 붕괴와 융기의 조합, 강우형성 등)로 시간의 함수로서 유량변화를 이끌어내기 위해 선행 연구를 바탕으로 백두산 천지 유출 모형을 전개하였다. 천지에서 마그마 융기와 림 붕괴가 동시에 발생하면 최고 유량이 25,000 m3s-1에 이르러 백두산 천지의 화산홍수가 주변 지역에 심각한 자연재해를 가져올 수 있는 것으로 보인다. 이 연구에서는 저수지의 물이 방류되는 순간유량곡선에 치중하였으며 천지 유량 방출 후 하류 하천 하도 추적은 다루지 않았다.

백두산 분화의 분출물은 북쪽으로 송화강, 동쪽과 서쪽으로 두만강과 압록강 하구에서 발견되고 있다. 즉 화쇄류, 화산이류, 화산성홍수와 같이 흐름에 수반된 화산물질의 영향범위는 천지를 중심으로 반경 400 km의 범위까지 영향을 미치는 것을 알 수 있다. 그러나 약 1,000년 전 분화 때와는 달리 천지칼데라호의 20억 톤보다 저수량이 큰 담수저장시설이 건설되어 화산분화 시 예상되는 유체의 흐름은 직간접적으로 인공적인 구조물의 영향을 받게 된다. 이 연구는 백두산 화산분화 시 예상되는 화쇄류, 화산이류, 화산성홍수의 수치해석 및 지형자료 분석을 통해 유체의 흐름방향을 산정하고 백두산 일원의 댐과 인공호수의 저수용량에 따른 화쇄류, 화산이류, 화산성홍수의 피해범위를 파악하였다. 분출 초기에 급경사를 따라 이동하는 화쇄류는 산지의 경사면을 따라 이동하여 평탄지까지 영향을 미치며, 천지호의 유출에 의한 화산이류는 주요 하천까지 도달할 수 있다. 화산성홍수의 경우 현존하는 인공적인 담수 저장시설물들로 인하여 천지칼데라호의 담수 유출에 의한 피해 범위는 과거에 비하여 매우 제한적인 범위에 영향을 미칠 것으로 판단된다.

백두산에서는 2002년부터 화산성 지진활동의 증가, 정밀 수준측량 관측을 통한 지표면 팽창, 특정 화산가스 방출량의 증가, 온천수의 온도 증가 등 화산 전조활동이 활발해짐으로써 나타나는 전조현상들이 관측되었다. 이러한 관측결과 중 정밀 수준측량 데이터를 활용한 백두산 천지 칼데라 주변의 수직, 수평 지표변위 경향 분석을 통해 2002년 이후 2009년까지 지표가 팽창하는 경향을 나타냄으로써 백두산 지하 마그마 챔버의 부피가 증가하였음을 확인할 수 있었다. 이후 2010년을 기점으로 지표가 수축하는 경향을 나타내기도 하였으나 이후 다시 팽창하는 경향을 나타냄을 확인할 수 있었다. 북측 사면에서 2002년부터 2003년까지 칼데라 외륜산 일대의 지표면이 46.33 mm 융기 팽창한 것을 바탕으로 지하 마그마 챔버의 부피 변화량을 계산해 보면, 약 0.008 km3 (7.7-8.0×106m3)의 부피가 증가한 것으로 계산되었다. 이는 백두산 산정부로부터 지하 약 5 km 지점에 천처 마그마 챔버가 형성되고 0.008 km3의 마그마가 주입된 것으로 해석된다.

백두산 화산에서 분화한 것으로 평가되는 역사시대 분화사건을 문헌에서 발굴하여 화산학적 해석을 하였다. 밀레니엄 대분화로부터 31건 이상의 화산 분화사건을 발굴하였으며, 대부분 화산재를 분화하여 인근 지역으로 확산시키면서 강하화산재를 발생시킨 플리니안 분화 사건이 많았다. 1903년의 기록은 천지 내에서의 수증기마그마성 분화 또는 불카니안 분화에 의한 기록이었다. 역사시대의 분화 기록과 2002년에 나타난 화산 분화 전조현상 등으로부터 백두산은 잠재적인 분화가능성을 가진 활화산으로 평가된다.

