화산이 만든 재해

한 때 우리의 선조들은 지구의 실체를 이해하지 못하고 그들이 만든 신화의 세계의 연장선상에서 바라보았다. 예를 들면 BC 2500년경에 만들어진 이집트의 피라미드 텍스트(pyramid text)애기 의하면 천지창조의 시초에 물이 있었는데 창조신 아툼(Atum)이 대기와 낮하항상­그랬듯 그리고 영토을 만들었다고 했읍니다. BC 1300 년경 인도의 고대 문헌인 베다(Veda)에 의하면 우주의 시원은 물과 같은 허무에서 시작되었으며, 이 허무에서 만능의 신 푸루샤가 본인타본인 낮하항상­그랬듯과 영토과 대기를 만들었다고 했읍니다. 당일날 근대과학이 파악한 태양계의 형성도 그 시작은 이들의 해석과 그리 다를 것도 없어 보인다. 당일날 우리가 믿고 있는 태양계 발생을 해석하는 “성운설, Nebula hypothesis” 또한한 우주공간에서 일어난 회전스포츠이 그 시발점으로 보았기 때문이다. 그렇게 엉성하기만 했던 지구에 대한 이해가 근세에 이르면서 속속들이 밝혀지기 시작하였다.​지구에서 일어본인는 화산활동 또한한 이와 크게 다를바가 없다. 현시점에도 이 영토의 아래에서 어느 일이 일어본인는지는 놀라울정도로 아는게 적은 형편이다. 당일날에도 세계 이곳 저곳에서 일어본인는 화산 분출을 확신하게 예측하기란 거의 불가능에 가깝다. 매우최근도 완벽하게 규명된 것은 아니지만 현대의 화산학자들은 분출 이전에 본인타본인는 여러가지 전조 현상들로부터 화산분출의 시점을 어느정도 예견이 가능하다고는 하지만 세계의 모든 화산에 학자들과 관측장비를 갖추고 감시할수 없는다는 것은 현실이다. 여기서는 지구에서 일어본인는 화산활동의 근본적인 원인을 논의하려는 것은 아니며 화산활동으로부터 기인되는 자연재해의 종류를 간단하게 소개하고자 한다.​그래도 화산활동에 의한 자연 재해를 논의하기에 앞서 화산활동을 일으키는 마그마가 어디에서 만들어지는지는 알아둘 필요가 있다. 사실 화산활동이 왕성한 땅이 그런 유형의 자연재해가 발생되는 땅이기 때문이다. 그시랑적인 관점에서 화산활동이 어디서 일어본인는지 개략적으로 살펴보기로 하자. 다음 그림은 판구조론적 관점에서 지구상에서 일어본인는 화산활동의 유형을 보여주는 그림이다. 지판이 발생되는 중앙해령이본인 열곡대와 같은 확장경계에서는 맨틀로부터 열망되는 물질에 의한 현무암질 화산활동이 일어본인며, 해양지각과 대륙지각이 만본인 소멸되는 수렴경계에서는 중성 화산암인 안산암질 화산활동을 수반한다. 그러본인 대륙지각과 대륙지각이 수렴되는 경계에서는 유문암질 화산활동을 수반한다. 그러본인 맨틀 깊숙한 곳으로부터 열망되는 화산활동은 열점(hot spot)이라 부르며 이들은 대양(예 하와이) 가령은 대륙(예 옐로우스톤국립공원)에 존재한다.

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실질적으로 요런 화산활동의 유형에 의해 마그마의 특성이 판정되기 때문에 이들이 미치는 자연재해에도 미치게 된다. 예를 들면 유문암질이나쁘지않아 안산암질 마그마는 용해된 가스의 량이 상대적으로 많아 폭발성 분출을 하며, 점도가 높아 유동성이 대단히 낮다. 그 결과로 요런 화산활동은 경사가 높은 성층화산(成層火山, strato volcano)을 만든다. 이에 반하여 현무암질 마그마는 용해된 가스의 량이 적고, 규산의 함유량이 적어 유동성이 대단히 크며, 보통 비폭발성 분출을 하며, 그 결과 만들어지는 화산은 비교적 경사가 완만한 순상화산(楯狀火山, shield volcano)을 만든다. 세계적으로 활화산의 분포를 보면 지판의 경계와 거의많이 일치되는 이유가 바로 그곳이 활동적인 마그마를 발발시키는 곳이기 때문이 었다. 아래 그림에 보여준 것처럼 가장 잘 알려진 게 바로 “환태평양화산대” 혹은 “불의 고리, Ring of fire”로 알려진 영토이 었다. 이 영토은 화산뿐만 아니라 지판의 접촉부에 쌓인 응력 때문에 자주 지진이 발생되는 영토이기도 하다.

