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백두산 화산폭발, 이젠 소리로 알아낸다! 목록

조회 : 2431 | 2014-07-02

 

3월 29일에는 ‘백두산 화산’을 주제로 남북 전문가 첫 회의를 가졌다.북한이 우리나라 측에 ‘백두산 화산 공동연구와 현지답사, 학술토론회 등 협력사업을 위한 협의를 하자‘고 제안한 것이 계기가 됐다. 이날 남북 대표단은 백두산 화산활동에 대해 남북 공동조사가 필요하다는 의견을 모으고 추가적인 협의를 마쳤다.

이렇듯 우리나라를 비롯한 북한, 중국 등 인접국이 주시하고 있는 백두산은 천지 아래 2~3km 지점부터 용암이 끓고 있는 활화산이다. 국민들은 ‘백두산이 정말 폭발할까’, ‘언제 폭발할까’로 불안해하지만 자연재해를 인간의 힘으로 막을 수는 없다. 때문에 화산활동을 꾸준히 관찰해 폭발을 예측하고 대비하는 것이 인간이 할 수 있는 최선의 방책이다.

하지만 우리나라에서는 이제껏 백두산 분화(噴火)를 관찰 데 한계가 있었다. 지리적 요건 때문이다. 백두산 화산폭발을 예측하려면 백두산에 각종 관측장비를 설치해야 한다. 중국은 백두산 중턱에 화산지진관측소를 세우고 이곳에서 화산활동을 관측하고 있다. 우리나라는 중국의 자료를 간접적으로 분석하는 경우가 대부분이었다.

2011년 국내에서도 백두산 화산폭발에 대비하기 위한 방편이 구체적으로 논의됐다. 기상청은 3월 2일 ‘선제적 화산대응 종합대책’을 수립했다고 밝혔다. 먼 거리에서도 화산폭발을 감지할 수 있도록 ‘소리’를 이용한 음파관측소를 세우겠다는 것이다.

2011년 하반기에 설치돼 2012년 본격 가동될 음파관측소는 백두산 화산폭발을 소리로 파악하게 된다. 백두산 화산이 폭발할 경우, 그 충격음은 초당 340m(15℃ 기준)로 퍼지게 된다. 이때 음파관측소가 음파로 인한 공기 중 압력 변화를 탐지한 뒤 긴급조치를 내리게 된다.

소리는 대기 중에서 공기를 통해 전파된다. 음파는 말 그대로 소리의 파동이다. 이 소리의 파동은 종파의 형태로 공기를 따라 퍼진다.종파는 파가 나아가는 방향과 진동이 일어나는 방향이 나란한 파를 말한다. 용수철을 생각하면 이해하기 쉽다. 용수철을 앞뒤로 흔들었다가 놓으면 용수철의 촘촘한 부분과 성긴 부분이 용수철을 따라 앞으로 이동한다. 대기의 온도가 일정하면 음파의 파면 역시 음원을 중심으로 둥근 원을 그리며 퍼져나간다.

음파는 파의 주기에 따라(파의 주파수에 따라) 고주파와 저주파로 나뉜다. 저주파는 보통 10kHz 이하를 말하며 고주파보다 멀리 나아간다. 때문에 거리가 먼 백두산에서 나는 소리를 감지하기 위해 저주파 에너지를 분석해 활용하게 된다.

하지만 음파관측소라고 음파만 관측하지는 않는다. 이번에 설치될 음파관측소에서는 음파는 물론 지진파도 동시에 분석할 예정이다.백두산 화산 폭발 징후가 있거나 폭발이 실제로 일어날 때, 그 신호는 대기를 통해서도 전해지지만 지각을 통해서도 전해진다. 때문에 한 장소에서 지진파와 음파를 동시에 분석하는 것이다.

