How rising groundwater caused by climate change could devastate coastal communities

기후변화로 인한 지하수 수위 상승이 해안 지역에 미칠 영향은?

해수면이 상승하면 지하수위도 상승한다. 지하수 수위가 상승하면 침수뿐만 아니라 하수도나 매설된 전기선에까지 악영향을 미치며 다양한 문제를 초래할 수 있다. 이런 문제에 특히 취약한 해안 지역 도시들은 이 문제에 어떻게 대처하고 있을까?

파에 사울레나스(Fae Saulenas)가 원하는 것은 사람들의 동정이 아니다.

미국 매사추세츠주 소거스에 사는 70대 노인 사울레나스는 사지마비를 비롯해 각종 장애가 있는 딸 로런(Lauren, 46)과 함께 보일러가 고장 난 집에서 지난겨울을 보냈다. 기온이 하루 만에 영하로 뚝 떨어지는 것이 흔한 일인 소거스에서 보일러 없이 추위를 견딜 수 없던 두 사람은 조그만 난로에 의지할 수밖에 없었다. 그러나 난로를 사용하는 데 드는 전기요금은 2월에만 750달러(약 89만 원)에 달했고, 난로로는 침실 하나만을 겨우 따뜻하게 만들 수 있을 뿐이었다.

사울레나스가 이런 이야기를 전한 이유는 연민을 자아내기 위해서가 아니라 오히려 경고하기 위해서였다. 그녀는 지하수면이 상승하고 있으며, 지하수가 가스관에 침투해 내부에서부터 보일러를 부식시키고 있다고 설명했다. 그러면서 그녀는 해안가 근처 거주자라면, 해안에서 몇 킬로미터 떨어진 곳에 살고 있다고 해도 지하수로 인한 재난이 곧 그 지역에도 닥칠 것이라고 경고했다.

실제로 지하수면 상승은 인프라에 재앙을 가져올 수 있는 실질적인 위협이 될 수 있다. 지하수 수위가 상승하면 도로는 아래쪽부터 침식될 것이며, 정화조 시스템에서도 배수가 제대로 이루어지지 않을 것이고, 방파제는 바닷물 유입만 막는 것이 아니라 지하수까지 바다로 빠져나가지 못하게 막으면서 침수 피해를 키울 것이다. 가정집 토대에는 균열이 생길 것이고, 하수구가 역류하면서 가정 내에 유독가스를 유출할 가능성도 있다.

소거스는 보스턴 북부에서 16km 정도 떨어진 작은 마을이다. 사울레나스가 1975년에 구입한 그 집은 리비어 해변이 대서양을 막으면서 형성된 해수소택지에 위치해 있다.

그 집이 바다 가까이에 있다는 점을 고려하면 사울레나스룰 불안하게 하는 요인은 분명해 보인다. 바로 해수면 상승이다. 1950년부터 지금까지 그 지역의 해수면은 20cm 정도 상승했고, 그 속도도 점차 빨라지고 있어서 이제는 해수면이 1년에 약 2.5cm씩 높아지고 있다. 그러나 지난겨울에 사울레나스 모녀를 추위에 떨게 했던 물은 바다에서 온 것이 아니었고, 해수면 상승은 그 상황의 직접적인 원인이 아니었다.

사울레나스가 겪은 문제는 2018년에 처음 시작됐다. 당시 물이 지중 주배관으로 침투하면서 가스가 끊겼고, 그로 인해 보일러도 끊겼다. 그 문제는 몇 년 동안 간헐적으로 지속됐는데, 물이 계속해서 가스 본관으로 침투했고, 그럴 때마다 그 집에 가스와 전기 등을 공급하는 유틸리티 기업 내셔널 그리드(National Grid)가 가스를 끊을 수밖에 없었다. 내셔널 그리드는 그런 일이 생길 때마다 어디서 물이 샜는지 확인하고 가스관을 보수하고 물을 빼내야 했다.

내셔널 그리드가 공식적으로 해당 문제의 원인을 정확하게 밝히지는 않았지만, 사울레나스는 문제의 원인이 ‘지하수’라고 확신한다.