2002년 이후 백두산 화산 폭발에 대한 가능성이 높아지면서 언론을 비롯해 국민들의 관심이 집중되고 있다. 이는 백두산 주변지역의 지진 횟수의 증가로 인해 주변 지형이 융기하고 있는 등, 분화의 가능성이 점차적으로 증가하고 있기 때문이다. 백두산이 분화할 경우, 비래해 오는 화산재는 활발한 경제활동이 이뤄지고 있는 동북아시아 지역에 막대한 피해를 초래할 것으로 예상된다. 따라서, 화산재로 인한 국가적 손실을 최소화하기 위한 낙하 화산재 활용 기술의 개발이 절실한 실정이다. 본 연구는 화산분출물을 주요 골재로 활용한 친환경적 수질정화용 블록 개발을 위한 것으로 수질정화 기능성 유용미생물의 오염물질에 대한 생물학적 분해효과를 분석하고, 유용미생물을 블록에 효과적으로 정착하기 위한 중성화 방안 및 블록의 수질정화특성을 분석하였다. 본 연구를 통해 얻어진 결과물은 향후 수질정화용 블록의 실용화를 위한 기초자료로 활용할 수 있을 것으로 전망된다.

본 연구에서는 백두산 화산 분화 시 발생할 수 있는 화산 이류의 피해 범위에 연구 및 적용 방법을 검토하였다. 일반적으로 화산이 폭발한 경우 발생할 수 있는 다양한 형태의 화산 피해 중 화산 이류는 주로 폭발 자체에 의해 물과 마그마가 함께 흘러내리는 1차 화산이류(Eruption Induced Lahars)와 화산 폭발 이후의 강우에 의한 2차 화산이류(Rain-Triggered Lahars)로 나눌 수 있다. 이러한 화산 이류에 의한 피해는 20세기 이후 전지구적으로 30,000명의 사망자를 발생시키는 위험한 화산 부산물로써 이에 대한 대책이 필요하다. 하지만, 일반적인 토석류에 의한 재난과 마찬가지로 화산 이류에 의한 재해를 방지 하는 것을 제한적이므로, 이를 미리 예측하여 화산 폭발이나 폭발 후 집중 강우 발생 시의 대피 등을 통해 피해규모를 줄이는 것이 최선이다. 화산이류의 피해 범위에 대한 예측을 하기 위해서는 화산 이류의 유동에 대한 이해가 필요한데, 미국 지리조사국에서 개발한 화산 이류 모의 소프트웨어인 LAHARZ를 이용하여 GIS데이터와 경험식을 통한 예측이 일반적이다. 본 연구에서는 백두산을 대상으로 발생 가능한 다양한 시나리오를 고려하여 화산 이류의 침수면적에 대한 모의를 수행하고 이러한 침수 면적을 바탕으로 침수 지역의 주제도와의 병합을 통해 실질적인 피해 범위에 대한 연구를 수행하였다.

2002년 이후 백두산 화산 폭발에 대한 가능성이 높아지면서 언론을 비롯해 국민들의 관심이 집중되고 있다. 이는 백두산 주변지역의 지진 횟수의 증가로 인해 주변 지형이 융기하고 있는 등, 분화의 가능성이 점차적으로 증가하고 있기 때문이다. 백두산이 분화할 경우, 비래해 오는 화산재는 활발한 경제활동이 이뤄지고 있는 동북아시아 지역에 막대한 피해를 초래할 것으로 예상된다. 따라서, 화산재로 인한 국가적 손실을 최소화하기 위한 낙하 화산재 활용 기술의 개발이 절실한 실정이다. 본 연구는 화산분출물을 주요 골재로 활용한 친환경적 수질정화용 블록 개발을 위한 것으로 수질정화 기능성 유용미생물의 오염물질에 대한 생물학적 분해효과를 분석하고, 유용미생물을 블록에 효과적으로 정착하기 위한 중성화 방안 및 블록의 수질정화특성을 분석하였다. 본 연구를 통해 얻어진 결과물은 향후 수질정화용 블록의 실용화를 위한 기초자료로 활용할 수 있을 것으로 전망된다.