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위에서 설명한대로 지판의 경계에서 주로 마그마가 만들어지며 그곳에서 화산활동이 주로 일어난다. 마그마가 만들어지는 과정에 대한 설명은 보다 전문적인 지식이 요구되는 것으로 이러한 글에서 다룰 범주를 심히 friend어자신는 스토리이므로 여기서는 피하기로 할것이다. 이제 화산분출시 일으키는 자연 재해를 살펴보기로 하자. 화산활동과 연관된 재해는 일차적인 재해와 이차적인 재해로 구분할것이다. 일차적인 재해란 화산이 분출되면서 직접적으로 발발시키는 재해를 예기하며, 이차적인 재해란 간접적으로 일어자신는 재해를 의의할것이다.​일차적인 재해는 예상할 수 있는 것처럼 화산 폭발시 분출되는 용암, 화산쇄설물 특히 화산재 그리고 화쇄류와 베이스서지(Base surges)에 의해 발발되는 직접적인 피해를 예기할것이다. 용암(마그마, magma)이란 광물 결정과 용존 가스가 포함되어 있는 암석의 용융체로서 마그마의 종류에 따라 휄식 마그마의 800℃에서, 현무암질 마그마의 1200℃ 온도 범위에 이른다. 이러한 고온이므로 이들 용암이 접촉하는 지표의 모든 것은 순간에 잿더미로 만든다. 그러니 화산에서 이들이 분출되는 모습은 그 자체가 자연의 대 스펙터클이었다 흘러내리는 용암의 색은 온도에 따라 달라 보인다. 현무암질 용암으로 최고 온도이니 1200℃ 정도에서는 흰색으로 보이자신, 온도가 내려가 1100℃ 정도에서는 노란색을 띠다가 900℃에서는 오렌지색으로 7-800℃에서는 선홍색으로 보입니다가 그보다 온도가 더 내려가면 붉은색을 띤다. 붉은색을 띠는 용암이라 할지라도 그것과 접하는 모든 것을 태워버리기에 충분하다는 점을 명심해야할것이다.​

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​대규모의 용암 분출을 하는 화산이 있다면 그 파괴력은 아마도 상상을 초월할 것이다. 지구상에는 과거 고생대 말기 시베리안 트랩(Siberian Traps)을 발생시킨 대규모의 화산분출 외에도 중생대의 백악기 말에 인도의 데칸트랩(Decan Traps) 등을 발생 시킨 참으로 인류가 상상하기 어려운 무척난 규모의 화산분출이 있었다. 시베리안 트랩은 원래 약 7백만 km2 면적에 그리고 데칸트랩은 50만 km2의 면적에 2 km를 넘는 두께의 현무암질 용암을 토해낸 초거대 규모이다. 이곳서 예를 든 위의 두 화산분출은 전부 지구의 생물종 진화의 역사상 가장 참혹시한 생물종의 대절멸을 가져왔다(이 내용은 이 블로그의 다른 글 “공룡이 지구에서 사라진 이유”와 “지구 역사상 최대의 매멸종: 페름기-트라이아스기 대멸종”에서 다루었으므로 참고하기 바람). 그런 규모의 용암 분출은 전 지구적인 재앙으로 연결되는 것으로 인류가 이를 저지할 방도는 전혀 없으며 자연의 섭리에 의존하는 도리밖에 없다. 그러과인 소규모인 경우는 무척 이의 피해를 최소화하는 미리계획이 전혀 없는 것은 아니다.​우리 전부가 예견할수 있는 일차적인 재해의 규모를 줄여준 예를 살펴보자. 만약 화산폭발에 의해 고온의 용암이 흘러과인와 고을이과인 중요 시설물로 진행하는 경우가 있다고 하자. 그런 경우 용암의 진로를 바꾸기 위해서는 밀도가 무척 높은 구조물을 동원하거과인 폭파에 의해 용암의 유동 방향을 바꿔줘야 한다. 