[사회] 영구동토층에 생기는 구멍 수수께끼, 과학자들이 풀었다


이 분화구는 깊이가 30미터이며, 과학자들은 무인기가 찍은 사진들을 이용하여 3차원 형태를 구성했다.

 

 

입력 2021.2.18.

CNN 원문 2021.2.17.

 

[시사뷰타임즈] 지난해 사이베리아 (시베리아) 동토대 () 에 거칠고 폭발적으로 나타난 거대한 분화구는 -- 메쎄인 (메탄) 개스가 얼음과 바위들을 수백 미터 밖으로 던져버리면서 공허하고 기괴한 경관 속에 입을 벌리고 있는 원형 상처를 남겨 놓으며 분출한 것이었다.

 

이 구멍은 2013년 과학자들을 혼란스럽게 만들며 처음으로 목격된 이후, 라셔 (러시아) 북극 오지에 있는 야말 반도과 기다 반도에 17번 째로 나타난 것이다. 분화구들은 기후변화와 연관이 있는 것으로 생각된다. 무인기 촬영, 3차원 형태 작도 그리고 인공지능 등이 이 구멍들의 비밀을 밝히도록 돕고 있다.

 

라셔의 탄화수소 복구를 위한 스콜코보 과학-기술 본부의 수석 연구원인 에브게니 추빌린은 새로운 분화구는 특이하게도 잘 보전돼있어서, 우리가 조사를 했을 때 표면수가 아직 분화구 속에 쌓여있지 않았고 형태가 망가지며 훼손된 일이 없기에 우리들이 신선한분화구 연구를 할 수 있었다.” 고 했다.

 

연구원들이 분화구 속 깊은 곳으로 무인기를 날려 보낼 수 있었던 것도 처음이었는데 -- 지하 10에서 15미터에 도달하면서 메쎄인 개스가 축적돼 있는 지하 구멍의 모습을 사진 찍을 수 있었다.

 

추빌린은 20208월 이 분화구에 갔었던 라셔 과학자들 무리의 일원이었다. 이들이 발견한 내용들은 지난주 지구과학 (Geosciences) 저널에 실렸다.

 

 

기후 변화

 

 

연구원들이 이 분화구의 3차원 형태를 구축할 수 있도록 해준 무인기가 찍은 사진 80여장은 깊이가 30미터인 것이었는데 -- 버스 세 대가 꼬리에 꼬리를 물고 있는 모습을 상상해 보시라.

 

라셔 과학 학술원의 기름 및 개스 연구원이며 연구결과 저자인 이고르 보고이아블렌스키가 무인기를 조종했는데, 그는 무인기를 조종하기 위해 10층짜리 건물깊이의 가장자리 위에 누워서 자신의 팔을 가장자리 너머로 늘어뜨려야 했다고 했다.

 

그는 “3번 정도 우린 기회를 거의 놓칠 뻔 했지만, 3차원 형태 구축을 위한 자료 획등에 성공했다.” 고 햇다.

 

3차원 형태는 분화구 좀더 아래쪽에 있는 특이한 작은 동굴들 또는 큰 동굴을 보여주었는데, 과학자들이 어떤 가설을 세웠는지를 대체적으로 확인시켜 주었던 바: 메쎄인 개스는 얼음에 있는 구멍 속에 쌓이면서, 지반면 (地盤面) 에 흙더미가 생기게 한다는 것이다. 이 흙더미는 크기가 커지다가 폭발을 하며 얼음 및 기타 잔해들을 밖으로 불어내 버리며 거대한 분화구를 남겨놓게 된다.

 

아직도 분명치 않은 것은 메쎄인 개스의 출처이다. 이 개스는 지구 내부 깊이 있는 층에서 또는 지표 가까운 곳에서 비롯될 수 있고 -- 아니면 두 가지가 결함된 것일 수 있다.

 

영구동토층은, 열을 가둬놓아 지구를 데워줌에 있어서 이산화탄소보다 훨씬 더 효과적일 수 있는 온실 기체인 메쎄인의 저수지다. 더욱 더운 여름철 -- 북극은 지구 평균보다 두 배나 더 데워지고 있음 -- 마개 역할을 하는 영구통토증을 약하게 만들어 놓으면서 기체들이 빠져 나가기 더욱 쉽도록 만들어 주고 있다. 일부 전문가들은 영구동토 지역에 있는 토양들은 지구 대기보다 두 배나 더 많이 탄소를 갖고 있기에, 이러한 지역이 기후변화와의 싸움에 극도로 중요하다고 말한다.

