지진 운전자; 심층 지하 CO2?
상승 가스는 이탈리아 중부에서 일련의 지진을 부추켰을 수 있다.

보이지 않는 운전자 :
지하 깊은 곳에서 상승하는 이산화탄소는 지진 발생에 조력자가 될 수 있다.
2016년 8월과 10월 이탈리아 중부에서 발생했던 심한 지진이 예다.

지난 10년간의 떨림과 유사하기 때문에 깊은 저장고에서 압축된 CO2의 가스 배출이 매번 증가했다. 지진이 진행되는 동안 방출되는 가스의 총량은 많은 화산 폭발의 양을 초과한다. 연구자들이 저널 “Science Advances”에 보고한 내용이다. 

▲ 2016년 8월 이탈리아 중부 아마트리체(Amatrice) 지진 후 피해-이 지진은 이탈리아 중부에서 발생한 일련의 지진 중 하나 일뿐이다. © Leggi il Firenzepost / CC-by-sa 3.0

이탈리아 중부가 지진으로 너무 자주 타격을 입은 것은 우연이 아니다.
전체 지역은 유럽과 아프리카 사이의 판 경계로 생성된 복잡한 교차 단층 네트워크에 있다. 이러한 지각적 단층의 긴장은 무엇보다도 2009년 이탈리아 중부 라퀼라(L’Aquila)에서 그리고 2016년 중부 아마트리체(Amatrice)와 노르치아(Norcia)에서 일련의 심각한 지진을 일으켰다.

볼로냐에 있는 국립 지구 물리학 및 화산학 연구소의 지오바니 치오디니(Giovanni Chiodini)와 그의 동료는 "이러한 지진은 이탈리아 중부 대부분 지역에 심각한 피해를 입혔다.

600명 이상의 사망과 2천 명의 부상을 초래했으며 약 12만 명의 사람들이 대피해야 했다"고 설명했다.
세 가지 지진의 원인은 모두 8-12km의 다소 얕은 깊이였으며 수천 건의 여진이 동반됐다. 

▲ 2016 10km SE of Norcia (Accumoli, Amatrice), Italy earthquake map

지진 지역에서 최초의 장기 CO2 측정

이러한 지진의 메커니즘을 이해하기 위해 Chiodini와 그의 팀은 이러한 지진의 특수한 측면 인 CO2 가스 배출을 조사했다. 더 깊은 저장고와 녹는 지각암에서 나오는 가스도 지각 활동을 통해 판 경계와 단층에서 방출될 수 있다는 것이 오랫동안 알려졌다.

연구진은 "그러나 이러한 가스 배출이 지진과 시간적으로 어떻게 관련되는지는 아직 명확하지 않다. 지진 활동 지역에서 장기간 측정이 부족했기 때문이다"고 말했다.
Apennines에서 그들의 연구가 이러한 데이터를 제공한 것은 이번이 처음이다.
2009년 L’Aquila 지진 이후 과학자들은 정기적으로 그곳에서 36개의 지하수 소스를 샘플링했으며 다른 화학 매개 변수와 함께 동위 원소 측정을 사용해 용존탄소의 함량을 측정했다. 

▲ 이탈리아 중부의 CO2 방출과 지진의 시간 경과. © Giovanni Chiodini / INGV

화산 폭발만큼 많은 가스

그 결과, 이 샘의 탄소 포화수는 10년 동안 측정한 결과 약 1,800킬로톤의 CO2를 방출했다. Chiodini와 그의 동료들은 "이것은 화산 분출에서 가스가 방출되는 것과 같은 크기다"고 말했다. 지진 측정과 동위 원소 측정에서 알 수 있듯이 가스의 대부분은 L’Aquila 분지 표면 아래 10~15km 정도의 구역에서 나왔을 것으로 추정한다.

동시에 지진과의 명확한 시간적 연관성이 있었다.
이 지역의 지진 활동이 높을 때마다 CO2의 가스 배출도 증가했다. 연구진은 "가장 높은 값은 3대 지진의 주요 충격파와 동시에 발생한다"고 보고했다.
결과적으로 CO2 배출량은 여진의 규모와 비율 감소와 병행해 줄어들었다.
이러한 시간적 연결이 명확하게 입증된 것은 이번이 처음이다. 

▲ 아펜닌 지역의 샘물에 너무 많은 CO2가 용해되어 종종 거품 형태로 상승한다. © Giovanni Chiodini / INGV

"흔든 레모네이드 병같아"

따라서 아펜니노 산맥의 지진은 깊은 저장고에서 발생하는 CO2 상승과 분명히 연관되어 있다고 과학자들은 말한다. "이 CO2는 섭입(攝入subduction;지구 표층을 이루는 암석판이 충돌해 한쪽이 다른 쪽 밑으로 내려가는 과정)된 지각판의 탈탄화에서 비롯돼 깊은 곳에 모인 다음 위의 대수층으로 확산된다. 어떤 경우에는 물이 CO2로 포화될 정도로 너무 많다."

그러나 지진과 가스 배출은 어떤 관련이 있을까?
방출의 일부는 아마도 지진에 의해 촉발될 것이다. 따라서 이 CO2 가스 방출은 수동적인 부작용이 될 것이다. "충격은 갑작스런 기포의 상승과 물에서 용해된 CO2의 가스 방출을 유발한다. 흔들린 레모네이드 병과 유사하다." Chiodini와 그의 동료들의 설명이다.

지진의 원인이 되는 CO2 가스 배출?

연구원들에 따르면 CO2는 지진 발생 시보다 적극적인 역할을 할 수 있다고 한다.
측정 결과 지진이 발생하기 전에 지진 활동 단계에서 상부 지각의 유체 압력이 크게 증가했음을 보여주었다. “우리는 많은 양의 CO2 상승이 아펜니노 산맥의 지진 형성에 크게 기여할 수 있다는 결론을 내렸다”고 과학자들은 말했다.

이것은 중부 이탈리아의 지진 중 적어도 일부가 아래에서 방출되는 이산화탄소 때문일 수도 있음을 의미한다. 상승하는 가스의 압력은 이미 장력을 받고 있던 단층을 일으켰고 지진으로 압력이 풀렸다. 이러한 진동은 차례로 추가 가스 방출을 유발하고 이는 여진에 도움이 됐을 수 있다.
(Science Advances, 2020; doi : 10.1126 / sciadv.abc2938)
출처 : Science Advances, AAAS

[더사이언스플러스=문광주 기자] "Green Soul, Beautiful Science"

[저작권자ⓒ the SCIENCE plus. 무단전재-재배포 금지]