제13기 국민참여기자단 / 김형수
화산분화, 출처=픽사베이 화산분화는 화산에서 대기와 지표면으로 고체, 유체와 기체 모양의 물질이 분출되는 과정을 말합니다. 용암이 서서히 흘러나오는 폭발부터 화산 쇄설류가 거세게 내뿜는 대폭발까지 그 모습이 아주 다양합니다.
사진에서처럼 보면 멋질지도 모르지만 화산 폭발은 인류에게 큰 재앙을 가져다 줄지도 모릅니다. 일찍이 이탈리아 남서부의 베수비오 산 정상에서는 거대한 구름과 불꽃의 섬광이 일어났습니다. 그리고 시커먼 화산재가 분출하고 화산탄이 우박처럼 쏟아지면서 대량의 화산 쇄설물이 순식간에 폼페이 시를 덮쳤습니다. 놀란 시민들은 화산탄을 피해 달아났지만 순식간에 많은 사상자가 발생했습니다.* 화산 쇄설물 : 화산 폭발에 의해 파쇄, 방출된 바위 파편
이러한 직접적인 인명 피해뿐만 아니라 2010년 아이슬란드 남부 지역에 있는 화산 폭발로 유럽은 심각한 항공대란을 겪기도 했습니다. 유럽발 유럽행 항공기가 모두 결항했고 이 같은 사태는 5일 이상 지속되었습니다.
최근에도 화산폭발이 있었어요. 2021년 9월 19일, 스페인 카나리 제도의 라팔마 섬에서 화산이 분화를 했습니다. 분화는 2주 이상 계속되고 있으며, 주변의 주택, 자동차, 거리가 모두 화산재로 덮여 주민 6천 명 이상이 피난 생활을 하고 있습니다. 용암이 일부 바다로 흘러들어가면서 수증기가 뿜어져 나오는 상황도 발생했습니다.
앉은 자리에서 화석이 된 사람, 출처=픽사베이와 같이 화산은 인류에게 큰 피해를 줄 수 있습니다. 그러나 최근 화산 폭발이 지구의 기후 안전판 역할을 했다는 연구 결과가 나왔습니다. 광범위한 화산 사슬이 대기 중에 이산화탄소를 방출하고 동시에 제거하는 원인이 된 것을 발견했습니다. 무시무시한 자연현상이라고 생각했던 화산이 기후변화의 한 대응책 역할을 하고 있다는 사실은 믿기 어렵습니다만. 함께 자세히 살펴보겠습니다.
풍화작용과 지구시스템
영국 사우샘프턴 대학의 과학자들이 이끄는 오스트레일리아의 시드니 대학, 오스트레일리아의 오타와 대학, 영국의 리즈 대학 국제 협동 연구팀은 지난 4억년간 화산이 지구, 해양, 대기에 미치는 영향에 대해 연구해 「네이처 지구 과학」(Nature Geoscience) 23 일자에 발표했습니다.
그 전에 지구 시스템과 지구 시스템 모델에 대해서 좀 알아보겠습니다. 지구 시스템이란 밀접한 관련성을 가지고 지구 환경을 구성하는 권역의 집합체를 말합니다. “각 권역은 물질의 종류에 따라 일반적으로 5개(대기권, 수권, 얼음권, 암석권, 생물권)로 구분되며, 얼음권은 수권에 포함되어 4개 권역으로 구분될 수 있습니다” 각 권역 사이에는 끊임없는 물질이나 에너지의 상호 교환과 되감기 작용이 있어 지구 시스템을 유지 변화시키고 있으며, 이러한 복잡한 상호 작용에 의해서 날씨나 기후가 결정되고 있습니다.
또한 연구진이 구축한 지구시스템 모델은 기후변화 및 예측을 가능하게 하는 모델인데, 특히 기후변화와 관련하여 인간 활동으로 인한 강제력이 지구의 기후시스템에 미치는 영향을 분석하고 예측하는데 주로 사용되고 있습니다. 19세기 산업혁명 이후 인간의 활동으로 대기 중의 온실가스가 증가하면서 지구온난화 현상과 함께 지구 시스템 변화에 영향을 미치고 있습니다.
지구의 기후에 영향을 주는 화산 폭발
화산활동으로 대기 중 이산화탄소가 미네랄로 포집되는 과정, 출처=(제작) 김형수 기자
화산분출에 의해 대기 중에 분출된 이산화탄소가 다시 제거되는 과정은 지표면에서 암석이 자연적으로 분해, 용해되는 화학적 풍화작용(chemical weathering)을 거칩니다. 풍화의 산물인 칼슘과 마그네슘 같은 성분들이 강을 통해 바다로 흘러들어가 이산화탄소(CO2)를 가두는 미네랄을 형성하기 때문에 이 과정은 매우 중요합니다. 이러한 피드백 메커니즘이 지질학상 장기간에 걸쳐 대기 중의 이산화탄소 농도를 조절하고 그에 따라 기후도 조절하게 된다는 것이 과학자들의 의견입니다.* 풍화작용 : 암석이 물리적 작용이나 화학적 작용에 의해 점차 토양으로 변화하는 현상
화산활동으로 인해 대기 중 이산화탄소가 미네랄로 포집되는 과정, 출처=(제작) 김현수 기자논문 제1저자인 톰 가논(Tom Gernon) 부교수는 “지구 표면의 풍화는 지질학적 온도조절장치 역할을 하지만 근본적인 통제가 어떻게 이루어지고 있는지는 지구시스템의 복잡성으로 인해 판단하기 어려웠다”고 밝혔습니다.
