화산폭발을 빠르게 예측
화산 폭발과 지진 같은 자연재해는 수많은 사상자를 냅니다. 그러나 아직도 화산이 언제 폭발하고 지진이 언제 발생할지 정확하게는 예측하지 못합니다. 전 세계 과학자들이 더 정확하고 빠르게 자연재해를 예측할 수 있는 기술을 개발하고 있습니다. 화산의 마그마에서 발생하는 작은 진동이나 수분량을 분석해 예측의 정확도를 높이고 지진 분석에 인공지능 AI 가 사용되고 있습니다.
마그마의 약한 진동을 분석해서 파악
전 세계에서 화산 40~50개가 최근 폭발했거나 불안정한 상태입니다. 화산이 폭발할 때 분출되는 마그마는 땅속에 있기 때문에 예측 연구가 더 어렵습니다. 수십억명이 언제 터질지 모르는 위험에 무방비로 노출되어 있습니다.
미 오리건대의 레이프 칼스트롬 교수 연구진은 '화산에 고여 있는 용함 호수에서 발생하는 작은 진동 신호를 분석해서 폭발 징후를 찾아낼 수 있습니다.'고 국제 학술지 '사이언스어드밴시스'에 밝혔습니다. 2007년부터 분화구에 용암이 고여있다가 2018년 폭발한 하와이 킬라우에아 화산이 연구 대상이었습니다.
화산 분화구 가장자리에 있던 돌덩이가 용암 호수 안으로 떨어질 때 수십 초간 작은 진동이 발생합니다. 연구진은 이 작은 신호로 마그마의 정보를 알 수 있다고 추정했습니다. 이것은 마치 컵을 두드릴 때 그 안에 들어있는 액체의 종류나 양에 따라 소리가 달라지는 것과 같은 원리입니다.
라스무센 박사는 '갑자기 압력이 낮아지면 물에서 기포가 발생해서 탄산음료를 흔드는 것처럼 화산 분출을 유발합니다.'며 '마그마의 수분량이 많다는 것은 기포가 많아서 더욱 격렬한 화산 활동이 일어날 수 있다는 의미입니다.'라고 말했습니다. 그리고 또 연구진은 수분량이 많은 마그마일수록 더 깊은 곳에 저장되는 경향이 있다고 밝혔습니다. 이 연구 결과의 발표는 지난달 3월 국제 학술지 '사이언스'에 수록되어 있습니다.
지진파보다 빠른 중력파 그리고 인간의 노력
프랑스 코트다쥐르대의 안드레아 리치아르디 교수 연구진은 '지진 때 발생하는 중력파를 AI에 학습시켜 빠르게 지진을 예측할 수 있는 방법으 개발했습니다.'고 국제 학술지 '네이처'에 몇달전에 밝혔습니다. 연구진이 개발한 방법은 기존보다 8초 빨리 지진을 감지할 수 있고, 특히나 큰 규모의 지진을 더 잘 예측하는 것으로 나타났습니다.
보통 지진은 갑작스러운 충격으로 암석이 진동하면서 발생하는 파동, 즉 지진파를 측정해서 감지합니다. 먼저 도달하는 종파 P파와 뒤이어 오는 횡파 S파를 감지합니다. 지진이 일어나서 갑자기 암석들의 위치와 밀도가 변하면 중력장도 변하면서 미세한 중력파가 발생합니다. 중력의 변화가 퍼져나가는 것입니다. 중력파는 지진파보다 빨리 빛의 속도로 이동하지만 그 크기가 아주 작아서 구별하기는 쉽지가 않습니다.
연구진은 일본에서 수집한 실제 지진 데이터와 함꺼 일본의 지진 발생 지역 1400곳에서 발생할 수 있는 지진 시뮬레이션 데이터 35만건을 AI에 학습시켰습니다. AI가 지진 패선을 찾으려면 많은 정보가 필요하기 때문입니다. 2011년 동일본 대지진 당시 정보를 AI에 적용한 결과 지진을 감지하는데 50초가 걸렸습니다.
연구진은 "기존보다 8초 앞당긴 것이 작게 느껴질 수 있지만 조기 경보에는 긴 시간입니다."라고 말했습니다. 특히 AI는 큰 규모의 지진을 잘 구별해냈습니다. 강한 지진의 경우 P파의 진폭이 최대가 되어 다양한 규모의 지진을 구별하기 어려웠습니다. 연구진은 "다른 방법보다 일찍 지진의 규모와 위치를 정확하게 구별할 수 있었습니다."라고 말했습니다.
슈퍼화산의 종류와 위험성
활화산은 전 세계에 약 1400여개 정도입니다. 그 중에서 분화 활동중인 산은 약 47개(2021년 기준) 백두산 같은 한번 폭발하면 규모가 큰 화산을 슈퍼화산이라고 부릅니다. 2018년 보고서에 의하면 인류를 멸망시킬 대재앙 중 하나를 슈퍼화산으로 보고 있습니다.
슈퍼 화산의 종류로는 미국의 예로스톤, 인도네시아의 토바, 뉴질랜드의 타우보, 북한의 백두산 등이 있습니다. 슈퍼 화산 중에서 대재앙을 불러왔던 화산으로 약 7만 4천년 전 폭발한 인도네시아의 슈마트라 섬에서 폭발한 토바 화산이 있습니다.
당시에 호모 사피엔스가 거의 멸종 위기에 처해 있었다는 증거가 있습니다. 슈퍼 화산이 폭발하게 되면 대규모 화산제 황산염 먼지 등이 포함된 대기가 솟구쳐서 햇볕을 차단하게 되고 이로 인해서 기온이 떨어지고 기온이 낮은 시간들이 오래 계속되고 급격히 추워지는 이상 기후로 식물이 말라 죽기 시작해서 생태계를 파괴하게 됩니다. 식물이 말라 죽기 시작하면 살아남을 생명체는 거의 없다고 보면 됩니다.
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