정상적인 상황에서도 내셔널 그리드가 매사추세츠 지역에 설치한 인프라의 대략 3분의 1을 차지하는 주철관은 부식에 취약하다. 사울레나스는 지하수면 위에 설치된 이러한 주철관들이 만조로 지하수 수위가 상승할 때마다 간헐적으로 물에 잠기고 있는 것이 아닌지 의심하고 있다. 수위가 높아진 지하수가 가스 본관에 침투해서 보일러를 부식시켰다고 생각하는 것이다.

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“심각한 문제다. 우리가 침수 문제를 너무 과소평가하고 있다.”

사울레나스가 그 답을 찾는 과정에서 연락이 닿게 된 캘리포니아대학교 버클리 캠퍼스의 부교수 크리스티나 힐(Kristina Hill)은 그녀의 의견에 동의한다. 힐은 “그녀는 내게 그 문제가 해수면 상승 때문이냐고 물었고, 내 대답은 당연히 ‘그렇다’였다”고 설명했다.

힐은 대중과 정책입안자들에게 지하수 수위 상승의 위험성을 제대로 알리기 위해 노력하고 있는 수많은 연구자 중 한 명이다. 위험성이 분명하게 드러나 있는 해수면 상승과 달리 지하수 수위 상승의 위험성은 잘 알려져 있지 않다. 수문학자들은 지하수 문제를 제대로 인식하고 다양한 연구를 벌이고 있지만, 이러한 연구는 아직 학계에만 한정돼 있다. 지하수 수위 상승은 2018년에 발표된 미국의 국가기후평가(National Climate Assessment) 보고서에서 짧게 언급되었을 뿐이고, 많은 지역의 기후 적응 계획이나 홍수 지도에서도 제대로 고려되지 않고 있는 실정이다.

실제로, 저널 ‘시티스(Cities)’에 실린 2021년의 어떤 연구에서는 해안 지역 도시들이 기후변화 취약성 평가를 진행할 때 지하수위 상승을 거의 고려하지 않는다는 것을 발견했다. 해당 보고서를 작성한 스토니브룩 대학교 소속 공학자 겸 과학자 대니얼 로젤(Daniel Rozell)은 “그런 평가에서는 해수면 상승과 폭풍 해일 같은 요인만 이야기하고, 지하수에 대해서는 관심이 없다”고 설명했다.

지하수위 상승이 기존 인프라나 기후 적응 계획에 미칠 영향은 엄청날 수도 있다. 따라서 이를 고려하지 않은 복원 노력은 결국 무용지물이 될 것이며, 필요한 예산도 더 늘어날 것이다. 또한 지하수위 상승을 고려할 경우 기존의 홍수 지도도 수정해야 할 것이다. 2012년에 하와이대학교 연구팀이 홍수 위험성 관련 조사 연구에서 지하수위 상승을 평가 요인으로 포함하자 미국에서 해수면 상승으로 홍수에 취약하다고 파악된 면적의 두 배 이상에 해당하는 지역이 홍수에 취약하다는 결론이 나왔다.

힐은 “지대가 평평하고, 물이 쉽게 침투할 수 있는 지반으로 이루어진 해안 지역에서는 지하수위 상승이 큰 문제가 될 것”이라고 우려를 표했다. 마이애미 같은 곳이 이러한 설명에 들어맞는 곳이지만, 오클랜드, 캘리포니아, 브루클린, 뉴욕, 마운틴뷰 같은 실리콘 밸리 커뮤니티도 워싱턴DC와 마찬가지로 지하수위 상승에 취약하다. 전 세계적으로 지하수위 상승으로 인한 위험성이 큰 곳으로는 유럽 동북부 지역, 영국, 아프리카, 남아메리카, 동남아시아 해안가 지역 등이 있다.

힐은 “정말 심각한 문제다. 우리가 침수 문제를 너무 과소평가하고 있다”고 밝혔다.

