사쿠라지마 화산 폭발 2022년 7월 24일 규슈 남쪽에 위치한 사쿠라지마 화산이 폭발했다. 화산재는 상공 2.2km까지 도달했고 일본 정부는 분화 경보를 최고 단계로 격상하고 주민들에게 긴급 대피령을 내렸다. 규슈 지역은 우리나라와 가까울 뿐만 아니라 과거 화산 폭발 규모가 큰 화산이 밀집해 있고, 분화 빈도도 상당히 많은 편으로 2010년 이후에도 수차례 분화한 이력이 있다.
그렇다면 한국은 화산 폭발로부터 어떤 영향을 받을 수 있을까 하는 의문이 생겼다. 이런 생각을 할 당시 영화 ‘백두산’이 개봉했다. 물론 영화는 보지 않았지만 그 이전부터 백두산이 폭발할지에 대한 주제를 다룬 매체를 자주 접했다.
백두산 화산 폭발의 전조 현상을 연구한 여러 논문을 보면 다음과 같다.
백두산 인근 지진활동 지진규모 증가 화산가스에 의한 수목 고사온천 수온증가 칼데라호 주변 지형 팽창천지 지하에서 마그마방 발견
그러나 만약 백두산이 폭발한다고 해도 한국은 큰 피해를 입지 않을 가능성이 높다. 우선 화산이 우리나라에서 멀리 떨어져 있거나 피해를 입는다면 화산재가 원인이 될 것이다. 화산재 확산 경로에 대한 연구를 살펴보면 백두산에서 분화한 화산재가 한반도로 직접 유입되는 경우는 적었다. 그러나 화산재는 1000㎞ 이상 확산될 수 있고 탐보라 화산폭발(1815) 사례로 화산재가 인도네시아에서 유럽까지 이동했다는 연구가 있어 우리나라도 마냥 안심할 수는 없을 것으로 생각된다.
Selected 29 volcanoes of hi gh-risk groups. 자료:김 성욱의 외, 2016,”한반도 주변의 화산 분포:국내 영향 가능성을 중심으로 “,”한국 환경 과학회지”, 25(9):1317주.Google Map을 이용하고 재구성. VEI에 의한 마크의 색. 4:노랑 5:주황색, 6:연지, 7: 붉은 흑색.위의 그림은 김 성욱 외(2016)의 연구에서 선정한 위험 화산 29개의 위치다. 과거의 분화 이력을 보면 백두산과 큐슈 지역에 위치한 화산이 VEI 7이상이었다. 규슈 지역에서 한국까지의 거리는 1000km이내에 있기 때문에 화산 폭발로 인한 피해는 늘 마음에 담아 두고 있어야 한다.
여기에서 화산 폭발 지수(Volcanic Explosivity Index, VEI)은 화산 폭발의 정도를 측정하는 지수이다. 일반적으로 화산 폭발 지수는 강도에 따라서 9단계로 구분한다. 각 단계는 화산 분출물의 양에 의해서 결정되며 단계가 올라갈 때마다 화산 분출물은 지수적으로 증가한다.Description of Volcanic Explosivity Index(VEI)VEIEruption volumePlume heighFrequencyStratosp. injectionExamples0<0.00001 km³<0.1 kmconstantnoneKilauea1>0.00001 km³ 0.1-1 kmdailynoneStromboli2>0.001 km³ 1-5 kmweeklynoneMount Sinabung(2002)3>0.01 km³ 3-15 kmfew monthpossibleSoufriere Hills(1995)4>0.1 km³ 10-25 km>1yeardefiniteEyjafjallajökull(2010)5>1 km의 투어 20-35 km>10 yearsignificantMount St.Helens(1980)6>10 km의 투어>30 km>100 yearsignificantPinatubo(1991)7>100 km의 투어>40 km>1000 yearsignificantTambora(1815)8>1000 km의 투어>50 km>10000 yearsignificantYellow Stone(640,000BP)자료:이승후와은, 장은숙, 이효은미, 2012,”백두산 분화의 강도에 따른 화산재의 확산 사례 분석”,”한국 지구 과학회지”, 33(3):283화산 분화가 농업에 미치는 영향:해외 사례 세인트 헬렌스 화산(1980;VEI 5)
1980년 5월 18일 워싱턴 주 남서쪽에 위치한 세인트 헬렌스 화산이 폭발했다. 이 폭발로 워싱턴 주에 헥탈당 300톤의 화산재가 흩뿌려짔지만 주식 전체 면적의 49%가 화산재에 덮였으며 29%는 화산재의 두께가 3mm이상이었다.
