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- 2100년까지 전 세계 해안 지역의 약 77%가 영향 받아
- 바다의 염수 덩어리는 더 큰 비중 때문에 내륙으로 밀려나고 있다
- 해수면 상승으로 인해 천이지대가 2100년까지 평균 약 210m 내륙으로 이동할 것
- 당국이 국경 근처의 물 추출을 제한하거나 방류를 통해 지하수 매장량을 보충해야
- 점점 더 많은 염수가 해안 지역의 지하수로 유입

해안의 지하수가 점점 염분화되고 있다.
기후 변화는 육지와 바다 경계의 물 균형을 변화시키고 있다.

염분화된 가장자리:
해안 지역에서는 점점 더 많은 짠 바닷물이 지하수로 유입되어 마실 수 없게 된다. 2100년까지 전 세계 해안 지역의 약 77%가 영향을 받을 수 있다는 새로운 분석이 나왔다. 이러한 오염으로 인해 지하수는 식수와 농업용 관개용수로 사용할 수 없게 된다. 연구자들은 기후 변화를 육지와 바다 경계의 물 균형 변화의 원인으로 보고 있다. 

▲ 미국 동부해안 유역의 위성 이미지. 그들은 염분 바닷물의 지하 침입으로 가장 큰 영향을 받는 지역 중 하나가 될 것이다. NASA의 테라 위성이 2023년 4월 21일에 이 이미지를 포착했다. © NASA

해안 지역에서는 일반적으로 두 개의 지하수 덩어리, 즉 지구 하층토의 지하수와 바다 및 해저의 염수가 균형을 이루고 있다. 육지에서는 빗물이 지하수로 스며들어 바위와 큰 저수지에 저장되고 거기에서 바다로 흘러간다. 동시에, 바다의 염수 덩어리는 더 큰 비중 때문에 내륙으로 밀려나고 있다. 지하 경계지대에서는 민물과 바닷물이 약간 섞이지만 본질적으로 두 수역은 분리된 상태로 유지된다.

이러한 균형은 이제 기후 변화로 인해 바뀌고 있다. 우선, 해수면이 상승하여 해안선이 내륙으로 이동하고 바다가 육지에 더 많은 압력을 가하고 있다. 반면에 날씨가 변하고 일부 지역에서는 비가 덜 내리기 때문에 지하수의 보충 빈도가 줄어들고 느리게 채워진다. 요점은 이제 점점 더 많은 염수가 해안 지역의 지하수로 유입되고 있다는 것이다.

▲ 염수 침투를 겪고 있는 해안 대수층의 횡단면 개략도. 대수층 바닥(기반암)은 그림의 맨 아래다. 대수층은 R의 속도로 해안으로 재충전된다. 담수 지하수는 q0의 유량으로 바다로 직접 방출되어 염수 쐐기를 밀고 염화로부터 방어한다. FW-SW(담수-염수) 경계는 담수-염수 지하수 경계면을 나타낸다. 대수층 바닥을 따라 있는 FW-SW 경계의 가장 육지 쪽 지점은 염수 토우(xt0; 스크립트 아래 t0는 시간 = 0에서 "토우"를 나타냄)이다. 이 토우는 해수면 상승(빨간색 점선, z0에서 z1)과 함께 xt0에서 xt1(δxt)로 이동하여 담수 지하수를 염화시키고(점선 영역) 해안선을 이동한다(노란색 선). 지형 공간(즉, 두껍고 불포화된 영역)이 주어지면 수력 헤드도 상승한다. (출처:관련논문 Climate-Induced Saltwater Intrusion in 2100: Recharge-Driven Severity, Sea Level-Driven Prevalence / Geophysical Research Lettere / First published: 22 November 2024)

위성 데이터 및 기상 모델을 통한 예측

NASA JPL(제트 추진 연구소)의 Kyra Adams가 이끄는 팀은 이러한 개발이 물 공급, 환경, 전 세계 해안의 건물 및 인프라에 어떤 영향을 미치는지 처음으로 조사했다. 이를 위해 연구원들은 전 세계 6만 개 이상의 해안 지역의 강과 해안선을 따라 우주에서 기록된 레이더 데이터를 분석했다.

연구원들은 기후 변화에 관한 정부 간 패널(IPCC)의 날씨 및 기후 모델을 토대로 강수량과 해수면 상승으로 인해 담수와 해수 사이의 전이대가 2100년까지 어떻게 이동하는지 계산했다. 이를 통해 그들은 해안에 투입되는 바닷물의 양이 얼마나 변화하고 있으며 결과적으로 육지 면적이 얼마나 휩쓸려 가는지 결정했다. 이를 통해 얼마나 많은 사람이 해안 지역의 해수면 상승과 지하수 염분화로 인해 영향을 받을지에 대한 결론을 내릴 수 있었다.

