인류의 지하수 과다 사용이 자전축의 기울기를 변동시키고 있다

인간이 이용하는 물의 대부분은 풍부한 지하수에 지탱되고 있으며 1993년부터 2010년 사이에 지하에서 끌어올린 물의 양은 2조 톤 이상이라고 추측되고 있습니다. 대량의 물이 인위적으로 이동한 결과 지구의 자전축의 기울기가 변화해 북극점이 약 80cm, 연간 4cm 이상 이동하고 있다는 연구결과가 2023년 6월 15일 과학지 Geophysical Research Letters에 게재되었습니다.

We’ve pumped so much groundwater that we’ve nudged the Earth's spin - AGU Newsroom
https://news.agu.org/press-release/weve-pumped-so-much-groundwater-that-weve-nudged-the-earths-spin

We’ve pumped so much groundwater that we’ve nudged the Earth's spin

Rampant groundwater pumping has changed the tilt of Earth’s axis
https://www.nature.com/articles/d41586-023-01993-z

행성과 같은 천체가 자전하는 기울기는 안정적이지만 행성의 내부와 표면에서 큰 질량이 이동하면 그 영향으로 자전축도 변동할 수 있습니다. 지구의 경우 가장 큰 요인은 계절적인 것으로 날씨와 계절의 변화에 ​​따른 대기 덩어리의 움직임으로 인해 지축은 매년 미터 단위로 흔들리고 있다고 생각됩니다. 서울대의 지구물리학자인 서기원 교수는 “지구 표면에서 이동하는 모든 질량이 자전축을 변화시킬 수 있다”고 설명했습니다.

지축의 기울기는 물의 움직임에 의해서도 변화하는데 지금까지 이러한 물의 이동은 주로 빙하 등의 융해에 기인하고 있는 것으로 생각되었습니다. 그러나 서 교수 연구팀이 지축의 기울기를 설명하기에 충분한 지구의 물의 움직임을 계산해도 데이터와는 맞지 않았다고 합니다. 빙하와 지표의 물의 이동을 고려해도 문제를 해결할 수 없었던 연구팀이 도달한 답은 지하수의 움직임이었습니다.

다음은 1993년~2010년 사이 지하수 저류량 변화의 합계(왼쪽)와 거기에 따른 해면의 변동(오른쪽)으로 단위는 수주밀리미터입니다. 파란색이 짙어질수록 지하수가 잘 이용되고 있는 것을 나타내고 있는데 특히 북미 서부와 인도 북서부에서 현저했습니다.

연구팀은 관측에 의해 도출된 지구의 회전축의 변화와 물의 움직임을 모델화하고 나서 우선 빙하나 빙상만을 고려하여 계산을 실시한 다음, 지하수의 움직임을 시뮬레이션했습니다. 그 결과 2150기가톤, 즉 2조 1500억 톤의 지하수가 이동한 경우에만 지축의 기울기가 관측결과와 일치하는 것으로 밝혀졌습니다.

이 양의 물은 세계의 해수면을 6.24mm 상승시키기에 충분한 양으로, 만약 지하수의 움직임을 고려하지 않는 경우, 실제 지구의 극점의 움직임과 계산 결과 사이에는 약 78.48cm의 오차가 생겨 버린다는 것.

이 결과로부터 연구팀은 지하수의 이동에 의해 지구의 회전극은 1993년부터 2010년 사이에 동경 64.16도를 향해 약 78.48cm 이동했다고 결론지었습니다. 이것은 지하수의 영향만으로 북극점이 러시아의 노바야 제믈랴를 향해 연간 약 4.36cm 움직이고 있다는 것을 의미합니다.

다음은 관측된 극점의 움직임(빨간색 화살표)을 지하수를 고려하지 않는 경우의 계산 결과(파란색 파선 화살표)와 고려하는 경우(파란색 실선 화살표)와 비교한 그림입니다. 지하수의 이동을 고려한 결과는 관측된 극점의 움직임과 잘 일치하고, 지하수가 지구의 자전축에 미치는 영향은 무시할 수 없는 크기라는 것을 알 수 있습니다.

서 교수는 “회전극의 흔들림의 원인을 규명할 수 있었던 것은 매우 기쁜 일입니다. 한편 지구의 주민으로서, 또 아이를 가지는 아버지로서 지하수의 사용이 해수면 상승의 또 다른 원인이라는 사실을 알게 되어 놀라움과 우려를 느낀다”고 밝혔습니다.