또한 지하수는 눈에 보이지 않기 때문에 위험에 노출된 사람들이 문제를 쉽게 파악하지 못할 가능성이 크다. 로젤은 “지하수위는 지표면에 어떤 식으로든 침수가 발생하기 전부터 이미 상승해 있을 것”이라고 설명했다. 다시 말해서 해수면이 상승해서 바닷물이 집에 들이닥치기 전에 지하수로 인한 침수를 이미 경험하고 있을 것이라는 뜻이다.

우리 발밑의 물

해수면 상승이 지하수위 상승을 초래한다는 말이 조금 아리송하게 들릴 수도 있다. 언뜻 보기에 둘 사이에는 어떤 연관성도 없어 보이기 때문이다. 그러나 그 둘의 관계는 사실 매우 간단하다.

둘 사이의 연관성을 이해하기 위해서는 지하수에 대해 제대로 파악할 필요가 있다. 지하수는 처음에 비나 눈의 형태로 지표에 도달한 물이 지하로 스며들면서 형성된다. 물이 침투한 포화층은 불포화층 아래 위치하게 되고, 그사이의 경계를 가리키는 말이 바로 ‘지하수면’이다. 해안 지역에서는 보통 수 미터에 달하는 포화층이 바닷물 위에 위치한다. 해수면이 상승하면 바다의 소금물이 민물보다 농도가 높기 때문에 지하수 수위도 높아지게 된다.

그러나 바닷물과 지하수 사이의 관계는 이것뿐만이 아니다.

로젤은 “지하수는 보통 바다로 흘러나간다. 해안 지역에는 ‘해저 지하수 배출’이라는 현상이 일어나며, 썰물 때 해변에 가면 이 현상을 직접 느껴볼 수 있다. 물속에 서 있으면, 모래 안에서 차가운 물이 흐르는 것이 느껴지는데, 지하수가 끊임없이 바다로 빠져나가고 있는 것”이라고 설명했다.

따라서 해수면이 상승하면서 육지가 바닷물에 잠기는 것을 방지하려는 대책을 세울 때는 반드시 지하수에 관한 내용도 고려해야 한다.

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“수백만 명에게 위협이 될 가능성이 있지만, 아무도 주의를 기울이지 않고 있다.”

해수면 상승이 지하수위 상승에 미치는 영향에 관해 유명한 과학 저널에 발표된 중요한 첫 번째 연구는 2012년에 하와이대학교의 콜자 로촐(Kolja Rotzoll)과 칩 플레처(Chip Fletcher)가 ‘네이처(Nature)’에 발표한 연구 결과이다. 이 연구는 해수면이 상승하면서 코네티컷주 뉴헤이븐 해안 지역 지하수에 어떤 일이 벌어지고 있는지 알아본 미국 지질조사국과 예일대학교 연구팀의 보고서 발표 직후에 이루어졌다. 두 연구의 연구팀 모두 해수면 상승과 지하수위 상승이 동시에 일어난다는 점을 발견했다.

플레처는 “우리는 우물에 관한 기록들을 살펴보면서 해안 지역의 지하수면이 조수간만과 함께 오르락내리락한다는 것을 발견했고, 해수와 지하수면 사이에 직접적인 연관성이 있다는 점을 깨닫게 되었다. 기후변화로 해수면이 상승하면, 지하수면도 높아지다가 결국 지표까지 흘러나올 것이다. 그러면 도시화된 지역이나 도로변이 습지가 될 것이다. 해수면 상승으로 인한 지하수면 상승은 바닷물이 해안 지역을 침수시키면서 발생하는 피해보다 훨씬 더 큰 피해를 더 많은 지역에 발생시킬 것”이라고 밝혔다.

그리고 우리는 이미 그로 인한 결과를 목격하고 있다.

건강에 대한 위험

지하수위 상승은 해수면 상승보다 훨씬 복잡한 문제를 발생시킬 것이다. ‘위생 시설’을 예로 들어 보자. 일반적으로, 미국 대부분 지역에서 화장실 변기 물을 내릴 때마다 오수는 지하의 오수조(cesspool), 정화조 시스템, 하수관 중 한 곳으로 흘러나간다. 그러나 지하수위가 상승하면 이러한 세 시스템 모두에 엄청난 문제가 발생하게 된다.

