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[강찬수의 에코 파일] 백두산 화산이 폭발한다면…
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강찬수 중앙일보 환경전문기자 kang.chansu@joongang.co.kr

백두산 화산이 폭발한다면…

중앙일보 2018.05.05 12:00
백두산 천지 [중앙포토]

백두산 천지 [중앙포토]

지난달 27일 남북 정상회담을 지켜본 과학계에서는 북한과 우선적으로 진행할 공동 연구 가운데 하나로 백두산 화산 연구를 꼽는다. 활화산인 백두산이 분화(噴火·화산성 물질이 지구 내부에서 표면으로 방출되는 현상)할 경우 직접적인 피해를 볼 북한으로서는 관심을 가질 내용이기 때문이다. 이런 가운데 지난 2일 기상청은 백두산 화산에 대한 심층 연구를 위해 부산대에 화산 특화연구센터를 열었다.
백두산의 분화 가능성은 얼마나 되고, 분화가 되면 어떤 피해가 발생하기에 정부가 이렇게 나서서 준비를 하는 것일까.
 
백두산은 활화산…분화 전조 현상도
백두산 천지 [중앙포토]

백두산 천지 [중앙포토]

국내 화산·지진 전문가들은 “백두산은 활화산"이라고 말한다. 지질 연대 구분인 홀로세(1만1700년 전~현재)에 활동한 이력이 있는 화산을 활화산이라고 분류한다. 국내에는 백두산·제주도·한라산·울릉도 성인봉이 있다. 전문가들은 그중 백두산을 가장 주목하고 있다. 당장 분화할 것이라고 단언할 수는 없지만 언제든지 분화할 수 있기 때문이다.
 
실제로 백두산 주변에서는 분화 전조(前兆) 현상이 나타나고 있다. 2003년 백두산에서 균열·붕괴·산사태가 이어졌다. 2004년 계곡 숲에서는 원인 모르게 말라죽은 나무들이 관찰됐다. 지하 틈새를 통해 지표로 방출된 유독가스 탓으로 추정됐다. 이에 앞서 2002년 6월 중국 동북부에서는 규모 7.3의 지진이 발생하기도 했다.
 
위성 위치 확인시스템(GPS)을 이용한 분석 결과, 2002~2007년 천지 주변이 10㎝ 이상 부풀어 오른 것이 확인됐다. 부산대 윤성효(지구과학교육과) 교수팀은 2010년 11월 백두산에서 화산 기체인 이산화황이 솟아오르는 것을 인공위성에서 관찰하기도 했다.
물론 2006년 이후에는 지진 발생 빈도가 다시 낮아지면서 백두산 분화 가능성이 크지 않다고 보는 입장도 있기는 하다.
 
946년 대분화…발해 멸망 원인?
백두산과 천지 [중앙포토]

백두산과 천지 [중앙포토]

만일 백두산이 대규모로 분화하면 어떤 일이 벌어질까. 과거 백두산의 분화 사례를 보면 짐작할 수 있다. 백두산은 지난 1000년 동안 30여 차례 크고 작은 분화를 했다. 가장 최근에 분화한 것이 1903년이다.
 
가장 큰 분화는 서기 946년 무렵에 분화한 것이다. 화산 전문가들은 당시 백두산 분화가 지난 2000년 동안 지구 상에서 가장 큰 분화였다고 말한다. 바로 ‘천년 대분화(Millennium eruption)’라는 것이다.
당시 백두산 분화로 발생한 화산재는 북한 동해안은 물론 일본에서도 발견되고 있을 정도다. 다량의 화산재가 동해를 건너 일본 혼슈와 홋카이도까지 날아가 쌓인 것이다. 분화 당시 그 소리가 남쪽 고려의 수도 개경(개성)에서도 들렸다고 한다. 백두산 천지 내에는 크게 3개의 분화구가 있는데, 이 중 2개는 946년과 947년 대폭발 당시 만들어진 것이다.
 
'해동성국'이라고 불리던 발해가 갑작스럽게 멸망한 것도 백두산 대분출 탓이라는 주장도 있지만, 실제 발해 멸망 시기는 926년이다.
이에 대해 한국지질자원연구원 이윤수 박사는 “백두산 대분출은 946년에 일어났지만, 그 전에 소규모 분출이 이어졌을 가능성이 있고, 그로 인해 발해가 멸망했을 가능성이 있다”고 말했다.
 
