가라앉고, 또 가라앉고 지하수 효과

미국 동부 해안 도시가 가라앉고 있다... 뉴욕/보스턴 사라질 위기

이대로면 중국인 1억 명 목숨 위태롭다

 

많이들 들어 봤을 것이다. 위 미 동부 도시의 침하는 올 2월, 중국 연안은 작년 6월의 기사를 옮겨 왔지만 이미 지난 10여 연간 많은 뉴스를 들어 봤을 것이고 심지어 인도네시아는 수도 자카르타의 침하로 인해 수도 이전까지 감행하고 있는 와중 최근 통제를 통해 속도를 늦추고 있다는 소식도 있다. 

 

모두 다 급격하고 집중된 개발 및 과다한 지하수 사용으로 인한 지반의 침하가 지구 온난화에 따른 해수면 상승과 맞물리며 위기를 키워가고 있다는 내용이다. 

 

아래 사진은 자주 뉴스로 보여지며 우리 주변에서 갑자기 일어날 수 있기에 더 무서은 도심의 갑작스러운 싱크홀(Sinkhole)을 보여준다. 여러 사유로 설명이 되고 있지만 역시 과다한 지하수 사용으로 인한 지하수 고갈을 주원인으로 지목되고 있다. 

세계 각지의 도심 싱크홀 발생 사례

바다 아래로 침하되는 도시들

2022년 미국 연구팀은 세계 해안도시 33곳은 해마다 1cm 이상 침하하고 있는 것으로 조사 결과를 발표한다. 온난화로 점점 빨라지는 전 세계 해수면 상승속도가 현재는 연평균 5mm 씩이니 (한국은 3mm, 국립해양조사원, 2023) 이런 도시들은 온난화에 잠겨지고, 지반침하로 가라앉으니 우려스러울 수밖에 없을 것이다. 연구팀은 이를 '미국 마이애미나 중국 광저우 같은 해안도시들이 해수면 상승에 따른 침수/홍수 전망에 직면해 있지만, 일부 도시들은 기후 변화로 인한 홍수보다 도시 침하에 의한 범람이라는 더 긴급한 위험을 맞고 있다'고 밝혔다.  

2020년 같은 주제로 조사를 진행한 국제공동연구팀은 도시 침하를 막기 위한 조치로 도쿄의 사례로 들며 지하수 관리 정책을 세우라 조언하고 있다. 실제 도쿄는 100년간 4m 정도 주저앉은 지반에 대한 대책으로 2000년 강력한 지하수 규제 정책을 수립하여 효과적으로 대응하고 있다고 평가받고 있고, 앞서 설명한 자카르타도 지하수 통제 정책을 통해 1997~2005년까지 매년 1 ~ 20cm씩 진행되던 침하를 2015 ~ 2022년까지 0.04 ~ 6.3 cm로 속도를 늦추고 있다. 

빙하 유실만큼이나 해수면 상승시키는 지하수 사용

오늘날 우리가 얘기하고 걱정하는 해수면 상승은 주로 화석연료 사용 등 인간의 활동으로 인해 지구의 기온이 상승하여 극지의 빙하, 만년설이 녹아내리기에 발생하는 것이다. 

오늘 뉴스를 보고 자료를 찾아보며 위의 싱크홀, 도시의 침하와 함께 나오는 단어가 과도한 지하수 개발, 지하수 고갈이어서 문득 지하수를 뽑아내어 사용하게 되면 결국 바다로 흘러가게 될 것인데라는 생각으로 까지 연결되어 지하수로 인한 해수면 상승은 얼마나 될까를 알아보기로 하였다. 

다행히 이런 생각이 있었고 연구 결과도 찾아볼 수 있었다. 서울대 지구과학교육과 연구팀이  작년(2023년) 6월 빙하만큼이나 인류의 지하수 사용이 해수면을 상승시키고 있다는 연구결과를 내놓았다. 1993년에서 2010년까지 인류는 2조 1천500톤의 지하수를 퍼 올렸고 그 결과로 약 6mm의 해수면 상승이 있었다는 것이다. 동기간 남극의 빙하 유실로 4~8mm, 그린란드의 빙하 유실로 6~8mm 정도 해수면 상승이 있었으니 지하수의 사용도 그에 못지않은 영향을 미친다는 것이다. 부가적으로 내륙의 지하수가 바다로 흘러가는 질량이동의 효과로 지구 자전축도 변화시켰다는 결과까지... 