Depth of uncompacted ash
화산재가 식물에 미치는 영향으로는 (1) 화산재의 무게에 의한 농작물의 쓰러짐, (2) 식물의 광합성 방해, (3) 화산재에 의한 염해, (4) 식물 표면 온도의 하락, (5) 수분 퍼텐셜의 하락 등이 있다. 또 잎이나 과일 표면에 달라붙어 잘 떨어지지 않는다. 이로 인해 워싱턴주의 과실 대부분이 상품성을 잃었다.
토양 위에 퇴적된 화산재는 기존 토양에 스며들지 않고 표토층 위에 쌓이게 된다. 화산재는 토양보다 알베도가 높고 일반 토양은 복사열의 15~20%를 반사하는 반면 화산재는 40~60%를 반사한다. 5월 하순 퇴적된 화산재의 2~3㎝ 이하로 측정한 낮 최고 온도는 인접한 토양보다 6~10℃ 낮았다. 이로 인해 봄에 심는 온대성 작물(옥수수, 콩 등)은 화산재가 제거되고 토양 온도가 올라갈 때까지 성장이 멈췄다. 또한 화산재는 토양보다 물에 대한 투과성이 낮고 빗물 등의 지표 유출(Runoff)이 증가하여 홍수가 발생할 수 있어 침식 작용은 더욱 활발해진다.
화산재의 강한 연마성은 기계의 마모를 가속시켜 농가의 경영비를 증가시켜 곤충에게 특히 치명적이다. 곤충 왁스층은 0.25m 두께에 불과해 화산재에 의해 쉽게 손상될 수 있다. 화산재는 해충(콜로라도 감자잎벌레 메뚜기 등)뿐 아니라 익충(꿀벌 기생충 갯벌 등)의 개체수를 크게 감소시켰다. 특히 꿀벌처럼 이동성이 높았고 체모가 많은 곤충일수록 화산재에 더 민감했다. 벌 감소로 인한 손실은 약 만달러로 추정된다.
루아페프 화산 (1995-1996; VEI3)
루아페프 화산은 뉴질랜드 북섬에 위치한 곳으로 1995년 10월과 1996년 6월에 분화하였다. 첫 번째 분화에서는 40,000m, 두 번째 분화에서는 10,000m 最初의 화산재가 분출되었다. 분화구에 가까운 지역은 10mm, 먼 지역은 13mm의 화산재가 쌓였다. 세인트헬렌스의 경우와 달리 로아페프에서는 가축이 사망하기도 했는데 화산재에 포함된 화산 가스가 그 원인이었다.
루아페프 화산 폭발은 유황 성분이 세인트헬렌스인 경우보다 536배, 수용성 유황은 413배 많았다. 황(Sulfur)은 토양의 pH를 낮추거나 산성비를 유발하는 원인이 되는데 화산 분출일에 따른 화산재의 pH는 1995년 10월 11일, 10월 14일, 1996년 6월 17일 각각 4.1-4.2, 4.5-4.6, 3.6-4.0이었다. 화산재에 포함된 황은 토양의 pH를 0.20.3 정도 낮출 것으로 예측했다.
Ruapehu volcanic ash deposition in 1995 and 1996
신연악 화산 (2011; VEI3)
신연악 화산은 규슈 지역에 위치한 화산으로 2011년 1월 분화했다. 이 분화로 가장 많은 피해를 입은 미야자키현은 일본 최대의 축산기지 중 하나이며 2008년 농업생산액은 3,246억엔이다. 이 중 41%는 재배업, 48%는 축산업이다.
