통가 해저 화산 폭발이 남긴 것

[서해원당]

통가 해저 화산 폭발이 남긴 것

                                                                                                                 <KISTI의 과학향기> 제3722호   2022년 02월 07일

지난 1월 14일, 오세아니아 통가 인근에서 해저 화산이 폭발했다. 약 1만 ㎞ 떨어진 미국 알래스카에서도 화산 폭발음이 들릴 정도였다. 화산재와 화산가스 기둥은 19.2㎞ 높이까지 치솟았고, 거대한 폭발로 섬은 두 개로 분할됐으며, 해저케이블이 손상돼 통신이 마비되는 상황도 일어났다. 이뿐만이 아니다. 화산에 의해 발생한 쓰나미는 일본 등 태평양 인접 국가들에까지 전달됐다. 화산폭발력을 나타내는 지수인 화산분출지수(VEI)도 4~6 수준으로 나타났다. VEI가 6 이상이면 화산 폭발로 인해 분출된 화산재와 가스가 햇빛을 차단할 수 있어 지구 기온을 떨어트리는 기후 변화도 일으킬 수 있다. 이번 통가 화산 폭발을 통해 해저 화산은 무엇인지, 화산 폭발로 인해 지구에 어떤 영향을 줬는지에 대해 알아보자.

                          그림 1. 통가의 훙가통가-훙가하파이 화산에서 8분간 대규모 폭발이 일어났다.

                                     과학자들은 위성을 통해 화산 분화로 인한 충격파와 각종 데이터를 수집했다.

                                     (출처: NASA)

해저 화산이란 무엇일까

해저 화산은 그 이름처럼 바다 깊은 곳에 위치한 화산을 가리킨다. 바닷속에 위치한다는 점 말고는 지상의 화산과 차이가 없지만 ‘바닷속’이라는 환경이 땅 위의 화산과 큰 차이를 만든다. 예를 들어 해저 화산의 경우 화산 주변을 감싼 다량의 바닷물이 가하는 강한 압력으로 인해 화산이 폭발을 일으키더라도 그 규모가 크지 않은 경우가 많다. 하지만 해저 깊은 곳이 아니라 상대적으로 얕은 곳에서 분화하는 경우, 수압이 크지 않기 때문에 지상의 화산과 마찬가지로 거대한 규모의 분화를 일으키기도 한다.

가장 대표적인 해저 화산의 분화 형태는 ‘마그마 수증기 폭발’이다. 해저 화산이 분화를 일으키고 1000℃ 이상의 뜨거운 마그마가 바닷물과 부딪히면 순식간에 생겨난 다량의 수증기가 엄청난 폭발을 일으킨다. 해저 화산은 거대한 바다의 깊은 곳에 숨어있으며 폭발을 일으키더라도 눈에 잘 띄지 않기 때문에 분화하는 횟수에 비해 관찰 기회가 많지 않다. 이 때문에 항행 중인 화물선이나 비행기, 조업 중인 어선이 우연히 발견한 해저 화산에 연구자를 파견하는 식으로 연구가 이루어진다. 

                                         그림 2. 해저 화산은 환태평양 지진대 위에 주로 위치하며,

                                      마그마 수증기 폭발 등으로 거대한 규모의 분화를 일으키기도 한다.

                                      (출처: 위키미디어)

해저 화산은 불의 고리라 불리는 환태평양 지진대 위에 주로 위치하는데, 이번에 분화한 통가 화산은 남태평양 케르마데크 판 위에 자리 잡은 해저 화산이다. 오세아니아의 섬나라 통가의 오른쪽 밑으로 태평양판이 케르마데크 판 밑으로 밀려 들어가며 역사적으로 화산활동이 잦은 곳이다. 900~1000년 정도의 시간이 지나 화산 밑에 마그마가 덩어리 지면 바깥쪽 마그마의 일부가 식으면서 내부에 가스가 차게 된다. 가스압이 점점 차오르면 마치 샴페인 병의 거품이 터지듯이 분화구를 통해 마그마가 뿜어져 나오며 폭발을 일으킨다. 1월 15일 통가 화산은 암석, 물, 마그마를 상공 30km 높이로 뿜어 올렸고 30분 후에는 우주에서도 관찰할 수 있을 만큼 커다란 직경 350km의 거대한 구름이 생겨났다.

통가 화산 폭발이 기후 변화에 영향을 줄까

화산 폭발로 인해 발생한 낙진은 일반적으로 지구 기온을 일시적으로 낮추는 효과가 있다. 낙진에 포함된 이산화황(SO2)이 햇빛을 막는 차단막 역할을 하기 때문이다. 화산이 폭발하면 대표적인 온실가스인 이산화탄소도 발생하지만, 전 세계 화산 폭발로 인해 발생하는 연간 이산화탄소는 인간이 발생시키는 연간 이산화탄소 대비 1%에도 미치지 못하는 만큼 큰 영향은 없다. 이번 통가 화산과 비슷한 규모의 폭발을 일으켰던 1991년 필리핀의 피나투보 화산은 성층권까지 이산화황 2천만 t을 쏘아 올렸고 그 결과 지구의 평균기온이 0.5도 내려갔다. 2년 후 우리나라에도 기록적으로 차갑게 식은 여름이 찾아왔고 쌀 생산량이 30% 감소했다. 하지만 현재로서는 통가 화산 폭발이 전 세계 기후에 별다른 영향을 미치지 않으리라는 게 전문가들의 의견이다. 이산화황 분출 규모가 40만 t 규모로 크지 않기 때문이다. 