더불어 개인적으로 지구가 보유한 물양으로 수면 상승효과를 가늠해 보았는데 민물 중 9.15%를 차지하는 지하수를 모두 평평한 지표 위에 올릴 경우 6.18m를 덮을 수 있을 것으로 계산되니 있을 수는 없는 경우라 하나 상당한 양이다.

구분	물량 (km3)	비율 (전체 중)	비율 (민물 중)	지표를 모두 덮었을 때 수면 상승 효과 (m)
전체	1,400,000,000			2,700
바다	1,365,000,000	97.50%		2,633
민물	35,000,000	2.50%	100%	68
빙하/만년설/영구동토	24,342,500	1.74%	69.55%	47
지하수	3,203,645	0.23%	9.15%	6

 

지하수의 역할

지하수의 생성

지하수는 지표 및 바다 등지에서 증발한 수분으로 형성된 비와 눈이 지표면을 스며들어 지하의 공간을 메우는 과정에 형성된다. 이 과정에 수분은 식물에 의해 흡수되거나 증발하고, 일부는 하천으로 흘러가게 되고, 그중 일부가 다시 지하로 스며들어 지하수를 형성하게 된다. 

지구 온난화 시대 지하수의 역할

익히 알고 있는 지수수의 역할은 생명의 유지, 생성 과정에서의 에너지 순환, 다양한 산업 및 농업 용수로의 활용, 생수산업의 확대 등이다. 이에 더해 지구 온난화 시대에 있어 역할이 더욱 중요해지고 있는 지하수의 또 다른 역할은 아래와 같다. 

물 부족 문제 해결

기후 변화에 의한 지구 온난화는 극단적인 가뭄과 홍수를 발생시키며 수자원 공급과 수요의 시간적, 공간적 불균형을 심화시키고 있다. 하지만 지하수는 이러한 극심한 기상 현상에 영향을 덜 받는 안정적인 물 공급원으로서 물 부족 문제 해결에 중요한 역할을 하고 있다. 

또한 충분한 지하수의 함양은 역순환인 지료로의 해수 침투를 방지하고 해안 지역의 토양 염화를 예방할 수 있게 된다. 

기후 재난의 방지

지하수의 물 저장능력은 집중호우나 가뭄 등의 영향을 흡수하여 기상 이변의 충격을 대폭 완화시켜 반응 속도를 늦출 수 있기에 기후 재난을 방지하는 역할을 할 수 있다. 

기후 변화 완화

지하수는 자연적으로 탄소 저장 역할을 촉진한다. 지하수를 함양한 토양은 탄소 저장 능력이 증대된다. 

또한 지하수는 지표수에 비해 상대적으로 온도가 일정하게 유지되어 겨울에는 난방, 여름에는 냉방 시스템에 활용될 수 있다. 즉, 에너지 사용을 줄여주니 탄소 배출을 억제하고 기후 변화를 완화시키는 역할을 수행한다. 가장 잘 알고 있는 활용 예가 어른들이 좋아하는 온천이다.    

지구를 살리는 1석 3조 지하수 활용법

우연히 살펴본 YTN 사이언스 핫클립 '지하수를 재사용하는 기술 개발'의 내용을 옮겨보며, 기후 변화 완화로서의 지하수의 활용에 대해 살펴보고자 한다.

기존에도 많은 농가들이 지하의 따뜻한 지하수를 활용하여 비닐하우스의 피복재로 뿌려 보온 및 단열 효과를 얻는 수막재배 방법을 활용하고 있었는데, 과거 5년 동안 하우스 농가가 증가하고 있는 청주지역의 12월 말부터 부족한 지하수 문제를 해결하기 위해 한국지질자원연구원의 지원으로 순환식 수막재배 시스템을 개발 도입한 사례이다.  

이로서 그동안 한번 사용하고 버려지던 지하수를 순환시킴에 따라 ① 부족한 지하수 문제를 해결하게 되고, 겨울철 보조적으로 사용하는 보일러, 온풍기 등 난방시설을 사용 시간을 줄여줘 ② 에너지를 절약하게 되고, ③ 결국 농가의 비용 절감의 1석 1석 3조 효과를 거둘 수 있었다. 

순환식 수막재배 시스템, 출처, YTN 사이언스

 

굳이 결론을 내려 보자면, 지반 침하라는 무분별한 지하수 개발로 인한 위험을 방지하고 지구 온난화 시대 지속가능한 지하수 활용을 위해 우린 지하수의 오염을 방지하고, 관리 시스템을 강화하는 노력을 하여야 할 것이고 이렇게 지하수를 보호하고 관리하는 것이 미래 세대에 대한 우리의 과제이다.