이런 의견과 일맥상통하는 논문의 공저자인 에르코 롤링(Eelco Rohling) 교수는 여러 지구과학적 과정이 서로 연결돼 있어 과정과 결과 사이에는 상당한 시차가 존재해 지구 시스템이 보여주는 반응 가운데 특정 과정이 미치는 상대적 영향을 파악하기 어려웠다고 말했다. 두 과학자 모두 지구에서 발생하는 다양한 과정으로 인해 전체적인 영향을 판단하기 어려웠다는 점을 말했죠.
지구 시스템 속의 상호작용 연구의 열쇠, ‘지구 네트워크’
지구 시스템, 출처=픽사베이 전기 지구 시스템의 복잡성을 해결하기 위해, 연구팀은 기계 학습 알고리즘과 판 구조의 재구성을 통합한 새로운 「지구 네트워크」를 구축했습니다. 이를 통해 지구 시스템 내에서 지배적인 상호작용과 시간이 지남에 따라 다양한 상호작용이 어떻게 진화되었는지를 식별할 수 있었습니다.
그 결과 연구팀은 남미 안데스 산맥과 아메리카 서부의 산맥 등 대륙에 즐비한 화산이 지난 4억 년 동안 풍화 강도에 영향을 미치는 가장 중요한 동인이었다고 밝혀냈습니다. 연구진은 “이러한 현상은 균형을 잡는 행동이며, 이 화산은 대규모 이산화탄소를 분출해 대기의 이산화탄소 양을 증가시키는 반면, 급속한 풍화반응을 일으켜 대기 중의 이산화탄소를 제거하는 데 도움을 주었다고 설명했습니다”
즉, 화산활동이 단기간에 대기중의 이산화탄소농도 저감에 영향을 주었다기보다는 오랜 시간에 걸쳐 풍화작용에 의해 대기중의 이산화탄소를 가둬놓은 미네랄의 형태를 만들었다라고 할 수 있습니다.
하지만 이런 연구 결과가 나온다고 해서 화산 활동이 우리를 지구 온난화로부터 구할 수 있는 것은 아니라고 합니다. 고농 교수는 불행하게도 분석 결과는 자연이 기후변화에서 우리를 구원해 줄 것이라는 희망을 보여주지 않는다며 오늘날 대기 중 이산화탄소 수준은 지난 300만 년 중 어느 때보다 높아 인간이 배출하는 이산화탄소 양은 화산 배출량보다 약 150배 많다고 강조했다. 결론적으로, 현재 대륙의 화산은 오늘날의 이산화탄소 배출량을 상쇄할 정도의 규모는 존재하지 않는다는 것입니다.
이러한연구결과는화학적풍화를이용한이산화탄소제거라는새로운통찰을제시하게되는거죠. 화학반응률을 높이기 위해 암석을 분쇄하여 지상에 넓게 퍼뜨리는 인위적인 강화암석의 풍화를 이용하는 것입니다. 이러한 계획은 대륙에 즐비한 화산환경에서 발견되는 칼슘과 칼륨 및 나트륨이 포함된 칼슘-알칼리성 화산물질을 사용하여 최적으로 전개될 수 있다고 연구팀은 의견을 제시했습니다.
마지막으로 고논 박사는 “이는 기후 위기에 대한 확실한 해결책이 아니다”며 “IPCC(기후변화에 관한 정부 간 협의체)의 완화 경로에 따라 이산화탄소 배출량을 완전히 줄여야 한다”고 강조했다.
Green Earth, 출처=픽사베이, 지금까지 신비롭고 아름답지만 한편으로는 두려움의 대상으로 인식되는 화산의 긍정적인 작용 가능성에 대해 알아보았습니다. 지금 이 순간에도 수많은 연구진이 지구 내 상호작용에 의해 자연적으로 발생하는 이산화탄소 감축 현상을 알아내기 위해 고군분투하고 있습니다. 이산화탄소를 줄이는 것도 매우 중요하지만 지속가능한 지구를 위해 배출량을 줄이는 것이 최우선이 되어야 한다는 본질적인 문제를 잊어서는 안 됩니다.
내용 출처 네이버 백과사전(죽기 전에 꼭 봐야 할 자연절경 1001), 화산폭발 네이버 백과사전(학생백과), 지구창조의 강력한 엔진 네이버 백과사전(KISTI의 과학향기 칼럼), 화산폭발이 항공기와 무슨 관계가 있을까.KBS NEWS, 라팔마섬 화산폭발로 보트피난생활을 하는 노부부 사이언스 타임스, 화산폭발이 지구의 기후안전판 역할을 했다.Eurek Alert! 네티즌 네이버 백과사전(기상학 백과), 지구시스템 한국해양과학기술원 블로그, 지구의 기후를 파악하자! 지구시스템 모델 사진 출처 픽사베이