 

추블린은 물론, 기후 변화는 북극 영구동토 지역에 개스를 분출하는 분화구들이 나타날 가능성에 영향일 미친다.” 고 했다.

 

위성사진을 이용하여, 연구원들은 또한 이 분화구가 언제 형성됐는지를 정확히 짚을 수도 있었다. 이들은 흙더미가 2020515일에서 69일 사이의 어느 시점에 폭발했을 것이라고 여긴다. 이 분화구가 최초로 목격된 것은 2020616일 헬기로 비행을 하고 있을 때였다.

 

추블린은 그 시기는 대충 잡은게 아니라고 하면서 이 시기는 1년 중 태양 에너지가 많이 유입되는 때이기에, 눈을 녹게하고 땅의 윗부분에 있는 층을 덥히기에, 이러한 거들이 자연의 특성 및 행태에 변화를 야기시킨다.” 고 했다.

 

이러한 분화구들이 인구 밀도가 매우 낮은 지역에서 나타났지만, 토착인들, 원유 및 개스 기반시설에 진짜로 위험을 가한다. 이 구멍들은 보통 헬기가 비행하는 동안 또는 순록을 몰고다니는 사람들이 우연히 발견한다.

 

 

지도 작성 및 분화구 분출 예측

 

 

지금까지 분화구 17개가 기록되긴 했지만, 전체적으로 얼마나 더 많이 있는지 또는 언제 다음 분화구가 분출할 지는 알려져 있지 않다.

 

과학자들은 아직 개스 분출 분화구를 탐지하여 지도를 작성할 수단이 없지만, 그래도 매서추셋의 웃웰 기후연구본부가 이런 상황에 변화를 주려고 연구하고 있긴 하다.

 

북극에서 여러 변화 사항들을 기록하기 위해, 그리고 아마도 궁극적으로는 어느 곳에서 다음 분화구 분출이 있을지를 예측하기 위해, 연구원들은 흘더미의 높이 및 야말 및 기다 반도에 있는 호수들의 늘어남 및 줄어듦 따위와 같은 변화를 양적으로 측정할 연산법 (algorithm) 을 고안했다.

 

과학자들이 만든 3차원 형상은 2017년까지 보고된 총 7개 분화구를 정확히 예측햇고 새로운 분화구 세 개의 구성형태도 밝혔다.

 

연구원들은 또한 분화구들이 딱 한가지, 지구 가장 북단에선 급진적 변화가 진행 중이라는 심란하게 만드는 신호를 보내고 있음도 발견했다.

 

연구원들은 327,000 평방 킬로미터의 면적 중 5% 정만 행한 탐사에서 1984년과 2017년 사이에 북극 경관에 갑작스런 변화가 있을을 알게 됐다. 이러한 변화 사항들 중에는 지반 붕괴, 새로운 호수의 등장 및 다른 호수들의 사라짐 등이 포함돼 있다고 연구결과에선 말하고 있으며, 이러한 내용들이 1, 지구과학 저널에 실렸다.

 

웃웰 기후연구 본부의 북극 프로그램 부장 수 나탈리는 성명에서 이러한 분화구들은 이제까지 과학자들에게 알려져 있지 않은 하나의 과정을 대변해 준다.” 고 했다.

 

북극 전역에서 나타나는 분화구들 및 기타 갑작스런 변화 사항들은 북극이 급속이 데워지면서 녹고 있다는 것을 가리키는 것이며, 이러한 상황이 북극 주민들 및 전 세계적으로 혹독한 결말을 안겨줄 수 있다.”




Mysteries of massive holes forming in Siberian permafrost unlocked by scientists

 

By Katie Hunt, CNN

Updated 0911 GMT (1711 HKT) February 17, 2021

 

(CNN)The massive crater appeared violently and explosively in the Siberian tundra last year -- a powerful blowout of methane gas throwing ice and rock hundreds of feet away and leaving a gaping circular scar in the empty and eerie landscape.

