호수 분출

1986년 호수 분출이 발생한 니오스호 **호수 분출** 또는 **호수 전복**(lake overturn)이라고도 알려진 **림닉 분출**(Limnic eruption, 림닉 분화)은 깊은 호수 물에서 용해된 이산화 탄소(CO2)가 갑자기 분출하여 야생생물, 가축, 인간을 질식시킬 수 있는 가스 구름을 형성하는 매우 희귀한 유형의 자연재해이다. 과학자들은 지진, 화산 활동 및 기타 폭발성 사건이 림닉 분출의 원인이 될 수 있다고 믿는다. 이는 상승하는 CO2가 호수에서 물을 분출시키기 때문이다. 이러한 활동이 발생하는 호수를 **림닉 활동성 호수** 또는 **폭발하는 호수**라고 부른다. 림닉 활동성 호수의 일부 특징은 다음과 같다. * CO2로 포화된 유입수 * 호수 물과 직접적인 화산열이 없음을 나타내는 차가운 호수 바닥 * CO2 포화도가 다른 상부 및 하부 열층 * 화산 활동 지역과의 근접성 모눈호와 니오스호 참사 조사 결과 과학자들은 림닉 분출이 화산 폭발과 간접적으로 관련될 수 있지만, 별개의 위험 현상으로 분류했다.Volcanic Lakes and Gas Releases date=2013-12-24 USGS/Cascades Volcano Observatory date=2007-01-07, Vancouver, Washington.
# 역사적 발생
label=니오스호 림닉 분출의 근본적인 원인(이산화 탄소 가스)이 대부분 눈에 보이지 않기 때문에 과거에 어느 정도, 언제 분출이 발생했는지 판단하기 어렵다. 고대 로마의 역사가 플루타르코스는 기원전 406년에 비나 호수로 흘러드는 지류가 없었음에도 불구하고 알바노호가 주변 언덕 위로 넘쳐흘렀다고 기록했다. 이어진 홍수는 들판과 포도밭을 파괴한 후 결국 바다로 흘러들어갔다. 이 사건은 호수 바닥의 퇴적물에 갇혀 서서히 쌓이다가 갑자기 방출되어 물이 넘쳐흘러 발생한 화산 가스 때문인 것으로 추정된다. 최근 역사상 이 현상은 두 번 관찰되었다.Ohba, Takeshi, et al. "A Depression Containing CO2-Enriched Water at the Bottom of Lake Monoun, Cameroon, and Implications for the 1984 Limnic Eruption." Frontiers in Earth Science, vol. 10, May 2022, p. 766791. DOI.org (Crossref), https://doi.org/10.3389/feart.2022.766791. 첫 번째 기록된 림닉 분출은 1984년 카메룬의 모눈호에서 발생하여 인근에 살던 37명이 질식으로 사망했다.first6=W.C. 두 번째이자 더 치명적인 분출은 1986년 이웃한 니오스호에서 발생하여 8천만 m3 이상의 CO2를 방출했으며, 역시 질식으로 약 1,700명과 3,000마리의 가축이 사망했다.url-status=live 세 번째 호수인 훨씬 더 큰 키부호는 콩고 민주 공화국과 르완다의 국경에 위치하며 엄청난 양의 용해된 CO2를 포함하고 있다. 이 호수에서 채취한 퇴적물 샘플은 약 1,000년마다 호수 내 생명체가 멸종하고 인근 식물이 호수로 다시 쓸려 들어오는 현상이 발생했음을 보여주었다. 림닉 분출은 영향을 받은 지역의 공기 샘플을 채취하여 CO2 농도 척도로 감지하고 정량화할 수 있다.doi-access=free카메룬 서부 지역에 위치한 모눈호독일 메셀의 메셀 피트 화석 퇴적물은 초기 에오세에 림닉 분출이 있었음을 보여준다. 희생자 중에는 완벽하게 보존된 곤충, 개구리목, 거북, 크로커다일과, 새, 개미핥기, 식충생물, 초기 영장류 및 팔레오테리움이 있다.
