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화산 폭발로 방출되는 물질... 우리 삶에 주는 영향
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화산 폭발로 방출되는 물질... 우리 삶에 주는 영향
  • 박주현 기자
  • 승인 2022.01.19 14:29
  • 댓글 0
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화산 가스는 수증기·이산화탄소·이산화황·황화수소·할로겐화수소 등
농도에 따라 사람과 동물, 농업, 시설에도 잠재적 위험
1815년 인도네시아 탐보라 화산의 분출...이산화황 확산
1991년에 폭발한 필리핀의 피나투보 화산...2천만 톤 이산화황 분출
JMA의 위성 이미지는 1월 15일 통가에서 화산 폭발을 보여준다. /CNN 갈무리

최근 남태평양 섬나라 통가 인근의 해저 화산 폭발로 인한 피해 소식이 이어지고 있다. 기후과학자들은 이번 세기 중 대형 화산 폭발 가능성을 경고하기도 했는데 화산이 폭발하면 공기 중으로 엄청난 양의 입자와 가스가 방출된다.

대형 화산 폭발로 인해 방출되는 물질은 우리 삶에 어떤 영향을 미칠까.

화산 분출로 방출되는 물질

화산 가스에는 화산암의 구멍에 갇힌 가스와 마그마, 용암의 용해, 해리 가스, 분출구 용암에서 나오는 가스가 포함되며, 화산 활동에 의해 가열된 지하수를 통해서도 방출될 수 있다.

화산 분출로 방출되는 물질은 수증기(H2O), 이산화탄소(CO2), 이산화황(SO2), 황화수소(H2S), 염화수소(HCI), 불화수소(HF), 재 등 다양하다. 많은 양의 화산 가스는 무해한 수증기지만 상당한 양의 이산화탄소, 이산화황, 황화수소, 할로겐화수소가 방출될 수 있어 농도에 따라 사람과 동물, 농업이나 시설에도 잠재적으로 위험하다. 

1984년 하와이 마우나 로아 화산 폭발 중 가스 기둥이 태양을 가리고 있
1984년 하와이 마우나 로아 화산 폭발 중 가스 기둥이 태양을 가리고 있다. /사진=미국 내무부(USGS)

이산화탄소(CO2)

무색무취의 이산화탄소는 화산에서 방출되면 일반적으로 매우 빠르게 낮은 농도로 희석되어 위험하지 않지만 차가운 이산화탄소 가스는 공기보다 무겁기 때문에 안정적인 특정 대기 조건에서 훨씬 더 높은 농도에 도달할 수 있는 저지대 지역으로 유입될 수 있다. 이는 사람과 동물에게 심각한 위험을 초래할 수 있다. 3% 이상의 이산화탄소 농도의 공기를 호흡하면 현기증, 심박수 증가, 호흡곤란을 유발할 수 있기 때문이다. 혼합 비율이 약 15%를 초과하면 의식을 잃거나 사망에까지 이를 수 있다. 

공기 중 비율 증가에 의한 이산화탄소 독성의 주요 증상 /이미지=Häggström, Mikael(2014)

미국 내무부(USGS)에 따르면 지난 20년 동안 거의 2000명에 가까운 사람들이 화산 근처에서 이산화탄소 질식으로 사망했으며 대부분은 아프리카 카메룬과 인도네시아에서 발생했다. 2006년 매머드 마운틴 스키장에서 3명의 스키 순찰대원들이 화산의 분기구를 둘러싸고 있는 차가운 이산화탄소가 들어있는 가스가 가득 찬 눈구멍에 떨어져 사망한 바 있다. 

그러나 화산의 이산화탄소 배출은 지구 기후에 영향을 줄 수 있는 능력이 있지만 과학 연구에 따르면 평균 전지구 화산 생산량은 인간 활동으로 인한 배출과 비교할 때 미미한 수준이라고 한다.

이산화황(SO2)

이산화황은 피부와 눈, 코, 목의 조직과 점막을 자극하는 냄새가 나는 무색의 기체로 산성비와 대기 오염을 유발할 수 있다. 하와이 킬라우에아 화산에서는 고농도의 이산화황이 화산 스모그를 생성해 바람 방향을 향하는 사람들에게 지속적인 건강 문제를 야기하기도 했다. 

