기후변화로 빈도 높아지며 건축물에 피해
북반구에서 주로 발생하는 '서리 지진'이 기후변화로 더 빈번해질 것이라는 전망이다.
핀란드 지질조사국(Geological Survey of Finland)의 야르코 오코넨(Jarkko Okkonen) 박사와 오울루대학교(University of Oulu)의 엠마-리이카 코코(Emma-Riikka Kokko) 박사 연구팀은 기후의 급격한 변화에 가장 큰 영향을 받는 기상 현상 중의 하나가 '서리 지진'이라는 사실을 연구를 통해 밝혀냈다.
서리 지진은 토양이나 암석 내부의 물이 얼어 부피가 급격히 팽창하면서 암석 등이 갈라지는 현상으로, 그 모습이 마치 지진과 같다고 해서 붙여진 이름이다. 서리 지진은 주로 북반구에서 발생하는데 건물과 도로 등에 금이 가거나 심한 경우 붕괴되는 피해를 입힐 수 있다.
2016년 1월 6일 핀란드 중부 오울루(Oulu)의 북극 이남 지역에 발생한 서리 지진으로 토양과 건물 기초, 도로 등이 파괴됐다. 또 최근 핀란드, 캐나다, 미국 등 세계 각지에서 서리 지진으로 인해 포장도로와 건물이 파손됐다는 보고가 줄줄이 나오고 있다.
이번 연구에 참여한 과학자들은 "서리 지진의 개념적 모델은 잘 알려져 있지만 서리 지진의 발생을 예측하기 위한 연구는 거의 없다"며 "서리 지진은 특별한 전조 증상이 없기 때문에 이를 대비하기 위해서는 예측모델의 개발이 필수적"이라고 밝혔다.
매년 적설량과 눈의 녹는 정도를 분석하고 예측하는 모델은 개발돼 있다. 하지만 온난화가 동토 및 서리 지진같은 현상에 미치는 영향까지 분석할 수 있는 예측모델은 없다는 것이다. 연구팀은 "서리 지진의 메커니즘과 영향에 대한 연구는 매우 미진한 상태"라고 했다.
기온이 급격히 떨어지면서 얼어붙은 토양, 건물, 주택, 도로에 열 스트레스가 발생하여 큰 균열이 발생한다. 연구진은 "서리 지진은 이같은 현상과 관련이 있다"고 했다. 즉 기후위기로 인한 급격한 기후변화가 서리 지진을 빈번하게 만든다는 것이다.
이를 증명하기 위해, 연구진들은 서리 지진과 열 스트레스 함수 사이의 연관성을 분석했다. 열 스트레스 함수는 열 팽창으로 인해 암석 등이 받는 압력을 측정가능한 함수로 표현한 것이다.
이후 연구진들은 자체 모델을 사용해 다양한 깊이의 토양에서 눈 깊이, 눈 녹는 속도 및 토양 온도를 계산했으며, 이를 통해 온도가 급격히 감소하면 토양-얼음 혼합물의 인성 및 강도보다 높은 열 스트레스가 발생할 수 있음을 발견했다.
연구진들은 "서리 지진의 원인은 기온이 -12℃~-29℃로 급격히 떨어지면서 얼어붙은 토양과 도로에 열 스트레스가 발생해 스트레스를 견디지 못한 것과 관련이 있다"고 밝혔다
오코넨 박사는 총회에서 "많은 연구들은 지구온난화가 북극에 불균형적인 영향을 미치고 있으며, 북극은 지구상의 다른 지역보다 훨씬 빠르게 온난화되고 있다고 말한다"며 "그러나 지구의 고르지 않은 온난화, 특히 북극과 북극 이남 환경에 대한 연구는 거의 없었다"고 지적했다.
이 연구논문은 지난달 열린 2023년 유럽지구과학연합 총회(2023 European Geosciences Union General Assembly)에서 발표됐으며, 유럽지구과학연합 총회 홈페이지에 게재돼 있다.
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