Shinmoedakevolcanicash deposition in 2011 신연악 화산 폭발로 인한 농업 피해액은 농업 생산 손실과 농경지 피해로 구분하였으며, 피해액은 총 04억엔으로 추산되었다.Summary of agricultural damage from the 2011 Shinmoedake eruption Damage Area Damage Value Agriculture crops and facilities (total) 12,554 ha608,000
Outdoor vegetable
279,680 Greenhouse horticulture
115,520 Forage crops
97,280 Facilities
109,440 Agricultural Land (soil) 665 farms 595,000
Fisheries1farm1,000
Total
1,204,000
단위 : 1000 ᅡᄅ 자료 : Magill, C., T. Wilson, O. Tetsuya, 2013, 「Observation of dephrafallimpacts from the 2011 Shinmoedakeeruption, Japan」, Earth Planets Space, 65:686 노지 재배의 경우 화산재로 인해 농작물의 질과 생산량이 하락하고 토양이 산성화되어 비옥도가 낮아질 우려가 있다. 따라서 먼저 화산재를 제거하는 것이 중요했다. JA에 따르면 감자 농가 중 화산재를 일찍 제거한 경우는 약 10%, 그렇지 않은 경우는 350%의 손실이 발생했다. 하지만 농업 생산에 투입되어야 할 노동력이 화산재 복구 작업에 투입되면서 농작물의 품질 하락 및 생산량 하락으로 이어졌다.
시설 재배는 화산재로 인한 일사량 감소, 시설물 파손 등의 피해가 발생하였다. 축산업은 가축을 실내에서 사육해 사료나 식수가 오염되지 않기 때문에 화산재로 인한 직접적인 영향은 미미했다. 다만 사료작물 작황 부진으로 사료 가격이 상승해 생산비용이 증가했다.
화산재는 농업의 전반적인 모든 영역에 걸쳐 상당한 비용을 유발할 수 있다. 재배업의 경우 농작물의 품질 하락과 수확량 감소, 지표 유출(Runoff)로 인한 홍수나 농지 침식, 시설 파괴, 토양 산성화나 비옥도 저하 등이 있으며 축산업의 경우 축사 파손 및 가축 폐사 등이 있다. 꿀벌 등 꽃가루 매개 곤충의 폐사는 식물의 수분율을 낮추고 추가적인 비용을 발생시킨다. 농기계의 경우 내구 수명 단축이나 장비의 고장 등으로 운용상 문제가 발생할 수 있다. 도로에 쌓인 화산재는 물류 이동을 제한해 운송 비용을 증가시킨다. 또한 농업에 사용되어야 할 자원이 화산재 복구 작업에 투입되어 생산성을 하락시킬 수 있다.
화산 폭발로 인해 우리나라가 피해를 볼 가능성은 그리 높지 않다. 그러나 한번 위기상황이 닥쳤을 때 미리 대비하지 않는다면 막대한 피해를 볼 수 있다는 것은 자명한 사실이다. 특히 농산업은 화산재에 매우 약하고 식품은 사람들이 생존하기 때문에 필수적인 재화이기 때문에 더 관심을 갖고 봐야 한다고 생각한다.
- 제가 화산과 관련된 전공자가 없기 때문에 글이나 논리 전개에 오류가 있거나 있습니다.
- Reference
- 김성욱, 최은경, 윤성효, 이규환. 2016. “한반도 주변 화산의 분포: 국내 영향 가능성을 중심으로”. “한국환경과학회지” 25(9) : 1311-1322. 박찬열, 유철상. 2011.’백두산 화산폭발이 우리에게 미치는 영향.”한국방재학회지’ 11(2):73-82. 윤성효 이정현. 2012.”백두산 화산의 전조 활동 분석 연구.””암석학 회지”21(1):1-12. 이승후와은, 장은숙, 이효은미, 2012,”백두산 분화의 강도에 따른 화산재의 확산 사례 분석”,”한국 지구 과학회지”, 33(3):280-293.Cook, R.J.J.C.Barron, R.I.Papendick, G.J.Williams.1981.”Impact on Agriculture of the Mount St.Helens Eruption.”American Association for the Advancement of Science.211:16-22Cronin, S.M.Hedley, V.Neall, R. Smith. 1998.”Agronomic impact of tephra fallout from the 1995 and 1996 Ruapehu Volcano eruption, New Zealand.” Environmental Geology.34(1) : 21-30 Magill, C., T. Wilson, O. Tetsuya. 2013.”Observation of tephra fall impacts from the 2011 Shinmoedake eruption, Japan.”Earth Planets .698