지구 온난화는 영향을 미치지 않는 곳이 없어서 지하수도 예외는 아니다. ETH Zurich 및 KIT 연구팀에 조사한 바에 따르면, 지하수의 온도 프로파일은 비록 지연되거나 정확히 일치하지는 않더라도 대기의 온도를 반영하고 있는 것으로 나타났다.

본 연구에서, 과학자들은 Cologne 및 Karlsruhe 도시 주변의 지하수 흐름에 대한 장기적인 온도 측정자료를 이용하였다. 이 도시들의 지역 상수도의 근무자들이 지하수의 온도를 측정하였으며, 지난 40년 동안 인간에 의해 크게 영향을 받지 않은 지역이다. 연구팀에서 이곳은 독특하고 드문 지역으로, 이 곳에서 확보한 자료는 마치 신이 보낸 준 것과 같다고 ETH Zurich의 지질연구소(Geological Institute)의 Peter Bayer는 강조하였다. 다른 집중적인 연구를 통해서도 이런 일련의 자료들을 얻을 수 없었기 때문이다. 상수도 작업자들에게는 지하수 온도를 장기간에 걸쳐 체계적으로 측정하는 것은 흥미롭지도 않거니와 비용도 많이 드는 작업임에는 틀림없다. 혹은 자료가 전산화되지 않고 오직 서류에만 남아 있을 것이다.

<대기 온난화의 반영>
측정된 자료를 바탕으로, 연구팀은 단순히 지하수의 온도상승만을 제시한 것은 아니었다. 대기에서 관측된 온난화 단계가 지하수에 반영된 것을 보여주었다. 지구 온난화는 지하수에 직접적인 영향을 미치며 비록 영향력이 강하지 않더라도 일정한 시간이 지체된 상태로 반영된다고 연구팀은 주장하였다. 본 연구결과는 Hydrology and Earth System Sciences지에 게재되었다.

또한 본 연구에서는 지표면에서 약 60미터 아래까지의 지하수의 온도가 지난 40년 동안 지구온난화 과정 중에서 통계적으로 상당히 상승하였음이 나타났다. 이런 지하수의 온도상승은 지역 기후의 온난화 경향을 따르고 있으며, 결국 지구 온난화의 거울인 셈이다.

지하수의 자료를 통해, 불규칙적인 간격으로 대기 온도가 몇 번의 급격한 상승을 나타났음을 알 수 있었다. 이런 온도의 급증 현상은 지구 온난화에서도 관찰된 바이다.

<심부토양에서의 열 교환>
지구 대기의 온도는 지난 50년간 매년 평균 섭씨 0.13도씩 상승하였다. 이런 온난화 경향은 심부토양에서도 나타났으며, 이는 다른 기후과학자들이 지난 20년간 전 세계에서 토양의 시추를 통해 밝혀낸 바와 동일한 결과였다. 그러나 이 연구들은 어떤 물도 포함하지 않은 토양 혹은 지하수의 흐름이 없는 지역에서의 토양을 대상으로 한 것이었다.

비록 ETH Zurich 연구팀이 3년 전에 발표한 연구에서도 지하수가 기후변호로부터 자유로울 수 없음을 보여준 바 있지만, 그 당시에는 인공적인 지하수를 대상으로 한 실험결과였다. 실험의 현실성을 위해, 특정 지역의 강물을 일부 우회시켰다. 이 강물의 온도 프로파일과 지하수에서 얻은 온도 프로파일이 일치하는 결과로 나타났다.

그러나 이번의 연구에서는, 인위적으로 조작되지 않은 순수한 지하수를 대상으로 조사하였다. Bayer에 따르면, 자연적인 지하수의 흐름이 기후변화의 과정 중에 나타났을 것으로 생각하는 것이 타당하다고 밝혔다. 대기 및 심부토양 간의 온도의 차이는 자연적인 균형에 의한 것이다. 에너지의 전달은 열교환기와 유사하게 열 전도 및 지하수의 흐름을 통해 발생하는데, 이 과정을 통해 전달된 열이 심부토양으로 확산되어 소멸되기 때문이다.

그러나 이 발견의 결과는 정량화하기 어렵다. 상승된 온도가 한편으로는 지하 생태계에 영향을 미치는 반면 다른 한편으로는 지하수에 의존하고 있는 생물권(biosphere)에 영향을 미치게 되며, 지하수가 방출되는 곳의 차가운 지역도 포함되기 때문이다. 특정 물고기와 같은 차가운 곳을 좋아하는 유기체(cryophilic organism)의 경우, 지하수의 온도 상승에 부정적인 영향을 받을 것이다.

<정량화가 어려운 결과>
또한 지하수 온도의 상승은 지하수의 화학적 조성에도 영향을 미치는데, 특히 질산염(nitrate) 혹은 탄산염(carbonate)의 화학적 평형에 영향을 준다. 결과적으로 상승된 온도에서는 화학반응이 더 빠르게 진행된다. 또한 박테리아의 활성도 수온의 상승과 함께 증가할 것이다. 만약 지하수의 온도가 더 올라가면, 위장관(gastro-intestinal)에 질병을 일으키는 병원균과 같은 바람직하지 않은 박테리아들이 더 효과적으로 증식하게 될 수도 있다. 그러나 긍정적인 면도 생각해 볼 수 있다. 지하수의 과량의 열을 일시적으로나마 지열로(geothermally) 사용할 수 있다고 본 연구의 제1저자인 Kathrin Menberg은 밝혔다.

원문정보: Menberg K, Blum P, Kurylyk BL, Bayer P: Observed groundwater temperature response to recent climate change. Hydrology and Earth System Sciences 2014, 18: 4453-4466, doi: 10.5194/hess-18-4453-2014

[출처 = KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』/ 2014년 11월 17일]