고런 노력 또한한 용이한 일은 아니지만 실제로 1935년 하와이의 마우과인로아와 1983년 이가면리아 시실리의 에트과인화산에서 시도되어 부분적으로 성공한 적이 있다. 1973년 1월 애슬랜드의 헤이메이섬(Heimaey island)에서는 고을로 흘러오고 있는 용암을 해수로 냉각시켜 진행을 저지시켜 상당부분은 벌써 파괴되었지만 작은 어촌고을을 부분적으로 구한 예도 있다. 그러과인 이 경우 전부 분출되는 용암의 량이 처리 가능한 수준이어서 가능한 일이었지 만약 분출규모가 몹시높다면 이는 불가항력이 될 것이다.1,2)​

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​일차적인 재해로 광범위한 영향을 주는 것은 사실 용암에 의한 재해가 아니라 화산쇄설물이나쁘지않아 화산재에 의한 피해일 것이었다 요런 재해는 세계 곳곳에 알려져 있다. 아마도 가장 잘 알려진 예는 서기 79년 베수비어스화산에 의한 폼페이의 매몰이 있다. 인명 살상이야 유독성 가스의 역할도 컷지만 자체를 매몰시킨 것은 화산에서 분출된 화산쇄설물과 화산재였다. 베수비어스 화산처럼 그렇게 도시 전체를 두껍게 덮지 않았다고 해도 식생을 파괴하고 지표수를 오염시키고 질병을 유발하는 등의 수반되는 재해가 상당함. 나쁘지않아아가 요런 화산쇄설물의 퇴적은 이들이 발생시키는 압력에 의해 구조물의 파괴를 유발한다. 의견해 보아라 밀도가 오전은 눈이 몇 10 cm가 쌓여도 지붕이 가라 않는데 그보다 밀도가 몇 배가 더 높은 화산재가 수 m 이상만 쌓인다고 해도 그 결과는 상상하는 것 이상이 될 것이었다 요런 종류의 재해로 최근에 일어났던 것들 중 가장 인명손실이 컸든 것은 1902년 5월 8일 서인도제도의 마르티니크(Martinique)의 펠레산에서 일어난 것으로 매우나쁘지않아게 빠른 속도의 화쇄류에 의해 30,000 명이 분출과 거의많이­ 동시 일시에 사망한 문재이었다 3만 여명의 시민들 중 오직 살아남은 이는 단 세 명뿐이었다. 폭발 시 발생되는 화쇄류나쁘지않아 베이스서지는 속도가 매우 빨라 발생되는 것을 안다고 해도 벌써 피하기에는 늦어버리기 십상이었다3) 허긴 마르티니크의 예는 어리석은 식민통치자의 지극히 무모한 정치적인 욕심 때문에 주민들의 대피를 막아 생긴 참설령한 결과이기는 하다.​이쯤에 이르면 화쇄류(火碎流, pyroclastic flow)와 베이스서지(base surge)가 뭣인지 약간의 설명이 필요해진다. 화쇄류와 베이스서지는 매우 유사한데, 이 둘은 화산폭발 시 가스와 화산 쇄설물을 포함한 중력이 지배하는 구름과 같은 물질들이 상승하지 않고 지표를 따라 빠르게 이동되는 것을 말한다. 이들의 온도는 접촉하는 것은 순식간에 불태울 수 있는 1000℃에 이르며, 이 구름에 포함된 가스는 태우기도 전에 생명체를 죽이기에 충분한 독성으로 가득가득가득가득찬 물질이었다 최근 조사 결과에 의하면 이들 화쇄류나쁘지않아 베이스서지의 이동 속도는 때때로당 최대 700 여 km에 이른다고 한다. 화쇄류는 즉시 펠레산의 화산분출시 프랑스의 지질학자에 의해 처sound 관찰된 현상으로 그는 뉴에아단트(nuée ardente, 불타는 구름이라는 의미)라고 기재하였으나쁘지않아 현재는 화쇄류란 용어로 더 많이 사용된다.​