# 원인
림닉 분출 발생을 설명하는 다이어그램 호수 분출이 발생하려면 물이 기체로 거의 포화되어 있어야 한다. 관찰된 두 사례인 니오스호와 모눈호에서는 CO2가 주된 구성 요소였다. 키부호의 경우, 호수 물리학자 알프레트 요니 뷔스트를 포함한 과학자들은 메테인 농도에 대해서도 우려했다.url-status=liveurl-status=live CO2는 호수 아래에서 방출되는 화산 가스 또는 유기물의 분해에서 발생할 수 있다. 호수가 포화되기 전에는 개봉하지 않은 탄산 음료청량 음료처럼 작동한다. CO2는 물에 용해되어 있다. 호수와 청량 음료 모두에서 CO2는 헨리의 법칙에 따라 더 높은 압력에서 훨씬 더 쉽게 용해된다. 압력이 풀리면 CO2는 가스 기포 형태로 용액에서 나와 표면으로 떠오른다. CO2는 또한 차가운 물에 더 쉽게 용해되므로 매우 깊은 호수는 깊이가 깊어질수록 압력이 증가하고 온도가 감소하기 때문에 매우 많은 양의 CO2를 용해할 수 있다. 수온이 약간만 증가해도 많은 양의 CO2가 방출될 수 있다. 호수가 포화되면 매우 불안정하지만 실제로 분출을 시작하려면 방아쇠가 필요하다.url-status=live 1986년 니오스호 분출의 경우 산사태가 유력한 원인으로 지목되었지만, 화산 폭발, 지진, 심지어 바람과 비바람도 잠재적인 유발 요인이 될 수 있다. 림닉 분출은 특정 깊이에서 점진적인 가스 포화로 인해 자발적인 가스 발생이 유발되어 발생할 수도 있다.doi-access=free 원인에 관계없이, 방아쇠는 가스로 포화된 물을 호수 위로 밀어 올려 압력이 낮아지면 가스가 용액 상태로 유지될 수 없게 한다. 그 결과 발생하는 기포의 부력은 물을 더욱 높이 들어 올리고, 더 많은 기포를 방출한다. 이 과정은 가스 기둥을 형성하고, 이 시점에서 바닥의 물은 흡인에 의해 위로 끌어올려지며, 이 또한 통제 불능 상태로 CO2를 잃는다. 이 분출은 가스를 대기 중으로 배출하고 지진해일을 형성할 만큼 충분한 물을 이동시킬 수 있다. 림닉 분출은 여러 가지 이유로 매우 드물다. 첫째, CO2 발생원이 존재해야 하며, 화산 활동이 있는 지역이 가장 위험하다. 둘째, 대부분의 호수는 혼합형 호수이며, 용해된 가스가 축적되는 것을 방지한다. 다층형 호수만이 층상화되어 CO2가 용해 상태로 유지될 수 있다. 혼합형 호수 1,000개당 1개만 다층형 호수로 추정된다.url-status=live 마지막으로, 호수는 많은 양의 CO2를 용해할 수 있는 충분히 가압된 물을 가지기 위해 매우 깊어야 한다.
# 결과
1986년 니오스호 림닉 분출로 죽은 소 분출이 발생하면 호수 위에 거대한 CO2 구름이 형성되어 주변 지역으로 확장된다. CO2는 공기보다 밀도가 높기 때문에 지면으로 가라앉아 호흡 가능한 공기를 밀어내어 질식을 유발하는 경향이 있다. CO2는 인체 체액을 고산성으로 만들고 잠재적으로 CO2 중독을 유발할 수 있다. 희생자들이 공기를 들이마시려고 헐떡일 때, 그들은 실제로 CO2를 들이마심으로써 질식을 가속화한다. 니오스호에서는 가스 구름이 인근 마을로 내려와 정착하면서 거의 모든 사람이 사망했다. abbr=on 떨어진 곳에서도 사상자가 보고되었다.access-date=December 19, 2008 일부 시체의 피부색 변화로 인해 과학자들은 가스 구름에 염화 수소와 같은 용해된 산이 포함되었을 수 있다고 추측했지만, 이 가설은 논란의 여지가 있다.doi=10.1136/bmj.299.6697.513-a 많은 희생자들에게서 피부에 물집이 발견되었는데, 이는 이산화탄소에 질식된 사람들의 혈액 산소 농도가 낮아 발생했을 가능성이 높은 욕창 때문인 것으로 추정된다.url-status=live 호수 바로 옆에 자라는 식물을 제외하고는 인근 식물은 대체로 영향을 받지 않았다. 그곳에서는 격렬한 분출로 인한 abbr=on 높이의 지진해일로 인해 식물이 손상되거나 파괴되었다.isbn=978-1-107-03386-3