우선 오수조는 기본적으로 측면에 구멍이 있고 개방용 버튼이 있는 콘크리트 실린더이다. 현재 하와이주 호놀룰루 시의회에서 수석 정책 책임자 직을 맡고 있는 조시 스탠브로(Josh Stanbro)는 오수조가 늘 건조한 상태로 유지되어야 하지만 지하수위가 상승하면 계속해서 물에 잠기게 될 것이라고 설명했다. 오수조가 계속 젖어 있으면 미생물이 번식할 것이고, 물과 함께 미생물도 밖으로 흘러나올 것이다.

이 문제를 겪고 있는 것은 호놀룰루만이 아니다. 마이애미데이드 의회도 정화조와 관련해서 비슷한 문제에 직면해 있다. 이론적으로 정화조는 오수조에 없는 여과층을 포함하고 있다. 그러나 여과 기능을 위해서는 정화조 시스템에 60cm 정도 두께의 토양층이 필요한데, 지하수면이 상승하면 그러한 토양층 두께가 줄어들게 된다. 이미 이곳 시스템의 56%가 폭풍이 일어날 때마다 주기적으로 손상되고 있다. 예측에 따르면 2040년에 그 비율은 64%로 올라갈 것이라고 한다. 이러한 정화조 시스템에 문제가 생기면 커뮤니티가 식수로 사용하는 지역 대수층이 오염될 가능성도 있다.

차선책 하나는 오수조나 정화조 시스템을 사용하는 가정과 기업체 배수관을 하수관 쪽으로 연결하는 것이다. 마이애미데이드 의회는 이러한 전환에 필요한 비용을 23억 달러로 예상하고 있다.

그러나 하수 시스템도 모든 문제의 해결책이 될 수는 없다고 크리스티나 힐은 경고했다. 그녀는 “대부분의 미국 하수 배관은 제대로 유지관리되지 못한 탓에 모두 균열이 있다. 우리는 국제적인 조롱거리다. 유럽에서는 관객들의 긴장을 풀기 위해 미국 시스템이 얼마나 형편없는가에 관한 슬라이드를 보여주며 도시공학 학회를 시작한다”고 설명했다. 하수 배관의 균열로 지하수가 침투할 수 있다. 그리고 뉴욕시와 보스턴처럼 합류식 하수도를 사용하는 곳에서는 빗물과 오수가 서로 섞이기 때문에 하수관에 남는 공간이 더 적다. 이로 인해 지하수면이 상승하면 뉴욕시 자메이카베이 같은 곳은 밀물 때 우수관에서 액체가 역류하게 되는 것이다.

더 최신 시설을 갖춘 도시들은 빗물과 오수를 각기 다른 관으로 보내는 시스템을 갖추고 있다. 그러나 비가 올 때 하수관이 지하수로 가득 차게 되면, 빗물이 갈 곳이 없어지는 것은 마찬가지이다. 따라서 힐은 이 경우에도 더 많은 침수가 일어날 수 있다고 설명했다.

지하수위 상승으로 위생 시설에 큰 문제가 발생할 수 있는 경우가 또 있다.

패스웨이 기후 연구소(Pathways Climate Institute)를 설립한 해안 공학자이자 기후 과학자 크리스 메이(Kris May)는 “베이지역(Bay Area)는 군사기지와 실리콘밸리 기술 붐으로 인해 지하에 많은 오염물질이 남아 있다. 게다가 저소득층 주거지를 그쪽 지역에 만드는 경우가 많다. 그러나 저소득층 주거지에서도 상당한 양의 오염물질을 배출하며, 관련 규제는 지하수면 상승을 고려하지 않는다”고 설명했다.

현재 지하수면은 계속 상승하고 있다. 지하수면 상승을 막지 못하면 토양까지 침투할 것이고 그러면 벤젠 같은 오염물질이 유출될 것이다. 이러한 화학물질들은 휘발성이 매우 높기 때문에 기체 형태로 하수관을 통해 가정으로 전달될 수 있다.