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​최근 화산활동의 결과로 2차적으로 발생되는 재해를 살펴보기로 하자. 2차적인 재해란 화산폭발과 동시에 분출되는 용암이본인 화쇄류 혹은 화산재에 의한 직접적인 재해 이외의 모든 피해라고 소견하면 된다. 이에는 유해 가스가 있다. 화산분출시 발생되는 가스는 탄산가스 및 황화수소가 많이 함유되어 있으며, F와 Cl이 풍부한 가스도 있다, 특히 이런 가스는 물과 반응하여 불산과 염산을 만들어 생태계에 치명적인 영향을 미친다. 그러본인 가스의 농도가 아침은 경우는 강수에 희석되어 재해를 일으키지 않는다. 한 결과에 의하면 남극대륙에서 두 번째로 높은 3,794m의 활화산 에레부스산(Mount Erebus)은 1986년에서 1991년 사이에 HF와 HCl 방출량이 6에서 13.3 Gg yr-1으로 거짓없이거의 2배 수준으로 증가하였다는 것이었다 이런 방출량은 남극대륙의 대기에 할로겐원소의 중요한 공급원이 에레부스산 이었음을 예기해준다.4) 이런 양은 1980년대 전 세계에서 1년간 생산되는 CFCs(chlorofluorcarbons)로부터 발생되는 염소의 양보다도 훨씬 더 많은 것이었다 실제로 한 화산에서 수십 톤 혹은 수백만 톤의 염산을 방출한 예는 아주매우 흔하다.​이런 현상 이외에도 화산활동은 전지구적인 기후시스템에 영향을 미치기도 합니다. 그런 예는 인류가 역사를 기록한 이후에도 몇 차례 경험을 하였다. 1783년 도쿄 동북쪽 140 km 지점에 있는 아사마화산(Asama volcano) 폭발은 그해 유럽에서 일조량이 부족하여 렌즈로 햇빛을 모아도 종이가 타지 않을 정도였으며 이는 즉시 흉작(凶作)으로 연결됐다. 그 즉시당시 그게 아사마화산이 토해낸 화산재에 의한 것임을 아무도 눈치 채지 못했읍니다. 한 가지 예만 더 들기로 하자. 1816년은 보통 “여름이 없던 해”로 기록되며, 포스트(John D. Post)와 같은 사학자는 이를 “서양에서의 마지막의 생존위기“를 조성하였다고 기술하고 있다.5) 이 역시한 1815년 4월 인류역사가 기록한 최대의 화산 폭발 때문이었다. 그 화산이 즉시 인도네시아의 탐보라화산(Tambora volcano)이었다 이런 결과는 즉시 화산분출시 기권 상층부로 유입된 미세한 화산재본인 가스가 만든 에어로졸에 의해 지구의 평균기온을 내린 탓이었다.​ 기술의 발달은 이런 현상을 우리의 눈으로 확인하게 만들어 주었다. 1991년 6월 필리핀의 루손섬의 피본인투보화산(Pinatubo volcano)이 폭발하면서 1745m 봉우리를 1485m로 날려버렸다. 이 화산은 금세기 두 번째로 큰 화산폭발이었다. 이 화산분출은 전문가들의 노력으로 확실하게 예상되어 화쇄류의 진행 경로에 있던 주민들을 미리 대피시켜 인명 피해를 최소화 시켰다. 그러본인 기권으로 올라가는 가스까지 막을 방도는 없었다. 즉시당시 성층권에 유입된 SO2는 1천7백만 톤으로 산화된 이산화황은 에어로졸의 띠를 만들었으며, 그 결과로 지표에 도달하는 태양광이 약 10% 정도 감소하였다고 합니다. 당연한 결과로 북반구의 평균 0.5-0.6℃ 감소시켰다고 합니다.6) 과학의 진보는 이런 측정을 가능하게 만들었다. 최근 그런 모습은 스페이스셔틀에서 즉시 보는 시대가 된 것이었다 다음 그림을 보면 모든 게 쉽게 설명된다.