                                      그림 3. 1991년 폭발한 필리핀의 피나투보 화산. 화산폭발지수(VEI) 6으로,

                                      2천만 t의 이산화황을 분출해 지구의 기온을 낮췄다. (출처: 위키미디어)

역사상 대규모 화산 폭발로 인해 일시적으로 기온이 내려간 사례는 흔히 찾아볼 수 있다. 예를 들어 1815년에 인도네시아 탄포라 화산이 분출하자 그다음 해에 미국과 유럽에는 여름이 찾아오지 않았다. 미국 동부 해안의 평균기온은 4도나 낮아졌으며, 6월에도 눈이 내리고 호수가 얼어붙었다. 8월에는 서리가 꼈고 그해 농사지은 옥수수는 수확을 얻지 못했다. 이상기온은 무려 17년 동안 계속되었고, 심대한 타격을 입은 농민들의 다수가 미국 서부로 이주하는 계기가 됐다. 수천 ㎞ 떨어진 곳에서 분화한 화산이 미국 서부 개발의 역사를 앞당긴 셈이다.

화산 폭발로 해저케이블 절단돼 통신 두절

인공위성을 통해 통가 화산의 분출 모습이 시시각각 전 세계에 알려지고 화산 지역과 먼 대륙의 영향은 빠르게 전달되고 있지만 정작 통가의 피해 상황은 한동안 알 수 없었다. 외부에서 통가로 연결되는 해저 통신케이블이 절단됐기 때문이다. 통가는 같은 섬나라인 피지와 870km 길이의 해저케이블로 연결되어 있는데, 이 케이블이 끊어지면서 36개 섬과 모든 통신이 두절되었다. 

                             그림 4. 전세계 통신은 바다 밑 광섬유 케이블을 통해 이루어지지만 대부분 화산,

                                         지진이 많이 발생하는 지점에 몰려있다. (출처: INFRAPEDIA)

GPS와 같이 인공위성을 사용한 통신은 전체 데이터 전송의 5%에 불과하다. 나머지 95%는 바다 밑 광섬유 케이블을 따로 전송되는데 대부분 화산, 수중 산사태, 지진 등이 많이 발생하는 지점에 많이 몰려있다. 해저케이블을 놓는 데 큰 비용이 들다 보니 태평양의 섬나라를 잇는 지점에 케이블을 설치하지만 안타깝게도 대부분이 화산섬이라 지진과 화산의 위협에 취약하다. 이처럼 정보사회의 생명줄 역할을 하는 해저케이블이지만 자연재해나 어업 중 사고로 인해 손상되는 경우가 있다 보니 종종 보수가 필요하다.

보수 작업은 탐색부터 시작한다. 우선 수중 드론 등을 사용해 손상된 부분을 확인한 후 케이블을 인양한다. 허벅지 두께의 케이블 속에는 머리카락 굵기의 통신 섬유가 들어있다. 손상된 통신 섬유를 찾아내 배 위에서 통신 기술자가 한 땀 한 땀 수리하여 다시 바다로 돌려보낸다. 통신 섬유만 수리할 때는 수억 원, 케이블 안에 들어있는 기기나 장비가 고장 났을 때는 수십억 원의 수리 비용이 든다.

후속 폭발의 가능성?

이번 폭발이 후속 폭발로 이어질 전조일지 아닐지는 아직 알 수 없다. 하지만 마그마층에 갇혔던 가스가 대량으로 분출된 것은 확실하므로, 이번 폭발로 인해 한동안은 잠잠할 가능성이 크다. 마그마 집적층에 남아 있는 과거 대분화의 흔적을 조사해보면 1000번에 1번 일어나는 대폭발을 일으킨 후 복잡한 연쇄적 과정에 의해 소규모 분화를 유도한 적도 있다. 만약 이번 폭발이 연쇄 폭발의 시작점이라면 앞으로 여러 해에 걸쳐 분화가 계속될지도 모른다. 통가 주민을 위해서 이 예측이 빗나가길 바란다.

과학계에서는 백두산도 가까운 시일 안에 폭발을 일으킬 가능성이 높다고 평가한다. 통가 화산과 마찬가지로 백두산 또한 1000년에 한 번 대규모 폭발을 일으키는 화산인데, 946년에 대규모 폭발을 일으킨 후 백두산 아래 마그마층에 충분한 양의 가스가 모였다면 백두산의 분화 역시 시간문제일 것으로 보인다. 과거 백두산의 화산 폭발력(VEI)은 7로 통가 화산의 10배에 달하는 규모였다. 당시 겨울에 폭발한 백두산의 화산재가 강한 북서풍을 타고 동쪽에 있는 일본 홋카이도까지 넘어갈 정도였다. 만약 이번에 새로운 폭발이 여름에 발생할 경우 성층권까지 치솟은 화산재가 가까운 지역뿐 아니라 전 지구적으로 영향을 줄 수도 있고 이 경우 지구 기후 전반에도 영향을 끼치리라 예상된다.

글: 이형석 과학칼럼니스트/ 일러스트: 유진성 작가