지금까지 설명한 것은 지하수 상승이 하수관에 미칠 수 있는 영향이었다. 그러나 지하수위 상승은 다른 많은 것에도 영향을 미칠 수 있다. 제대로 밀봉되지 않은 지중 전선로는 누전될 것이고, 수압 상승으로 인해 건물의 토대들은 들어 올려지기 시작할 것이다. 이러한 압력 상승이 단층에까지 영향을 미칠 수도 있다고 우려하는 이들도 있다.

물이 길을 찾는 법

해수면 상승으로부터 보호하기 위해서 도시들은 수백 년 동안 같은 방식에 의존하고 있다. 바로 제방과 방파제이다. 보스턴, 마이애미, 뉴욕, 플로리다까지 모두 엄청난 금액을 투입해서 방파제나 장벽을 건설하는 방안을 고려하고 있다. 그러나 방파제가 바닷물을 막아줄 수는 있겠지만 지하수는 막지 못한다.

지반이 비교적 불침투성에 가까운 일부 지역에서는 지하수위 상승을 늦추는 방파제나 제방을 건설할 수도 있을 것이다. 그러나 그 경우에는 다른 문제에 부닥치게 된다. 지하수가 바다로 흘러나간다는 사실을 떠올려보라. 해수면 상승과 함께 지하수 상승을 막는 장벽은 폭풍우나 폭우로 인한 빗물이 바다로 흘러나가는 것도 막게 될 것이다.

스토니브룩 대학교의 로젤은 “물이 바다로 흘러나가지 못하게 막으면 장벽 밖으로 펌프질을 해서 내보내는 수밖에 없다. 그것이 네덜란드가 수백 년 동안 계속해왔던 일”이라고 설명했다. 그러나 이것 역시 문제를 초래한다. 방파제로 문제를 해결하기 어려운 많은 지역들, 특히 로어맨해튼과 샌프란시스코 및 보스턴 대부분 지역들이 습지나 매립지 위에 세워진 도시이기 때문이다. 힐은 “그런 곳들은 배수를 하면 가라앉을 것”이라고 말했다.

게다가 도시들이 그런 방안을 추구한다고 해도, 모두가 그런 계획을 실현할 수 있는 것은 아니다. 하와이대학교의 플레처는 “하루 종일 물을 빼내도 지하수면이 낮아지지 않을 수도 있다”고 설명했다.

지하수가 기공 또는 공간을 찾아서 흘러가는 물이라는 점을 떠올려보라. 마이애미 같은 일부 지역에서는 “기공들이 너무 커서 마치 바다 어귀에서 물을 끌어들이고 있는 것과 같다. 아무리 물을 퍼내도 바닷물이 계속 물이 유입되는 것”이라고 플레처는 설명했다.

계획을 세우는 사람들은 이 문제를 잘 모르는 경우가 많다. 2009년에 몰디브는 세계 최초로 수중 각료회의를 열어 미국같이 거대한 기후 오염국들이 기후변화에 아무런 대응도 하지 않으면서 지속시키고 있는 피해에 관심을 집중시키고자 했다. 그들이 전하려고 했던 메시지는 분명했다. ‘당신들이 우리를 바닷속에 가라앉히고 있다.’ 몰디브는 해수면 상승에 대응하면서 섬 공동체들을 훌루말레(Hulhumalé)라는 새로운 인공섬으로 통합하고 있다. 이 섬은 해수면 상승에 견딜 수 있게 설계됐지만, 이 프로젝트도 지하수면 상승은 고려하지 않았다.

플레처는 “그들은 해수면 상승에 지하수면 상승이 동반된다는 것을 이해하지 못했다”고 설명했다. 만약 해수면이 60cm쯤 상승한다면(어떤 이들은 빠르면 2040년이면 해수면이 그 정도 상승할 것으로 예측한다), 이 새로운 섬의 대부분 지역도 인간이 거주할 수 없는 습지가 될 것이다.

플레처가 이 사실을 프로젝트 설계자에게 설명했을 때, “그는 그저 말없이 나를 가만히 쳐다볼 뿐이었다. 내가 무슨 말을 하고 있는지 이해하지 못하는 것 같았다. 그들은 이 섬을 만드는 데 수십억 달러를 사용하면서도 높이를 충분히 더 높게 만들지 못했다”고 말했다.