# 가스 제거
이러한 호수에서 가스를 제거하고 또 다른 재앙으로 이어질 수 있는 축적을 방지하기 위한 해결책을 개발하기 위한 노력이 진행 중이다. 프랑스 과학자 미셸 할브왁스가 이끄는 팀은 1990년 모눈호와 니오스호에서 사이펀을 사용하여 호수 물의 가스를 통제된 방식으로 제거하는 실험을 시작했다.url-status=live 팀은 파이프를 호수에 수직으로 배치하고 위쪽 끝은 수면 위로 나오게 했다. CO2로 포화된 물은 파이프 바닥으로 들어가 상단으로 상승한다. 표면의 낮은 압력은 가스가 용액에서 나오게 한다. 흐름을 시작하기 위해 처음에 소량의 물만 파이프를 통해 기계적으로 펌핑해야 한다. 포화된 물이 상승하면 CO2가 용액에서 나와 기포를 형성한다. 기포의 자연 부력은 물을 파이프 위로 고속으로 끌어올려 표면에 분수를 형성한다. 가스 제거되는 물은 펌프처럼 작동하여 더 많은 물을 파이프 바닥으로 끌어당겨 자가 유지 흐름을 생성한다. 이는 자연 분출로 이어지는 것과 동일한 과정이지만, 이 경우에는 파이프의 크기에 의해 제어된다. 각 파이프는 제한된 펌핑 용량을 가지고 있으며, 모눈호와 니오스호 모두에서 깊은 호수 물의 상당 부분을 가스 제거하고 호수를 안전하게 유지하려면 여러 개가 필요할 것이다. 깊은 호수 물은 용해된 CO2로 인해 약간 산성이어서 파이프와 전자 장비에 부식을 일으키므로 지속적인 유지 보수가 필요하다. 파이프에서 나오는 CO2가 호수 표면에 가라앉아 호흡할 수 없는 얇은 공기층을 형성하여 야생 동물에게 문제를 일으킬 수 있다는 우려도 있다. 2001년 1월, 프랑스-카메룬 팀은 니오스호에 하나의 파이프를 설치했으며, 2011년에는 유엔 개발 계획의 자금 지원을 받아 두 개의 파이프를 추가로 설치했다.url-status=live 2003년 모눈호에 파이프가 설치되었고, 2006년에 두 개가 추가되었다. 이 세 개의 파이프는 CO2 수치 증가를 방지하기에 충분한 것으로 생각되며, 호수 바닥에서 자연적으로 유입되는 가스의 양과 거의 같은 양을 제거한다. 2003년 1월, 모눈호를 완전히 가스 제거하기 위한 18개월 프로젝트가 승인되었으며,url-status=live 이후 호수는 안전해졌다.doi-access=free 미국 미시간호가 매년 가을 훨씬 더 작은 규모로 자발적으로 가스를 제거한다는 증거가 있다.url-status=live
# 키부호의 위험
2003년 키부호의 위성 이미지 키부호는 니오스호보다 약 1,700배 클 뿐만 아니라, 200만 명 이상의 사람들이 호수 주변에 살고 있는 훨씬 더 인구 밀도가 높은 지역에 위치해 있다. 콩고 민주 공화국 내의 지역은 활동적인 무력 분쟁이 발생하고 콩고 민주 공화국 정부의 국가 역량이 낮아 연구 및 후속 완화 조치를 방해하고 있다. 키부호는 아직 높은 수준의 CO2 포화도에 도달하지 않았다. 만약 물이 심하게 포화된다면, 림닉 분출은 인간과 동물의 생명에 큰 위험을 초래하여 수백만 명을 죽일 수 있다.url-status=live 키부호의 물리적 상태에서 두 가지 중요한 변화가 림닉 분출 가능성에 대한 관심을 불러일으켰는데, 이는 높은 메테인 해리율과 상승하는 표면 온도이다.doi-access=free 과거 및 현재 온도를 조사한 연구에 따르면 키부호의 표면 온도는 10년마다 약 0.12 °C씩 상승하고 있다. 키부호는 잠재적인 유발 요인들과 근접해 있다: 니라공고산 (2002년 1월과 2021년 5월에 분출한 활동성 화산), 활동적인 지진 구역 및 기타 활동성 화산들.url-status=live 모눈호와 니오스호와 유사한 방식으로 호수 가스를 제거할 수 있지만, 키부호의 크기와 포함된 가스량 때문에 이러한 작업은 수백만 달러에 달하는 비용이 들 것이다. 2010년에 시작된, 호수에 갇힌 메테인을 르완다의 전력 생산 연료원으로 사용하는 계획은 어느 정도 CO2 가스 제거로 이어졌다.url-status=live 해안의 발전소에 연료를 공급하는 데 사용되는 가연성 메테인 가스를 추출하는 과정에서 촉매 스크러빙으로 알려진 과정을 통해 일부 CO2가 제거된다. 키부호에서 림닉 분출의 위험을 제거하기에 충분한 가스가 제거될지는 불분명하다.