<사진. 2012년 7월 300개 이상의 GPS를 구비한 표면 해류 유망 어선을 딥워터 호라이즌 오일 유출이 발생했던 멕시코 만 인근에 배치한 CARTHE 연구진
출처. KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』>

딥워터 호라이즌 오일 유출 지역에서 오염물질을 추적하는 핵심 규명

새로운 연구는 딥워터 호라이즌 오일 유출(Deepwater Horizon oil spill) 지역에서 해양 순환 유형(ocean circulation pattern)에 대한 새로운 연구는 상당한 역할을 하는 소규모 해류(small-scale ocean current)가 오염물질 확산에 기여한다는 사실을 규명했다. 동 연구 결과는 해양에서 오일과 다른 오염물질의 이동을 예측하는데 도움을 줄 수 있는 새로운 정보를 제공할 것이다.

딥워터 호라이즌 사고 후 약 2년이 경과했으며, 미국 마이애매 대학(UM; University of Miami) Rosenstiel 해양 및 대기 과학대학(Rosenstiel School of Marine and Atmospheric Science)을 기반으로 하는 CARTHE(Consortium for Advanced Research on Transport of Hydrocarbon in the Environment) 소속의 연구진은 100 미터에서 100 킬로미터 범위의 소규모 해류를 연구하기 위하여 멕시코 만 북부 오일 유출 지역에서 유망 어선 실험(drifter experiment)을 수행했다.

해양 오염 분산(dispersion of oceanic contamination)에 대한 신뢰할 수 있는 예측은 2010년 멕시코 만 딥호라이즌 오일 유출과 2011년 태평양에서 발생했던 후쿠시마 원자력 발전소 사고 등에 의해 증명된 경제, 해양 생태계 및 사회 등에 중요하다. 해양 표면에서 오염물질 경로와 농도에 대한 정확한 예측은 공간적 규모의 광범위한 영역에 걸쳐 해양 역학의 이해를 필요로 한다. 준 중간 규모(submesoscale, 100 미터에서 수십 킬로미터, 시간 및 며칠에 이르는)에서 속도 장(velocity field)의 구조를 고려하는 기본적인 의문이 이러한 규모에서 기상 측정의 결여로 인하여 해결되지 않은 채 남아 있다.

정확하게 추적되는 표면 유망 어선(surface drifter) 수백 대를 거의 동시에 방출함으로써 제공되는 고빈도 위치 자료를 이용하여, 연구진은 멕시코 만 북부에서 준 중간 규모 표면 속도 변화의 구조를 연구했다. 관측된 2 지점 통계치는 200 미터~50 킬로미터 규모에서 고전적인 교란 규모 법칙(turbulence scaling laws)의 정확성을 확인했으며, 준 중간 규모에서 분산이 에너지 측면의 준 중간 규모 변동에 의하여 우세하게 지역적으로 유발된다는 것을 암시하고 있다.

연구진의 결과는 10킬로미터 이하의 소규모 해양 흐름이 오염물질 구름(pollutant clouds)의 초기 확산을 제어하기 위한 상당한 에너지 변동(energy fluctuation)을 포함하고 있다는 것을 보여 주었다고 CARTHE 책임자이며 마이애미 대학 소속의 교수인 Tamay Ozgokmen은 밝혔다. 현재 연구진은 이러한 소실된 퍼즐 조각을 정량화하여, 미래 오일 유출(oil spill) 사건에서 실시간 예측 역량을 개선할 수 있다고 Ozgokmen은 밝혔다.

GLAD(Grand Lagrangian Deployment)라고 불리는 12일 해양 실험 동안, 연구팀은 마이애미 대학 연구용 선박인 F.G. Walton Smith호에서 300개의 GPS가 구비된 맞춤 제작된 유망 어선을 내려서 배치했다. 유망 어선이 배치된 장소는 대륙붕 해류(continental shelf current)가 부력으로 유발되는 미시시피 강 유출 해류(outflow currents)와 멕시코 만 깊은 회오리에서 유발되는 해류가 혼합되는 곳이다. 유망 어선은 딥워터 호라이즌 오일 유출 지역인 데소토 해협(DeSoto Canyon)에서 바람과 파도 존재 하에서 상층 해양 움직임에 대한 다차원 그림을 포획하기 위하여 배치되어 수개월 동안 멕시코 만 해류를 따라 흘러갔다. 이것은 동시에 많은 유망 어선을 배치하는 최초의 실험이다. 유망 어선이 어디로 흘러가는가에 대한 자료는 5분마다 확인됐다.

인공위성을 기반으로 하는 고도계 측정 또는 일반적인 순환 모델에 의해에 포착될 수 없는 소규모 순환(small-scale circulation)을 정량화하는 것을 목표로 하는 이 연구는 원자력 발전소 사고 또는 미래 오일 유출 등과 같은 비극적인 오염물질 사고의 경로에 대한 예측을 개선하는 데 도움을 주는 즉각적인 실용적 응용을 가진다. 결과는 해양 순환 모델에서 현재 고려되지 않는 상당한 확산 패턴(dispersion pattern)에 관한 새로운 정보를 제공한다고 저자들은 밝혔다.

연구 결과는 해양 표면 속도 장의 공간적 가변성의 기상 관측을 제공하기 위한 대규모 유망 어선의 배치에 대한 실현 가능성과 유용성을 증명했다. 연구진은 현재 운영되고 있는 순환 모델과 인공위성 고도계에서 유래한 속도 장에서 소실된 준 중간 규모에서 유발된 분산의 정량화를 구현할 수 있었다.

이 실험은 오일이 어디로 갈 것인가? 오일이 얼마나 빠르게 도달할 것인가? 등과 같은 모든 주요 오일 유출에서 발생하는 질문에 해답을 제공하는 데 도움을 줄 것이라고 Ozgokmen은 밝혔다. 이러한 과정은 오일 유출의 전체적인 사회 경제적인 영향을 결정하고 제한된 반응 재원(response resources)을 할당하고자 할 때 중요하다고 Ozgokmen은 밝혔다.

■ KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 http://mirian.kisti.re.kr