화산 가스

3. 비폭발성 화산 가스 방출

화산 가스는 균열을 통한 대류 또는 투과성이 높은 넓은 지역의 확산 탈기 작용을 통해 확산 탈기 구조(DDS)로 방출될 수 있다. 대류 가스 손실이 발생하는 곳에서는 황과 희귀 광물의 침전으로 황 퇴적물과 푸마롤이라고 불리는 작은 황 굴뚝이 형성된다.^[7] 매우 낮은 온도(100 °C 미만)의 푸마롤 구조는 솔파타라라고도 한다. 주로 이산화탄소의 저온 탈기가 일어나는 곳은 모페트라고 한다. 화산의 온천은 종종 용해된 형태로 측정 가능한 양의 마그마 가스를 보인다.

4. 대기 중 화산 가스 배출

오늘날 대기 중으로의 화산 가스 배출은 분출성과 비분출성으로 분류할 수 있다. 모든 화산 가스 종이 대기 중으로 배출되지만, 이산화 탄소(온실 가스)와 이산화 황의 배출이 가장 많이 연구되었다.

오랫동안 분출이 수동적 탈가스 작용보다 훨씬 적은 총 이산화 황 배출량에 기여한다는 사실이 알려져 왔다.^[8][9] Fischer 외 (2019)는 2005년부터 2015년까지 분출 중 이산화 황 배출량이 연간 2.6Tg으로 추정했고,^[10] 수동적 탈가스 작용의 비분출 기간 동안에는 연간 23.2 ± 2Tg으로 추정했다.^[10] 같은 기간 동안 화산 분출 중 화산에서 발생하는 이산화 탄소 배출량은 연간 1.8 ± 0.9 Tg으로 추정되었고,^[10] 비분출 활동 중에는 연간 51.3 ± 5.7 Tg으로 추정되었다.^[10] 따라서 화산 분출 중 이산화 탄소 배출량은 비분출 화산 활동 중 방출되는 이산화 탄소 배출량의 10% 미만이다.

1991년 피나투보산 분화(VEI 6)는 총 18 ± 4 Tg의 이산화 황을 방출했다.^[11] 이러한 대규모 VEI 6 분화는 드물게 발생하며, 50~100년에 한 번 발생한다. 2010년 에이야퍄들라요쿨 분화(VEI 4)는 총 5.1 Tg의 이산화 탄소를 배출했다.^[12] VEI 4 분화는 연간 약 1회 발생한다.

비교를 위해 Le Quéré, C. 외는 2006년부터 2015년까지 인간의 화석 연료 연소와 시멘트 생산으로 연간 9.3 Gt의 탄소를 처리하여 연간 최대 34.1 Gt의 CO2를 생성한다고 추정했다.^[13]

일부 최근의 화산 CO₂ 배출량 추정치는 Fischer 외(2019)보다 높다.^[10] Burton 외(2013)의 연간 540 Tg CO₂^[14]와 Werner 외(2019)의 연간 220~300 Tg CO₂^[12] 추정치는 화산 지역의 확산된 CO₂ 배출량을 고려한 것이다.

5. 감지, 채취 및 측정

화산 가스 성분은 화산 내부 마그마의 움직임에 따라 달라지기 때문에, 가스 성분의 갑작스러운 변화는 화산 활동 변화를 예측하는 신호가 된다. 따라서 화산 가스 배출량을 정기적으로 측정하는 것은 화산 위험 감시에 매우 중요하다.^[16]

화산 가스는 현장에서 직접 감지하거나, 추가 분석을 위해 샘플을 채취할 수 있다. 화산 가스 감지 방법은 다음과 같다.

• 전기화학 센서 및 유동형 적외선 분광 가스 셀을 이용한 가스 내부 측정
• 지상 또는 항공 기반 원격 분광법을 이용한 가스 외부 측정 (예: 상관 분광법(COSPEC), 차등 광학 흡수 분광법(DOAS), 푸리에 변환 적외선 분광법(FTIR))

• 로베르트 분젠이 처음 사용하고 베르너 기겐바흐가 개선한 '기겐바흐 병' 사용: 부식성 용액이 들어 있는 진공 플라스크를 이용한다.
• 진공 상태의 빈 용기 사용
• 유동형 유리 튜브 사용
• 가스 세척 병(극저온 스크러버) 사용
• 함침된 필터 팩 사용
• 고체 흡착 튜브 사용

• 열전도도 감지(TCD), 불꽃 이온화 검출(FID), 질량 분석법(GC-MS)을 이용한 가스 크로마토그래피
• 용해된 CO₂에 대한 산성도 적정법
• 황산염, 염화물, 플루오린화물에 대한 이온 크로마토그래피
• 미량 금속, 미량 유기물, 동위 원소 조성은 다양한 질량 분석법으로 측정

6. 화산 가스 모니터링

화산 가스의 특정 성분은 깊이에서의 변화하는 조건을 매우 초기에 나타낼 수 있으며, 임박한 불안정을 예측하는 강력한 도구가 된다. 지진 활동 및 변형에 대한 모니터링 데이터와 함께 사용하면 상관 관계 모니터링의 효율성이 크게 향상된다. 화산 가스 모니터링은 모든 화산 관측소의 표준 도구이다. 가장 정확한 성분 데이터는 여전히 위험한 현장 샘플링 캠페인이 필요하다. 그러나 원격 감지 기술은 1990년대에 엄청나게 발전했다. 심층 지구 탄소 탈가스 프로젝트는 Multi-GAS 원격 감지를 사용하여 9개의 화산을 지속적으로 모니터링하고 있다.