어쨌든 당시의 화산 분출 규모를 현재의 화산 분화 지수(VEI: Volcanic Explosivity Index)로 추정하면 VEI 7에 해당하며, 전 세계에서 가장 큰 규모의 화산 분화 중 하나인 것은 분명하다.
화산 분화 모습 [중앙포토]

화산 분화 모습 [중앙포토]

화산분화지수(VEI)는 화산 폭발의 강도를 나타내는 수치로 화산폭발의 지속시간, 분출 높이, 분출물의 양 등을 종합해 산출한다.
1등급에서 시작해 8등급까지 1등급씩 올라갈 때마다 분출물의 양이 10배씩 증가한다. 예를 들어 분출물의 양이 0.1~1㎦이면 4등급, 1~10㎦이면 5등급에 해당한다.
 
VEI 7이면 분출물의 양이 대략 100~1000㎦ 정도 된다. 100㎦의 양이면 남한 면적이 10만㎢이므로 남한 전체를 최소한 0.001㎞, 즉 1m 두께로 덮을 수 있는 양이다.
VEI 7 이상으로 평가되는 화산 분화는 백두산 외에 인도네시아 탐보라(1812년)·린자니 산(1257년), 그리스 산토리니(B.C. 1610년) 등이 있다. 지난 2010년 유럽 주변 항공기 운항 마비 사태를 불러온 아이슬란드 에이야프얄라요쿨 분화는 VEI 4로 평가됐다.
 
"백두산 아래에는 마그마 방 4개 존재"
동아시아 지구조 [자료 한국지질자원연구원]

동아시아 지구조 [자료 한국지질자원연구원]

그렇다면 백두산이 분화할 가능성은 어느 정도일까.
무엇보다 백두산 아래에 마그마 방(magma chamber)이 있어 분화 가능성이 높다는 게 전문가들의 설명이다.
마그마 방은 뜨거운 마그마가 들어차 있는 땅속 공간을 말한다. 아주 강한 지진으로 땅이 크게 흔들리거나, 뜨거운 마그마가 밀고 들어오면 마그마 방이 출렁거리게 된다. 마그마 방이 출렁이면 마그마에 녹아있던 휘발성 가스와 수증기가 터져 나온다.
이렇게 쌓인 압력을 해소하기 위해 화산이 주기적으로 분화하게 된다. 마치 콜라병 입구를 손가락으로 막고 강하게 흔들어댄 다음 손가락을 뗐을 때와 같은 상황이다.
백두산 아래 있는 것으로 확인된 마그마방

백두산 아래 있는 것으로 확인된 마그마방

전문가들은 백두산 아래 마그마 방이 2~4개 정도 자리 잡고 있다고 보고 있다. 지난해 9월 서울에서 열렸던 ‘백두산 마그마 활동에 관한 국제 학술회의’에서 한·중 과학자들은 백두산 아래 땅속에 4개의 마그마 방이 있고 각각 깊이가 20㎞와 26㎞, 44㎞, 55㎞라는 연구 결과를 발표했다.
학자들 중에서는 마그마 방이 4개까지는 안 될 것이라고 지적하는 경우도 있지만, 마그마 방이 존재한다는 사실만은 대체로 인정하고 있다.
 
전문가들은 백두산 아래 마그마의 움직임은 지각판의 이동과 관련 있다고 설명한다. 태평양 바다 아래 지각판인 태평양판이 일본 동해안 쪽에서 유럽·아시아 대륙을 이루는 지각판인 유라시아판과 만난다. 태평양판이 유라시아판 아래로 파고 들어가고, 그로 인해 결국은 백두산 아래 마그마 방에 마그마가 채워지는 것이다.
 
이와 관련 지난해까지 이어진 북한의 핵 실험으로 강한 인공지진이 발생하면서 백두산 아래 마그마 방이 흔들리고, 이로 인해 백두산이 분출하는 것이 아니냐는 우려가 제기된 바 있다.
하지만 전문가들은 일반적으로 규모 7 이상의 지진이 발생해야 백두산 마그마 방이 영향을 받을 것으로 보고 있다. 지난해 9월 3일 북한의 6차 핵실험 당시 발생한 인공 지진에 대해 우리 기상청은 규모를 5.7로, 미국과 중국은 6.3으로 판정했다.
전문가들은 "마그마 방이라고 해도 암석 사이에 액체가 들어있는, 반(半)고체 상태이기 때문에 상당한 에너지가 투입돼야 흔들린다"고 설명한다.
핵실험 때 나오는 지진파는 파장이 짧기 때문에 파괴력은 크지만 멀리 전달은 잘 안 되기 때문에 마그마 방을 움직일 정도는 아니라는 것이다.
계절에 따라 남한까지도 영향권
지난 3월 25일 일본 남부 규슈(九州)의 신모에다케(新燃岳)에서 폭발적 분화가 발생하는 모습. NHK에 따르면 이날 분화로 분연(噴煙·분화구에서 나오는 연기)이 3천200m까지 솟았고, 화쇄류(火碎流·화산재와 화산가스가 빠르게 흘러내리는 것)가 800m 가량 흐르는 것이 관측됐다. [연합뉴스]