 

It was the 17th hole to appear in the remote Yamal and Gyda peninsulas in the Russian Arctic since the first was spotted in 2013, mystifying scientists. The craters are thought to be linked to climate change. Drone photography, 3D modeling and artificial intelligence are helping to reveal their secrets.

 

"The new crater is uniquely well preserved, as surface water hadn't yet accumulated in the crater when we surveyed it, which allowed us to study a 'fresh' crater, untouched by degradation," said Evgeny Chuvilin, lead research scientist at the Skolkovo Institute of Science and Technology's Center for Hydrocarbon Recovery in Moscow.

 

It was also the first time researchers have been able to fly a drone deep into a crater -- reaching 10 to 15 meters below ground, allowing them to capture the shape of the underground cavity where methane had built up.

 

Chuvilin was part of a team of Russian scientists who visited the crater in August 2020. Their findings were published in the journal Geosciences last week.

 

Climate change

 

The drone took around 80 images, allowing the researchers to build a 3D model of the crater, which is 30 meters deep -- imagine three buses end to end.

 

Study author Igor Bogoyavlensky, of the Oil and Gas Research Institute of the Russian Academy of Sciences, served as the drone pilot and said he had to lie down on the edge of the 10-story deep crater and dangle his arms over the edge to control the drone.

 

"Three times we got close to losing it, but succeeded in getting the data for the 3D model," he said.

 

The model, which showed unusual grottoes or caverns in the lower part of the crater, largely confirmed what scientists had hypothesized: Methane gas builds in a cavity in the ice, causing a mound to appear at ground level. The mound grows in size before blowing out ice and other debris in an explosion and leaving behind the massive crater.

 

What's still unclear is the source of the methane. It could come from deep layers within the Earth or closer to the surface -- or a combination of the two.

 

Permafrost is a huge natural reservoir of methane, a potent greenhouse gas much more effective than carbon dioxide at trapping heat and warming the planet. Warmer summers -- the Arctic is warming two times faster than the global average -- have weakened the permafrost layer, which acts as a cap, making it easier for gas to escape. Some experts estimate that soils in the permafrost region hold twice as much carbon as the atmosphere does, making the region extremely important in the fight against climate change.

 

"Climate change, of course, has an impact on the probability of gas blowout craters appearing in the Arctic permafrost," Chuvilin said.


With the use of satellite imagery, the researchers were also able to pinpoint when the crater formed. They believe the mound would have exploded at some point between May 15 and June 9, 2020. The crater was first spotted during a helicopter flight on July 16, 2020.

 

The timing was not random, according to Chuvilin. "This is the time of the year when there's a lot of solar energy influx, which causes the snow to melt and the upper layers of the ground to heat up, and that causes changes in their properties and behavior."

 

While these craters have appeared in a very sparsely populated region, they do pose risks to Indigenous people and to oil and gas infrastructure. The holes are usually found by accident during helicopter flights or by reindeer herders.

 

Mapping and predicting crater blowouts

 

While 17 craters have been documented so far, it's not known how many there are in total or when the next one could blow out.

 

Scientists don't yet have good tools for detecting and mapping the gas emission craters, although a team at the Woodwell Climate Research Center in Massachusetts is trying to change that.

 

To log changes in the Arctic landscape, and perhaps ultimately predict where the next blowout crater might occur, the researchers have devised an algorithm to quantify changes to features such as the height of mounds and the expansion or shrinking of lakes on the Yamal and Gyda peninsulas.

 

The scientists' model correctly predicted all seven craters that had been reported by scientists by 2017 and revealed the formation of three new ones.

 

The researchers also found that the craters are just one unsettling sign that the northernmost reaches of our planet are undergoing radical changes.

 

Some 5% of the 327,000 square kilometers the team surveyed saw abrupt changes in landscape between 1984 and 2017. These changes included ground collapses, the formation of new lakes and disappearance of others, plus the erosion of river bends, according to the research, which published in the Geosciences journal in January.

 

"These craters represent a ... process that was previously unknown to scientists," said Sue Natali, Arctic program director at the Woodwell Climate Research Center and coauthor of the study, in a statement.

 

"The craters and other abrupt changes occurring across the Arctic landscape are indicative of a rapidly warming and thawing Arctic, which can have severe consequences for Arctic residents and globally."

 

[기사/사진: CNN]



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