기록의 침식

지하수위 상승을 실시간으로 계산하는 사람들을 볼 수 있는 곳이 적어도 한 군데 있기는 하다. 대서양에서 불과 몇 km 떨어진 피스카타콰 강둑 근처에 있는 뉴햄프셔주 포츠머스의 ‘스트로베리 뱅크 박물관(Strawbery Banke Museum)’이다. 오래된 도시를 보존한 야외 박물관인 이곳에 있는 건물들은 과거 300년 동안의 모습을 볼 수 있도록 보존되어 있지만, 우리는 이곳을 통해 미래도 엿볼 수 있다. 이곳에서 두 번째로 오래된 집을 포함해 구조물들 일부는 이미 아래쪽부터 물에 잠겨 있다.

지난 9월 박물관 투어에서 스트로베리 뱅크의 시설 및 환경 지속가능성 책임자 로드니 롤런드(Rodney D. Rowland)는 “우리는 지하수위를 거의 60cm 정도 상승시킨 엄청난 조류를 맞닥뜨리고 있고, 물이 지하까지 차오르는 것을 목격하기 시작했다”고 설명했다. 대부분의 성인은 일어설 수 없을 정도로 천장이 낮은 지하에 웅크리고 앉으면 과거 지하수 침수로 인한 물 자국을 쉽게 볼 수 있다.

이 박물관은 두 가지 접근법을 사용하고 있다. 첫 번째는 대중들을 교육하는 것이다. 롤런드는 “우리는 박물관 지하 공간에 센서가 달린 키오스크를 설치해 지하수의 움직임과 염도, 기온, 물의 높이를 추적할 예정이다. 그러면 방문객들이 자신들의 발밑에 물이 있다는 것을 알게 될 것”이라고 설명했다.

그리고 이곳은 이제 지하수위 상승에 대응하면서 건물을 보존할 방법을 찾아야 한다. 이 박물관 주택 가운데 한 곳에서 롤런드는 “우리는 여름에 쓰는 별채 주방을 철거하기로 했다”고 밝히면서, “여기에는 집주인이 여름철에 요리했던 난로가 아래에 있었다. 난로를 제거하고, 그곳에 화강암 블록을 채웠다”고 설명했다. 이런 작업을 한 이유는 오래된 난로가 지하에 들어오는 물을 끌어올려 건물 다른 곳에 전달할 수 있기 때문이다.

그는 “이제 굴뚝 나머지 부분은 보존되었다. 물이 그곳은 뚫고 들어올 수 없다. 그러나 우리는 역사의 한 조각을 잃었다. 이제 이것은 우리가 가능한 것들을 살리기 위해 많은 것들을 잃어야 하는 끊임없는 싸움이 될 것”이라고 밝혔다.

어떤 면에서 롤런드는 운이 좋다. 그가 살고 있는 뉴햄프셔주는 적어도 지하수위 상승의 위험성을 이해하고 계획을 세울 때 고려하고 있기 때문이다. 그러나 뉴햄프셔는 예외이다. 더 넓은 해안선을 가진 다른 많은 주들은 건물뿐만 아니라 생명이 위협받게 될 것이므로 앞으로 이 문제에 직면해야 할 것이다.

사울레나스는 더 높은 지대로 이주하려는 계획을 세우면서도 상황을 알리기 위해 노력하고 있다. 그녀는 이 문제에 관심을 집중시키기 위해 국회의원들, 내셔널 그리드, 언론에 편지를 썼다. 그녀는 “지하수는 내게 정말 중요하다. 내 삶에 깊이 영향을 줬을 뿐만 아니라 다른 수백만 사람들에게도 영향을 줄 것이기 때문이다. 그러나 누구도 이에 대해 대비하고 있지 않으며, 아무도 관심을 기울이지 않고 있다”고 호소했다.

Kendra Pierre-Louis는 김렛(Gimlet)/스포티파이(Spotify) 팟캐스트 ‘행성을 구하는 법(How to Save a Planet)’을 진행하는 수석 기후 리포터이다.

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