지난 3월 25일 일본 남부 규슈(九州)의 신모에다케(新燃岳)에서 폭발적 분화가 발생하는 모습. NHK에 따르면 이날 분화로 분연(噴煙·분화구에서 나오는 연기)이 3천200m까지 솟았고, 화쇄류(火碎流·화산재와 화산가스가 빠르게 흘러내리는 것)가 800m 가량 흐르는 것이 관측됐다. [연합뉴스]

결국 백두산은 1000년 단위의 대분출 주기와 100년 단위의 소규모 분출 주기가 함께 관측되기 때문에 정확한 시기를 예측할 수는 없지만 가까운 시일 내에 분화할 가능성이 크다는 것이다. 역사 기록상 백두산이 마지막으로 분화한 것은 1903년이지만 1702년과 1668년, 1597년, 1405~1406년, 1403년, 1373년, 1217년, 1199~1201년, 1176년, 1122년 등에도 분화했다는 기록이 있다. 대체로 100년에 한 차례 정도 분화한 셈이다.

 
정부는 화산 재해와 관련, 행정안전부·과학기술부·기상청 등으로 역할 분담을 하고 있다. 기상청은 화산감시와 예보, 행안부는 화산재 대응 등 방재를, 과기부는 화산 마그마 등 기초 연구를 맡고 있다. 기상청이 지난 2일 부산대에 화산 특화연구센터를 연 것도 이 때문이다.
 
기상청은 2012년 VEI 7의 분화를 가정해 시뮬레이션한 백두산 분화 시나리오를 마련했다. 이 시나리오에 따르면, 용암은 백두산 천지를 중심으로 최대 15㎞, 고온의 화성 쇄설류(공중으로 날아가는 돌 덩어리)는 최대 60㎞, 화산재와 천지의 물이 섞여 만들어지는 화산 이류(진흙의 흐름)는 최대 180㎞까지 영향을 미칠 것으로 예측됐다.
 
기압 배치나 계절에 따라 남한까지 화산재 유입 가능성도 제기되고 있다. 겨울철 북풍이나 북서풍을 타고 화산재가 남쪽으로 내려온다면 항공기를 통한 수출길이 막히고, 이상 저온현상으로 흉년이 들어 농산물 가격이 상승할 수도 있다. 지난 2015년 국민안전처의 요청으로 연구한 부산대 윤성효 교수는 이런저런 피해를 종합해 백두산 분화로 인한 남한의 피해액이 총 11조2506억원에 이를 것이란 분석을 내놓기도 했다. 
[자료: 부산대 윤성효 교수(국민안전처 보고서, 2015)]

[자료: 부산대 윤성효 교수(국민안전처 보고서, 2015)]

화산재와 용암의 분출 외에 홍수와 ‘라하르(lahar)’가 우려된다. 라하르는 인도네시아말로 홍수와 함께 토석이나 진흙이 뒤섞여 흐르는 상황을 말한다. 천지 호수를 채우고 있는 20억㎥의 물이 ‘공중 쓰나미’로 변해 장백폭포 쪽으로 흘러넘칠 수도 있다는 얘기다. 이로 인해 주변 지역이 매몰되고 황폐해질 수 있다. 도로와 주택 등 인공시설물뿐만 아니라 하천과 숲 등 생태계까지 파괴될 수 있다.
 
천지 아래에 갇혀 있는 이산화탄소(CO2)가 대거 배출되면서 인근 주민들이 질식사할 가능성도 제기된다. 천지 호수 밑바닥에는 섭씨 4도의 낮은 온도와 2~3 메가파스칼(㎫)의 높은 압력으로 인해 엄청난 양의 이산화탄소가 액체·기체의 혼합 상태로 존재할 가능성이 있기 때문이다. 1986년 아프리카 카메룬의 니오스 호수 밑에서 화산이 폭발해 이산화탄소가 대거 분출되면서 주민 1700명이 순식간에 사망한 것과 같은 사태가 발생할 수도 있다는 것이다.
일본 이오시마 근처 해저 화산 폭발 모습 [중앙포토]

일본 이오시마 근처 해저 화산 폭발 모습 [중앙포토]

이처럼 백두산이 분화할 경우 북한은 직접적인 타격을 받을 수밖에 없다. 이 때문에 북한 측도 남한 측에서 공동연구를 제안할 경우 관심을 보일 수밖에 없을 것으로 예상된다. 실제로 노무현 정부 때인 2007년과 아이슬란드 화산 분출 직후인 2011년, 그리고 2015년에 남북한 당국 혹은 남북 전문가들 사이에 논의가 진행됐지만, 남북 관계가 악화하면서 결실을 보지 못했다.
2011년 3월 백두산 화산분화 대비 회담을 위한 유인창 남측 대표들이 북한 윤영근 단장 일행을 출입사무소에서 환영하고 있다. [중앙포토]

