December 07,2019

뉴욕 해안 지층서 민물 대수층 발견

전자기파로 확인…담수 부족 해결책 될 듯

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미국 동북부 해안의 해저 지층에 대한 조사에서 과학자들은 놀라운 사실을 발견했다. 짠 바닷물 아래에 있는 다공성 퇴적물에 비교적 신선한 민물(fresh water, 담수)을 담고 있는 거대한 대수층(帶水層)이 나타났다.

그것은 지금까지 세계에서 발견된 해저 민물 대수층 중 가장 큰 것으로 보인다.

대수층은 적어도 매사추세츠에서 뉴저지까지 이르는 해안 대륙붕 가장자리까지 뻗어 있다. 전체 면적은 약 3만 9000㎢에 이르는 호수를 만들 수 있다고 한다. 남한 면적 약 10만㎢의 39%에 이르는 거대한 크기이다.

연구원들은 이번에 발견한 대수층과 같은 지하 민물이 전 세계 다른 많은 해안에 있을 것이며, 고갈될 위기에 처한 건조 지역에 필요한 물을 공급할 수 있을 것이라고 주장했다.

해저 민물 분포도(노란색 격자무늬). 연구팀은 검은 삼각형 지점을 탐사했다. 하얀 점선은 1만5,000년전 녹은 빙하의 경계선이다.  ⓒ Gustafson

해저 민물 분포도(노란색 격자무늬). 연구팀은 검은 삼각형 지점을 탐사했다. 하얀 점선은 1만 5000년전 녹은 빙하의 경계선이다. ⓒ Gustafson

연구원들은 지하수 지도를 작성하기 위해 혁신적인 전자기파 측정법을 사용했다. 컬럼비아 대 라몬트-도허티(Lamont-Doherty) 지구 관측소의 수석 저자인 클로에 구스타프슨 (Chloe Gustafson) 박사는 “그 아래 고립된 곳에 민물이 있다는 것을 알고 있었지만 얼마의 물이 어떤 형태로 존재하는지는 알지 못했다”고 말했다. 이번 연구는 ‘사이언티픽 리포트(Scientific Reports)’ 저널 최신호에 실렸다.

석유 탐사 기술 응용 조사    

이 대수층의 존재는 1970년대에 처음 알려졌다. 기업들은 석유를 얻기 위해 해안선에 구멍을 뚫었지만, 때로 석유 대신 민물이 올라왔다. 시추 구멍은 해저에 바늘을 하나 꽂는 것에 불과하다. 과학자들은 그 물이 단지 고립된 주머니인지 아니면 더 큰 것인지를 알 수 없었다.

약 20년 전부터, 이번 연구의 공동저자인 케리 키(Kerry Key)는 전자기파 이미지를 이용해서 해저에 숨어있는 석유를 찾는 기술 개발을 지원했다. 최근 들어 케리 키는 이 석유 탐사 기술로 해저 지층에 숨어있는 민물을 찾는데 사용할 수 있는지 알아보기로 했다.

2015년 우즈홀 해양학 연구소(Woods Hole Oceanographic Institution)의 롭 L. 에반스(Rob L. Evans)와 함께 케리 키는 마커스 G. 랭세스(Marcus G. Langseth) 연구선을 타고 10일 동안 뉴저지 남부와 매사추세츠 섬 마사의 빈야드에서 측정했다.

이들은 전자기장을 측정하기 위해 수신기를 해저에 내렸다. 배 뒤쪽에 설치한 기기는 인공 전자기 펄스를 내뿜으며 해저에서 나온 반응을 기록했다. 소금물은 민물보다 전자기파의 전도도가 뛰어나기 때문에, 낮은 전도도를 보이는 민물은 뚜렷한 띠를 형성하고 있었다.

분석 결과, 대수층은 흩어져 있는 것이 아니라, 해안선에서 시작하여 얕은 대륙붕을 지나 멀리까지 확장되는 연속적인 것으로 나타났다. 어떤 경우에는 120㎞까지 먼바다로 뻗어 있었다. 대부분의 경우, 해저 180m 아래에서 시작하며, 대수층 바닥은 약 360m까지 내려갔다.

두 가지 측정 데이터의 일관성을 볼 때, 연구원들은 지하 민물을 머금고 있는 지층이 뉴저지와 매사추세츠 주뿐만 아니라 로드아일랜드, 코네티컷, 뉴욕의 상당 지역까지 연속해서 퍼져 있다는 확신을 가지게 됐다.

그들은 그 지역이 적어도 2500㎦의 민물을 보유하고 있다고 추정했다. 만약 후속 연구에서 이 대수층이 남북으로 더 뻗어있다는 것이 드러나면,  그것은 사우스 다코타에서 텍사스까지 8개의 대평원 주에 중요한 지하수를 공급하는 거대한 오갈랄라 아퀴퍼(Ogallala Aquifer, 면적 45만㎢)와 맞먹을 것이다.

바닷속 민물은 두 가지 다른 방법에 의해 해저에 가라앉았을 것이라고 연구원들은 말한다. 약 1만 5000년에서 2만년 전 마지막 빙하시대가 끝나갈 무렵, 세계의 많은 물이 수 km 깊이의 얼음 속에 갇혀 있었다. 북아메리카에서는 현재 북부 뉴저지, 롱아일랜드, 그리고 뉴잉글랜드 해안까지 이른다.

연구선에서 전자기파 탐지 리시버를 내리고 있다. ⓒ Kerry Key

연구선에서 전자기파 탐지 리시버를 내리고 있다. ⓒ Kerry Key

당시는 해수면이 훨씬 낮았기 때문에 현재 미국 해저 대륙붕의 상당 부분이 지상으로 노출된 상태였다. 얼음이 녹자 퇴적층이 거대한 삼각주 강을 형성했다. 나중에 대륙붕이 상승하면서 덮친 지층에 의해 민물이 화석처럼 갇혔다는 것이 바다 아래에서 발견되는 민물에 대한 일반적인 설명이다.

염분 매우 적어 담수화 비용 줄어들 듯

그러나 연구원들은 이 지하 대수층이 현재에도 계속 보충되고 있음을 암시한다고 설명한다. “강우와 수역의 물이 조수의 상승과 하강 압력에 의해 이 대수층으로 스며든다”고 키는 말했다. 그는 이것을 사람이 스펀지를 눌렀다가 놓으면 스펀지가 물을 빨아들이는 현상에 비유했다.

대수층은 일반적으로 해안 근처에서 가장 신선하고, 멀리 갈수록 소금기가 많아져 시간이 지나면서 점차 바닷물과 섞이는 것으로 나타났다. 육지 민물에는 보통 1000개 입자 당 소금이 1개도 안 되는 양이 들어 있다.

육지 근해에서 발견되는 해저 담수도 이와 유사하다. 그러나 지하 대수층의 바깥 가장자리에 다다르면 소금 입자는 1000입자 당 15까지 올라간다. 일반적인 바닷물은 1000 입자 당 35이다.

“이 지하 민물을 빼내서 사용하려면 염분을 제거해야 하지만 비용은 바닷물을 처리하는 것보다 훨씬 적게 들 것”이라고 키는 말했다.

한편 지하에 많은 물이 저장되어 있다는 연구결과는 계속 발표되고 있다. 2016년 3월 러시아, 프랑스, 독일 지질학자들은 지구 표면 아래 410~660km 깊이에서 약 27억 년 전 시생누대(Archean period) 바다를 발견했는데, 전체 크기는 현재의 바다를 초과한다고 발표한 바 있다.

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