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​화산에서 발생되는 가스는 다른 형태의 재해를 만들기도 합니다. 이 블로그에서 “니오스호수의 저주”란 제목으로 이미 소개하였던 아프리카 카메룬의 칼데라호수인 니오스호수(Lake Nyos)의 바닥에 있는 휴화산의 화도를 따라 올라온 CO2가스가 호수 바닥에 축적되어 있다가 일시에 방출되면서 계곡을 따라 조용히 16 km를 이동하면서 막 잠자리에 들었든 약 1700여 명의 사람들과 3천여 두의 가축을 죽인 예는 아주매우 유명한 예가 됬다.1,7) 화산활동에 의해 장기간 분출되는 유황이나 탄산가스를 함유한 증기는 강한 산성비를 만든다. 한가지 예만 들어보자. 알라스카 남단에 위치한 캐트마이화산(Mt. Katmai)이 1912년 6월에 분출하였다. 그때 이 화산으로부터 2,000km나 멀리 떨어진 밴쿠버에서 건조를 위해 실외에 내건 의류가 강한 산성비에 의해 손상된 기록이 있다. 화산 근처에서 산성비에 의한 피해의 예는 많이 알려져 있다.​화산분출시 쌓인 화산재는 느슨하게 주변의 사면에 쌓이게 된다. 이들의 압력에 의한 구조물의 파괴는 일차적인 재해이지만 다음과 같은 이차적인 재해로 연결되기도 합니다. 그냥 화산활동은 강수를 동반하거나 다량의 증기를 배출하기도 하는데 고화되지 않은 화산재가 물과 섞이게 되면 이류(泥流, mud flow)를 만든다. 우리는 홍수에 의한 빗물 피해에 익숙하다. 그러나 이류의 피해는 차원이 같지 않다. 왜냐하면 물보다 이류의 비중은 두 배도 넘는데 부양력(浮揚力, buoyancy)은 기하급수적으로 증가하게 되어 파괴력은 몇 배로 증가하게 된다. 다른 얘기로하면 홍수에 견딘 다리라 할지라도 이류에는 견디기 어렵다는 얘기이었다 그게 어디 교량에 한정되겠는가? 우리는 요즈음 미국 서부 워싱턴주 세인트헬렌산(Mt. St. Helens)이 폭발할 때 만들어진 이류의 파괴력을 보도매체를 통하여 익히 보았다. 이류 역시 진행속도가 빠르기 때문에 경보가 어렵다. 하류에 댐이 있다면 범람발생 가능성이 높아져 하류에 있는 댐은 수위를 조절해야합니다. 한 가지 예를 더 들어보기로 하자. 세인트헬렌산에 인접한 레이니어산(Mt. Rainier)에는 약 5천 년 전의 화산분출시 만들어진 80 km의 연장에 약 1억 9천m3 규모의 이류가 확인된다. 얼마인지 상상하기가 어려울 것이었다 이는 13km2 넓이의 면적 전체를 150m로 두께로 덮을 수 있는 매우난 량이었다8) 물론 그게 역사상 화산이 만든 최대의 산물은 아니다.​설선 이상의 고도에 위치한 화산의 분출은 요즘까지 설명한 것과는 다른 유형의 재해를 만든다. 그런 화산은 머리에 빙하를 이고 있으며, 화산활동이 시작되는 경우 뜨거운 용암이나 화쇄류 등에 의해 빙하가 녹는다. 빙하가 녹은 물은 화산재나 암설등과 섞이어 라하르(lahar, 이류의 일종)를 생성시키는데 이를 빙하파열(glacier bursts)이라고 부른다. 안데스산맥의 북단 콜롬비아에서 만년설로 담덮인 5,320m의 고봉 네바도델루이즈화산(Nevado del Ruiz volcano)이 1985년 11월 13일 폭발하였다. 이 화산은 그 이전에서 활동을 한 활화산으로 전에도 크고 작은 문제를 일으켰던 나쁜 경력을 가지고 있었다. 화산분출은 이 산을 덮고 있던 빙하를 녹여 빙하파열을 일으켰고, 빠른 속도로 계곡을 따라 진행하던 라하르는 요즘까지 어디에서도 경험하지 못했던 대형 참사를 만들었다. 이류가 정상으로부터 계곡의 하류에 있던 고을에 도착하는 데는 한 때때로이면 족했다. 이런 재앙을 예상하지 못하고 그 산자락 밑에 살든 주민 20,000명 이상의 생명은 순식간에 매몰됬다. 이런 종류의 재해로서는 금세기 최대의 피해였다.9) 이 재해는 아르메로의 비극(Armero tragedy)로 알려졌다.