2011년 3월 백두산 화산분화 대비 회담을 위한 유인창 남측 대표들이 북한 윤영근 단장 일행을 출입사무소에서 환영하고 있다. [중앙포토]

대규모 분화 때는 지구 전체에도 영향
에트나 화산 [중앙포토]

에트나 화산 [중앙포토]

백두산이 분화할 경우 한반도와 그 주변에만 영향을 미치는 것이 아니라 그 규모에 따라 지구 환경 전체에도 엄청난 영향일 끼칠 수 있다. 백두산이 1000여 년 전 수준으로 폭발한다면 그 후유증이 일본 후쿠시마(福島) 원전사고와 비교가 안 될 정도로 심각할 수 있다는 것이다. 
 
특히, ‘화산성(性) 겨울’이 닥칠 수 있다고 우려한다. 1815년 인도네시아 탐보라 화산 분출이나 1883년 인도네시아 크라카타우 화산 분출 사례를 보면 어느 정도 짐작할 수 있다. 백두산이 분화하면 동아시아 지역 기온이 2도 하강할 것이란 연구 결과도 있다. 
탐보라 화산의 분화구 [중앙포토]

탐보라 화산의 분화구 [중앙포토]

탐보라 산은 인도네시아 숨바와 섬에 있는 활화산(높이 2722m)으로, 1815년 4월 VEI 7등급에 해당하는 엄청난 분화가 일어났다. 분화 당시 2000㎞ 떨어진 수마트라 섬에서도 폭발 소리가 들렸다. 1만1000~1만2000명이 직접적인 피해로 사망했고, 흉작으로 굶어 죽은 사람만 7만여 명에 달한다.

화산과 번개. 화산이 분출할 때 번개가 함께 치는 경우도 적지 않다. [중앙포토]

화산과 번개. 화산이 분출할 때 번개가 함께 치는 경우도 적지 않다. [중앙포토]

탐보라 화산이 분출한 1815년은 화산재와 아황산가스가 성층권까지 올라가 태양 빛을 차단하는 바람에 ‘여름이 없던 해’로 기록됐다. 이른바 ‘핵겨울’과 같은 상황이 실제로 벌어진 셈이다. 미국·캐나다 동부 지역은 6월에 눈 폭풍이 발생했고, 7~8월에도 호수와 강에서 얼음이 관찰됐다. 1883년 크라카타우 화산 분출 때도 이후 몇 해 동안 서늘한 여름이 계속됐다. 5년 후인 1888년 적도 지방인 인도네시아에 눈이 내리기도 했다.
일단 미세먼지가 성층권으로 올라가면 잘 흩어지지 않고 햇빛을 차단해 전 세계의 기온을 떨어뜨린다. 1991년 6월 필리핀 피나투보 화산 분화 당시에도 이듬해 6월까지 전 지구 평균기온이 0.5도 낮아지기도 했다.
 
일본 후지 산의 경우 화산재로 인해 수도권 기능이 마비되고, 인근 3개 현에서 47만명이 피난해야 한다는 연구 결과가 있다.
미국에서도 옐로스톤 국립공원 아래 화산이 폭발하면 미국의 3분의 2가 사람이 살 수 없는 불모지가 될 수 있다는 연구 결과가 발표되기도 했다. 
미국 옐로우스톤 국립공원 [중앙포토]

미국 옐로우스톤 국립공원 [중앙포토]

한편, 지난 2일 문을 연 화산특화연구센터는 백두산의 ▶화산가스 변화 ▶지표 변위 발생 ▶온천수 온도 변화 등의 자료들을 분석, 백두산의 분화 가능성에 대한 연구를 심층적으로 진행하게 된다.

화산특화연구센터는 특히 중국 등과의 협력을 통해 백두산을 주기적으로 방문, 화산가스 등 실측 데이터를 채집·분석하고, 원격탐사를 이용해 백두산 화산 감시체계를 고도화하게 된다.

알류산 열도의 화산 분출 [중앙포토]

알류산 열도의 화산 분출 [중앙포토]

또, 지표 변형 분석 연구와 중력·자력 탐사 자료를 활용한 화산 내부 마그마 거동 분석 연구를 통해 화산 분화를 미리 감지할 수 있는 시스템도 구축할 예정이다. 아울러 백두산이 분화했을 때 재해 대응과 관련한 연구 등도 진행할 예정이다.
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