속도는 지진파가 빠르다. 지진파는 초당 8km 속도로 이동하고 음파는 초당 340m 속도로 이동한다. 때문에 지진파가 먼저 감지된 이후 음파가 감지된다. 음파관측소는 이 둘을 모두 사용해 백두산 화산활동에 대한 데이터를 분석하게 된다.

음파가 지진파보다 속도가 느림에도 불구하고 음파관측소를 세우는 이유는 무엇일까. 우선 앞서 언급한 거리의 문제가 있다. 둘째는 보다 정교한 관측 결과를 얻기 위해서다. 지진파와 음파를 함께 분석하면 보다 정확한 정보를 얻을 수 있다.

기상청 지진정책과 관계자는 “음파보다 빠른 지진파로 분화를 확인할 수 있지만 지진파는 백두산 폭발로 발생한 것인지, 일반 지진으로 발생한 것인지 구분이 힘들다”며 “음파는 화산이 분출해 공기 중 부딪쳐 발생하기 때문에 분화 여부를 정확히 알 수 있다”고 말했다. 지진파의 한계를 음파가 보완해주는 역할을 하는 것이다. 또한 “실제 화산 분화가 임박했거나 발생했을 때 남한까지 그 여파가 미치는 시간을 계산할 수 있을 것”이라고 덧붙였다.

음파관측소에는 음파를 감지하는 센서가 설치된다.센서는 일정한 간격으로 여러 개를 배열해야 하기 때문에 설치를 위한 시간이 많이 소요된다. 십자가 모양으로 위, 중심부, 아래, 왼쪽, 오른쪽 총 5개 부분에 설치되는 구조다. 한 부분에 음파 센서를 2개 이상 설치, 최소 10개 이상의 음파 센서가 설치된다.

음파센서를 이렇게 많이 설치하는 데는 이유가 있다. 백두산에서 나는 소리만 듣고 싶지만 음파관측소로 오는 소리는 무궁무진하다. 때문에 여러 가지 다른 소리들을 걸러주어야 원하는 정보를 얻을 수 있다.외국의 경우 센서를 원 모양으로 둘러 배열하는 등 센서를 많이 설치할수록 정밀도는 높아진다.

2011년 음파관측소를 설치할 후보지로는 강원도 화천군이 꼽히고 있다. 장기적으로는 총 세 곳에 음파관측소를 설치할 예정이다. 기상청은 중심부에 화천, 동쪽으로는 강원도 인제, 서쪽으로는 경기도 문산 지역을 계획하고 있다. 늦어도 2013년까지는 세 곳을 모두 완공할 계획이다.

음파관측소와 더불어 인공위성을 이용한 분석도 함께 진행한다.기상청은 국가기상위성센터와 ‘천리안’을 연계해 백두산 관측 영상자료를 분석한 후 백두산 천지의 온도 변화를 주기적으로 관측할 수 있는 시스템을 구축했다. 천리안은 한국 최초의 기상·해양 관측위성으로 2011년 4월 1일부터 정규운영을 시작했다.

결과적으로 땅 속에서 나타나는 현상과 땅 위에서 나타나는 현상, 하늘 위에서 관측한 현상을 복합적으로 관찰하게 된다. 땅속, 땅 위, 하늘 세 부분에서 얻은 자료를 입체적으로 분석할 때 가장 정밀한 자료를 얻을 수 있다.

중국과 국내 일부 학자는 2015년경 백두산 화산이 다시 폭발할 수 있다고 경고하지만 폭발 시기에 대한 전문가 의견들은 분분하다. 하지만 백두산 화산폭발 가능성에는 대부분 동조하고 있다. 구체적인 시기는 알 수 없지만 오히려 그렇기 때문에 예보의 역할은 막대하다. 물론 예보만으로 국민들의 불안감을 완전히 없앨 순 없지만 국내에서도 예보를 위한 준비를 체계적으로 시작했다는 점에서 의미 있는 작업이 아닐 수 없다.

글 : 유기현 과학칼럼니스트
출처 : KISTI과학향기
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