▲ (a) 2100년 재충전(케이스 A)이 있는 현재 해안선에 대한 염수 침투(δxt), (b) 2100년 해수면(케이스 B), (c) 둘 다(케이스 C). 재충전의 변화는 염수 침투의 큰 규모를 유발하는 반면, 해수면은 전 세계적으로 훨씬 더 만연하게 만든다. 해수면 상승으로 이전에는 취약하지 않았던 높은 재충전 지역(예: 동남아시아)이 저지대 지형으로 인해 더 취약한 지역으로 부상한다. (출처:Climate-Induced Saltwater Intrusion in 2100: Recharge-Driven Severity, Sea Level-Driven Prevalence)

해수면은 거의 모든 곳에서 염분화를 촉진

평가 결과, 해수면 상승으로 인해 천이지대가 2100년까지 평균 약 210m 내륙으로 이동할 것으로 나타났다. 이는 전 세계적으로 조사된 해안 지역의 약 82%에 영향을 미칠 것이다. 이러한 해상 진출은 동남아시아의 얕은 해안, 멕시코만 및 미국 동부 해안을 따라 가장 두드러진다고 팀은 말했다.

강우량이 감소하면 일부 지역에서는 염수 경계가 더욱 진전될 수 있다. 그러한 경우 바닷물과 지하수 사이의 전이대가 내륙으로 최대 1,200m 이동한다고 Adams와 그녀의 동료들은 발견했습니다. 예측에 따르면 아라비아반도, 서호주, 멕시코 바하칼리포르니아 반도는 특히 이러한 강수량 감소로 인해 영향을 받을 것으로 예상된다.

▲ 지역별 매개변수 불확실성과 주요 요인에 대한 염수 침투 예측의 민감도. (a) 수리 전도도, 대수층 두께, 해수 밀도, 지하수 재충전 및 해수면 상승에 대한 민감도를 정량화하는 몬테카를로 시뮬레이션 100,000회 반복에서 얻은 염수 침투의 표준 편차. 표준 편차는 수리 전도도 및 대수층 두께와 약하게 상관 관계가 있었다. (b) 육지로의 염수 침투의 주요 메커니즘. 재충전 변화 또는 해수면 상승(해안선 이동 포함)으로 인해 발생한 염수 침투를 비교할 때 염수 토우의 육지로의 이동(침입, 바다로의 후퇴는 아님)만 고려했다.

강우 빈도에 따라 염분화 정도가 결정돼

분석 결과에 따르면 지하수에 대한 이러한 강수 효과는 조사 대상 지역의 45%에서만 발생한다. 그러나 해안 지역의 약 42%에서는 앞으로 이전보다 더 많은 비가 내리거나 더 많은 녹은 물이 모일 것이며, 이로 인해 그곳의 지하수의 양이 증가하고 전이 지역의 담수 압력이 증가할 것이다. 북미의 일부 지역에서는 이 압력이 바다의 역압을 초과하여 전이대를 해안으로 밀어낼 수도 있다.

그러나 연구원들의 예측에 따르면 해수면 상승과 강수량 변화로 인해 조사된 해안 지역의 77%에서 지하수로 더 많은 염분이 유입될 것으로 예상된다. 기후 관련 홍수나 가뭄 외에도 이 지역은 염분화된 지하수와도 싸워야 한다.

염분화된 지하수는 어떻게 해야 하나요?

Adams는 “현재 위치와 두 가지 효과 중 어느 것이 지배적인지에 따라 지역 물 관리에 미치는 영향이 바뀔 수 있다”고 말했다. 따라서 연안 지하수를 염류화로부터 보호하기 위해서는 초기 단계에 적응하는 것이 필요하다.

지하수가 감소하고 있는 특히 취약한 건조한 해안 지역에서는 당국이 국경 근처의 물 추출을 제한하거나 방류를 통해 지하수 매장량을 보충할 수 있다고 연구원은 설명했다. 해수면이 상승하고 바닷물이 내륙으로 밀려오는 지역에서는 지하수를 펌핑하여 해안에서 더 멀리 떨어진 저수지로 전환할 수 있다.

그러나 증가하는 지하수의 염분화를 막기 위해 아무 조치도 취하지 않으면 파괴적인 결과를 초래할 수 있다고 Adams와 그녀의 동료들은 경고한다. 소금 유입으로 인해 지하수는 오염되어 인간이 식수로 마실 수 없게 된다. 식물은 일반적으로 높은 염도를 견딜 수 없어서 농업의 관개용으로 사용할 수 없다. 또한, 바닷물은 환경에 해롭고 해안가의 건물과 기반시설이 녹슬게 만드는 원인이 된다.
(Geophysical Research Letters, 2024; doi: 10.1029/2024GL110359)
출처: NASA Jet Propulsion Laboratory (JPL)

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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