이산화황
이산화황

특히 이산화황은 성층권으로 주입되어 햇빛을 반사하는 황산염 에어로졸로 전환되고 지구의 기후에 냉각 효과를 줄 수 있고 오존층 파괴에도 영향을 미친다. 대형 화산분출은 이산화황 가스를 상층권에 주입해 물과 반응하고 황산구름을 만들어 기후에 영향을 주며 이러한 구름은 태양광선을 차단해 우주로 돌려보내기 때문에 에너지가 지표에 도달하지 못해 하층대기와 지표가 냉각된다고 한다.

황화수소(H2S)

황화수소는 강하고 불쾌한 냄새가 나는 무색의 가연성 가스로 하수 가스라고도 한다. 황화수소가 공기 중에 0.000001%만 포함되어도 썩은 계란 냄새가 날 정도로 인간의 코는 민감하지만 불행하게도 약 0.01% 이상의 혼합 비율에서는 무취가 되고 매우 유독해 호흡기에 자극을 일으키며 장기간 노출되면 폐부종을 유발한다.

ⓒ케미컬뉴스, 황화수소 설명
ⓒ케미컬뉴스, 황화수소 설명

황화수소 500ppm에 노출되는 사람은 5분 안에 의식을 잃고, 1시간 이내에 사망할 수도 있을 만큼 위험하다.

할로겐화수소(HF, HCl, HBr)

화산은 할로겐화수소의 형태로 할로겐 불소, 염소, 브롬을 방출할 수 있는데 이러한 물질은 용해도가 높다. 화산 기둥이나 잠재적으로 산성비를 유발할 수 있는 대기 내의 물방울에 빠르게 용해된다. 화산재를 생성하는 분출에서는 화산재 입자가 종종 할로겐화수소로 코팅된다. 이러한 입자가 퇴적되면 식수와 농작물, 방목지 등을 오염시킬 수 있다.

가와 아이젠 화산 분화구(the crater of Kawah Ijen Volcano) 전경. 세계에서 가장 큰 화산 분화구 호수인 보카닉 가스 기둥과 녹청색 /미국 자연사 박물관 갈무리

성층권으로 주입되는 화산 가스... 기후변화

1815년 인도네시아 탐보라 화산의 분출은 2만 년 만에 가장 컸다. 화산재가 거의 500㎞나 떨어진 자바섬에 떨어졌고, 화산재가 모든 농작물과 수원을 뒤덮은 뒤 기근으로 수만 명이 사망했다. 이산화황이 중력 방향 수직의 44km까지 도달되어 성층권으로 확산되었고 1815년 전 세계 연평균 온도가 5℃ 하강하고, 여름철 북미지역에 50cm 폭설 등 이상기후가 발생하였으며, 이듬해(1816년)에는 여름이 없었다는 기록이 있다. 

1991년에 폭발한 필리핀의 피나투보 화산의 경우는 2천만 톤의 이산화황이 분출되어 성층권을 통해 전지구를 순환하면서 1~3년 동안 지구 평균 기온을 0.2~0.5℃ 냉각시켰다. 이 분화는 하루에 250메가톤 이상의 가스를 성층권에 주입한 것으로 추정된다고 알려졌다. 

지난 14일 통가에서 강력한 해저 화산 폭발 /CNN 갈무리

한편, 지난 15일 남태평양 통가 정부는 해저 화산 폭발이 발생한 직후 쓰나미 발생을 경고했고, 통가 기상청은 주민들에게 해안가에서 도피하도록 명령했다고 전해졌다. 

통가의 화산(Hunga-Tonga-Hunga-Ha'apai volcano)은 최근 여러 차례 대규모 분출 끝에 폭발했다. 마탕기 통가 뉴스사이트는 과학자들이 14일 오전 이른 시간 대규모 폭발과 폭음 및 화염을 목격했으며, 위성영상에 폭이 5km에 달하는 화산재와 증기, 가스 구름이 20km 상공까지 치솟았다고 전했다.

케미컬뉴스 박주현 기자



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