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​얼음의 국가로 알려진 어린이슬랜드에서 1947년 헤클라화산(Hekla volcano)이 분출하였다. 그 이전에도 활발한 활동을 하던 활화산이었다. 두터운 빙하로 덮여 있던 이 화산이 뿜어낸 열기는 화산 위의 빙하를 녹여 3,000,000 m3의 물을 일시에 방류하였다. 이 물길을 따라 어떤 일이 벌어졌는지는 구태여 설명이 필요하지 않타. 이 화산은 1970년에는 전혀 다른 문제를 일으켰다. 이 분출에서는 분출물 내에 1,700ppm의 불산을 함유하고 있었다. 이들은 600℃ 이상에서 화산회나 화산유리질의 표면에서 칼슘 불화규산(calcium fluorsilicate)을 만들었다. 이 칼슘 불화규산이 주변의 나무나 작물에 떨어땅서 화재를 발생시켰다. 이번 것은 우리가 종래 관찰했던 것과는 다른 차원의 것이었다. 미립의 화산재나 쇄설물에는 350 ppm 정도가 포함되어 있었다. 불소의 독성은 약 25 ppm 정도에서 시작되며 250 ppm 정도면 수일 안에 양들을 죽일 수 있다. 그래서 불소의 독성은 그 지상 1,500 두의 암양과 6,000 두의 어린양 그리고 쪼금의 이말들을 죽였다.10)​화산이 만들어 내는 자연 재해는 종류도 종류이려니와 피해의 규모는 매우나기만 하다. 그러나 실상 그러 재해에는 거의많이­ 속수무책일수 밖에 없다. 현재 인류의 과학 기술 수준으로는 화산폭발을 막아내지 못하기 때문이었다 그러나 화산활동의 시기 즉 화산 분출시기를 정확하게 예측할 수 있다면 적어도 대피를 하는 등 피해를 최소화 할 수 있을 것이었다 많은 전문 인력과 장비를 동원하면 분출시기를 예측하는 게 불가능한 것은 아니다. 그러나 모든 활화산을 대상으로 고런 관리체계를 유지하는 것은 어려운 일이었다​​<이글을 쓰면서 참고한 문헌들>​1) Barbara W. Murck, Brian J. Skinner and Stephen C, Porter (1996) Environmental Geology. John Wiley & Sons, Inc. p.116, Fig. 4.20)2) William, Richard. “Man Against Volcano: The Eruption of Heimay, Vestmannaeyjar, Iceland (2nd Edition)” (PDF). pubs.usgs.gov. Retrieved 2016-11-30.3) de Boer, J.Z and Sanders, D.T. (2002) Volcanoes in Human History: The Far-Reaching Effects of Major Eruptions. Princeton University Press.4) Zreda-Gostynska, G., Kyle, P.R. and Finnegan, D.L. (1993) Chlorine, fluorine, and sulfur emissions from Mount Erebus, Antarctica and estimated contributions to the Antarctic atmosphere. Geophysical Research Letters, 20(18): 1959-1962.5) Amold, D.J. (1988) Famine: Social Crisis and Historical Change. Oxford University Press.6) Ward, P. L. (2009) Sulfur Dioxide Initiates Global Climate Change in Four Ways. Thin Solid Films. 517 (11): 3188–3203.7) P. J. Baxter, M. Kapila, and D. Mfonfu (1989) Lake Nyos disaster, Cameroon, 1986: the medical effects of large scale emission of carbon dioxide? BMJ. 298(6685): 1437–1441.8) Keller, E.A. (2000) Environmental Geology. Prentice Hall.9) Huggel, C., Ceballos, J. L., Pulgarín, B., Ramírez, J. and Thouret, J.-C. (2007) Review and reassessment of hazards owing to volcano–glacier interactions in Colombia. Annals of Glaciology. International Glaciological Society. 45: 128–136.10) Thorarinsson, Sigurdur (1970) Hekla, A Notorious Volcano. trans. Jóhann Hannesson, Pétur Karlsson. Reykjavík: Almenna bókafélagið.

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