7. 위험성

화산 가스는 직접적인 사망 원인이 될 수 있는데, 1900년에서 1986년 사이에 발생한 화산 관련 사망자 중 약 3%가 화산 가스 때문이었다.^[4] 화산 가스는 산성 부식이나 질식을 유발할 수 있다. 이산화 황, 염화 수소, 황화 수소, 불화 수소 등은 대기 입자와 반응하여 에어로졸을 형성하기도 한다.^[4]

화산 가스는 고온으로 인해 주변 생태계에 큰 영향을 미치며, 이를 흡입한 동물이나 인간이 즉사하는 경우도 드물지 않다. 또한, 공기보다 밀도가 높아 움푹 들어간 곳에 쌓이기 쉬우므로, 중독을 알아차리지 못하고 사망하는 경우도 있다.

다음은 화산 가스로 인해 발생한 주요 사고 사례이다.

8. 대한민국 및 주변국의 화산 가스 피해 사례

대한민국은 활화산이 없어 화산 가스로 인한 직접적인 피해는 보고되지 않았지만, 백두산 분화 가능성에 대한 우려가 존재한다. 일본에서는 다음과 같은 화산 가스 피해 사례가 보고되었다.

9. 대응

화산 가스 농도 등을 고려하여, 지방 자치 단체 등이 통행 규제·등산 규제·입장 규제를 실시한다.^[25][26]
구출이 필요한 경우

• 사용하는 도구는 물, 손수건이나 수건 등의 천, 로프이다.
• 이중 조난을 방지하기 위해 침착하게 행동한다. 물에 적신 수건 등을 입에 대고, 신속하게 구조자에게 로프를 묶는다. 가스의 영향이 없는 높은 곳으로 돌아가 끌어올린다. 필요에 따라 심폐 소생술 등을 실시한다. 보온이나 흔들어 깨우는 등으로 의식을 회복시킨다. 의식 회복 후에는 수분을 공급하고, 눈의 이상을 호소하면 세안시킨다. 필요하다면 의사의 도움을 요청한다.^[27]

참조

_[1] 논문 Mercury as a proxy for volcanic emissions in the geologic record 2019-09
_[2] 논문 Volcanogenic Halocarbons 2000-02-04
_[3] 논문 Spatial Distribution of Halogen Oxides in the Plume of Mount Pagan Volcano, Mariana Islands 2018-09-17
_[4] 서적 Encyclopedia of Volcanoes Academic Press 2000
_[5] 논문 Degassing processes during lava dome growth: Insights from Santiaguito lava dome, Guatemala 2011
_[6] 논문 Strain field analysis on Montserrat (W.I.) as a tool for assessing permeable flow paths in the magmatic system of Soufrière Hills Volcano 2014
_[7] 논문 Crustal CO2 liberation during the 2006 eruption and earthquake events at Merapi volcano, Indonesia https://agupubs.onli[...] 2012
_[8] 논문 The contribution of volcanoes to the global atmospheric sulfur budget http://doi.wiley.com[...] 1983
_[9] 논문 A time-averaged inventory of subaerial volcanic sulfur emissions 1998-10-20
_[10] 논문 The emissions of CO₂ and other volatiles from the world's subaerial volcanoes 2019
_[11] 논문 Re-evaluation of SO₂ release of the 15 June 1991 Pinatubo eruption using ultraviolet and infrared satellite sensors 2004
_[12] 간행물 Carbon Dioxide Emissions from Subaerial Volcanic Regions Cambridge University Press 2019-10-31
_[13] 논문 Global Carbon Budget 2016 https://essd.coperni[...] 2016-11-14
_[14] 간행물 11. Deep Carbon Emissions from Volcanoes http://dx.doi.org/10[...] De Gruyter 2020-09-10
_[15] 서적 Volcanoes and History Brigati 1998
_[16] 논문 Magmatic Gas Composition Reveals the Source Depth of Slug-Driven Strombolian Explosive Activity 2007
_[17] 논문 Chemical mapping of a fumarolic field: La Fossa Crater, Vulcano Island (Aeolian Islands, Italy) 2005
_[18] 웹사이트 Volcanic Gases http://www.geo.mtu.e[...]
_[19] 웹사이트 Component Of Volcanic Gas May Have Played A Significant Role In The Origins Of Life On Earth http://www.scienceda[...]
_[20] 문서 Volcanic Gases and Their Effects USGS
_[21] 웹사이트 火山ガスとエアロゾルの概要 https://web.archive.[...]
_[22] 뉴스 登山の女高生、集団ガス中毒 噴気の硫化水素を吸う 2人死亡し2人重体 朝日新聞 1976-08-03
_[23] 웹사이트 八甲田山 https://www.data.jma[...] 気象庁
_[24] 뉴스 火山ガスか、タケノコ採りの中２女子死亡…青森 https://web.archive.[...] 2010-06-20
_[25] 웹사이트 栗駒山の登山道規制 ９月上旬から一部解除 火山ガス濃度低下｜NHK 岩手県のニュース https://web.archive.[...] NHK 2022-08-24
_[26] 웹사이트 吾妻山に登山や観光で訪れる皆様へ - 福島県ホームページ https://www.pref.fuk[...] 2022-08-24
_[27] 간행물 火山ガス事故防止のために https://www.env.go.j[...] 環境庁自然保護局