미국 듀크대학교(Duke University)와 지질조사국(U.S. Geological Survey, USGS)은 공동 연구를 통해, 아칸소(Arkansas) 셰일 가스 생산으로부터 유발되는 지하수 오염에 대한 증거는 없다고 밝혔다.

듀크대학교 니콜라스 환경스쿨(Nicholas School of the Environment)의 Avner Vengosh 교수는 "우리의 이번 연구 결과는 아칸소 지역의 천연가스 시추 및 수압파쇄(hydraulic fracturing) 작업장 인근의 지하수 수질에 인식할 수 있는 문제점은 확인되지 않았음을 보여준다"고 밝혔다.

연구진은 Fayetteville 셰일 가스 생산 작업장을 가로지르는 아칸소 북중부 지역 내 127개의 얕은 식수용 우물에서 시료를 채취하였다. 연구진은 시료 내 주요 원소와 미량 원소, 탄화수소 물질을 분석하였으며, 동위 원소 추적자를 이용하여 잠재적 오염물질의 원인 물질을 규명하였다. 또한 연구진은 셰일 가스 시추 작업장의 가스 시료와 우물 시료 내 원료물질의 화학적 구성성분을 비교하였다.

Vengosh는 “우리 연구진이 수집한 지하수 시료 중 극히 일부분에서만 용존 메탄이 포함되어 있었으며, 대부분의 용존 메탄 농도는 낮은 수준이었다. 시료 내 메탄 탄소의 동위 원소 지문 결과로부터, 2가지 경우를 제외하고는 심부 셰일가스(deep shale gas)의 탄소와 지하수 메탄 탄소는 그 원료가 다른 것으로 나타났다”고 설명하였다.

또한 그는 지하수 시료에 포함된 메탄은 해당 지역의 얕은 대수층 내, 일차적인 생물학적 활동의 부산물로 생겨난 것이며, 셰일 가스 오염과는 무관하다고 강조하였다.

듀크대학교 Nathaniel R. Warner는 “이번 발견은 셰일 가스 개발이 적어도 해당 지역의 식수 자원에 부정적인 영향을 미치지 않는 것을 의미한다”고 말하였다.

듀크대학교 Robert Jackson 교수는 “종합적으로 살펴보면, 셰일 가스 개발 지역에 가까이 사는 것과는 상관없이, 지역 주민들은 일반적으로 좋은 수질의 식수를 사용할 수 있다”고 설명하였다. 연구진은 해당 연구결과를 “Applied Geochemistry” 최신호에 게재하였다.

셰일 가스의 수압파쇄 공법의 경우, 지표 깊숙이 수평 가스 유정으로 고압 유입되는 양수, 모래, 화학물질이 포함된다. 이는 탄화수소가 풍부한 셰일을 깨뜨려 천연가스를 추출하기 위해 사용된다. 최근 몇 년간 가속된 셰일 가스 시추와 수압 파쇄 공법으로 인해 많은 사람들이 메탄, 파쇄 유체 및 운전에서 발생하는 폐수로부터의 수질 오염을 우려하였다.

펜실베이니아(Pennsylvania) 북동부에 위치한 Marcellus 셰일 분지 내 셰일 가스 시추 작업장 인근 우물 식수에 포함된 메탄 오염물질의 직접적인 증거는, 듀크 대학교 연구진에 의해 수행된 이전의 연구 결과를 통해 밝혀졌다. 또한 연구진은 심부 염수(deep brines)와 얕은 대수층 간의 잠재적 연관성을 발견하였으나, 파쇄 유체로부터의 수질 오염물질에 관한 증거는 찾지 못했다.

Vengosh는 “아칸소 Fayetteville 셰일 분지의 수문 지질학적 특성은 펜실베이니아의 Marcellus 셰일 분지와 매우 다르다”고 언급하였다. 그는 “모순적인 이전의 연구에 달리, 아칸소 연구 결과가 현지 및 지역적 지리 특성의 변동성이 셰일 가스 개발로부터의 잠재적 지하수 영향 위험을 결정짓는데 중요한 역할을 하고 있음을 보여준다”고 설명하였다. 또한 그는 “따라서, 셰일 가스 시추 작업을 시작하기 전에 이러한 지리적 특성이 먼저 고려되어야 한다”고 강조하였다.