북한 쪽 백두산 지역에서 산출되는 흑요석과 부산 가덕도 유적지에서 출토된 흑요석제 석기에 포함되어 있는 미세결정을 대상으로 그 형태적 분류 및 화학조성에 대한 연구를 실시하였다. 백두산 흑요석은 육안 및 경하관찰에 의한 분류결과 세 개의 그룹으로 구분되며, 형태적으로는 트리카이트-아시큘러와 트리카이트-에스테로이달의 미세결정이 우세하게 분포한다. 한편 가덕도 흑요석은 분류결과 5개의 그룹으로 구분되며, 아시큘러, 마가라이트, 래쓰결정, 에스테로이달 등의 다양한 미세결정이 분포한다. 백두산 흑요석 내의 규산염 미세결정은 대부분 헤덴버자이트 내지 오자이트의 조성을 가지는 휘석으로 나타났으나, 가덕도 흑요석 내의 규산염 미세결정은 대부분이 애나이트 조성에 가까운 흑운모이며 일부 마가라이트 형태의 미세결정은 훼로실라이트 조성의 휘석으로 나타났다. 이로부터 백두산 흑요석과 가덕도 흑요석은 미세결정의 형태, 광물 종류 및 그 화학성분 등에서 상이함을 알 수 있다. 가덕도 유적지에서 출토된 흑요석제 석기는 백두산지역 흑요석과는 성인적인 관련성이 없는 것으로 판단된다.

최근 아이슬란드 남부의 화산폭발은 유럽지역에 항공대란을 야기하였으며, 또한, 일본의 가고시마 화산 폭발은 대량의 화산재를 분출하여 도로 및 농작물에 많은 피해를 발생시켰다. 국내에서도 2002년 백두산 지역을 중심으로 강진에 의한 지표면 팽창현상이 관찰되면서 백두산의 화산폭발 위험성이 점증하고 있다. 백두산 화산폭발이 발생하는 경우 화산재의 처리에 따른 막대한 국가적 손실이 유발되므로, 화산재 처리 및 활용방안의 개발이 절실히 요구되고 있는 실정이고 이를 위해서는 다양한 공학적 특성 분석 시험이 선행되어야 한다.본 연구에서는 SEM, XRD등의 미세구조 분석을 통해 화학성분 및 화산재의 내부구조를 고찰하고. 비중, 함수비, 입도 등의 시험을 실시하여 백두산 및 한라산 화산재를 친환경 건설재료로 활용하기 위한 공학적 자료를 제시하였다.

본 연구에서는 백두산에서 폭발적인 플리니안 분화로 인하여 화산재의 분연주가 형성되고 이의 붕괴로 화쇄류가 발생할 경우를 가정하여 Titan2D 모델을 이용하여 시뮬레이션을 하였다. 화산 분화 시나리오별 화쇄류의 영향 범위를 파악하기 위하여 화산폭발지수 별 영향 범위의 거리를 알아보았다. 화산 분화 시나리오별 비교를 위하여 분화구의 위치는 칼데라 외륜산 북동쪽 산사면로 하여 화쇄류 흐름의 내부마찰각 35°, 층저마찰각 16°, 분연주의 붕괴 높이와 분화구 직경은 화산폭발지수에 근거하여 VEI 3은 500 m, 80 m, VEI 4는 1,000 m와 178 m, VEI 5는 2,000 m와 178 m 그리고 VEI 7은 2,000 m와 1,780 m로 하였으며, 분연주 붕괴시 초기 속도는 각각 98.8 m/s, 140 m/s, 198 m/s, 30m/s로 설정하였다. 모의시간은 붕괴된 화쇄재 부피에 의존하여 VEI 3일 때 1시간, 4일 때 6시간, 5일 때 12시간, 7일 때 24시간으로 하였다. 시뮬레이션 결과 각각의 경우 영향 범위의 거리는 분화구로부터 5.9 km, 16.7 km, 27.4 km, 89.0 km 이상으로 모의되었다. 백두산에서의 화쇄류의 확산 범위를 정확하게 예측하기 위해서는 화산폭발지수 별 입력 상수를 변화시키면서 경계조건을 차별화한 수치 시뮬레이션을 통하여 데이터베이스를 구축하고, 지질조사를 통하여 역사시대 분출물의 분포와 분출량을 비교 분석함으로서 향후 폭발적인 분화에 대비한 화쇄류의 영향 범위를 예측할 수 있을 것이다. 그러므로 앞으로 지속적으로 화산폭발지수 별 화쇄류의 영향 범위를 계산하여 비교하는 연구가 진행되어야 할 것이다. 이들 자료가 충분하게 구축되면 백두산에서 화쇄류가 발생하였을 경우 인근 지역의 인적 물적 피해를 최소화하고자 하는 방재 차원에서 매우 중요한 자료로 제공될 수 있을 것이다.