Vengosh는 “사용된 시추 기술 및 유정의 온전성 등의 인간활동 인자 또한 시추 지역으로부터의 가스 누출 및 대수층 유입과 같은 잠재적 수질 오염의 예방에 중요한 역할을 한다”고 덧붙였다.

또한 그는 “핵심은 지역에 상관없이, 지구화학적 구조적 모니터링 및 동위 원소 추적이 잠재적 지하수 오염 평가에 필수적이라는 것이다. 아칸소에서의 이번 발견은 매우 중요하지만, 우리는 셰일 가스 개발의 환경적 위험을 이해하고 평가하는데 있어서, 여전히 시작 단계에 불과하다”고 말하며, 추가적인 관련 연구 수행의 중요성을 강조하였다

 

 

 

May 15, 2013 - A new study by scientists at Duke University and the U.S. Geological Survey (USGS) finds no evidence of groundwater contamination from shale gas production in Arkansas.

"Our results show no discernible impairment of groundwater quality in areas associated with natural gas drilling and hydraulic fracturing in this region," said Avner Vengosh, professor of geochemistry and water quality at Duke's Nicholas School of the Environment.
 

The scientists sampled 127 shallow drinking water wells in areas overlying Fayetteville Shale gas production in north-central Arkansas. They analyzed the samples for major and trace elements and hydrocarbons, and used isotopic tracers to identify the sources of possible contaminants. The researchers compared the chemical composition of the contaminants to those found in water and gas samples from nearby shale gas drilling sites.
 

"Only a fraction of the groundwater samples we collected contained dissolved methane, mostly in low concentrations, and the isotopic fingerprint of the carbon in the methane in our samples was different from the carbon in deep shale gas in all but two cases," Vengosh said. This indicates that the methane was produced primarily by biological activity in the region's shallow aquifers and not from shale gas contamination, he said.
 

"These findings demonstrate that shale gas development, at least in this area, has been done without negatively impacting drinking water resources," said Nathaniel R. Warner, a PhD student at Duke and lead author of the study.
 

Robert Jackson, a professor of environmental sciences at Duke, added, "Overall, homeowners typically had good water quality, regardless of whether they were near shale gas development."
 

Vengosh, Warner, Jackson and their colleagues published their peer-reviewed findings in the online edition of the journal Applied Geochemistry.
 

Hydraulic fracturing, also called hydrofracking or fracking, involves pumping water, sand and chemicals deep underground into horizontal gas wells at high pressure to crack open hydrocarbon-rich shale and extract natural gas. Accelerated shale gas drilling and hydrofracking in recent years has fueled concerns about water contamination by methane, fracking fluids and wastewater from the operations.
 

Previous peer-reviewed studies by Duke scientists found direct evidence of methane contamination in drinking water wells near shale-gas drilling sites in the Marcellus Shale basin of northeastern Pennsylvania, as well as possible connectivity between deep brines and shallow aquifers, but no evidence of contamination from fracking fluids.
 

"The hydrogeology of Arkansas's Fayetteville Shale basin is very different from Pennsylvania's Marcellus Shale," Vengosh noted. Far from contradicting the earlier studies, the Arkansas study "suggests that variations in local and regional geology play major roles in determining the possible risk of groundwater impacts from shale gas development. As such, they must be taken into consideration before drilling begins."
 

Human factors - such as the drilling techniques used and the integrity of the wellbores - also likely play a role in preventing, or allowing, gas leakage from drilling sites to shallow aquifers, Vengosh said.
 

"The take-home message is that regardless of the location, systematic monitoring of geochemical and isotopic tracers is necessary for assessing possible groundwater contamination," he said. "Our findings in Arkansas are important, but we are still only beginning to evaluate and understand the environmental risks of shale gas development. Much more research is needed."