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오갈랄라 대수층

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목차

1. 개요

오갈랄라 대수층은 미오세 후기에서 플리오세 초기에 형성된 북아메리카 대평원의 거대한 대수층이다. 이 대수층은 로키 산맥의 침식으로 생긴 퇴적물로 채워졌으며, 깊이는 수 미터에서 300미터 이상으로 다양하다. 오갈랄라 대수층은 미국에서 가장 생산적인 농업 지역의 관개 농업에 중요한 역할을 하며, 과도한 지하수 사용으로 인해 수위가 지속적으로 감소하는 문제가 있다. 물 보존 노력에도 불구하고, 캔자스주 남서부와 텍사스주 팬핸들 지역에서는 수위 감소가 계속되고 있으며, 키스톤 XL 파이프라인 건설과 관련된 환경 문제 및 논란도 있었다.

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오갈랄라 대수층

2. 지질학적 특징

오갈랄라 대수층은 200만 년에서 600만 년 전, 미오세 후기에서 플리오세 초기에 걸쳐 형성되었다. 이 시기 로키 산맥의 침식으로 인해 발생한 충적 및 풍성 퇴적물이 고대 물길을 채우면서 현재 대수층 전체 지역을 덮는 오갈랄라 지층이 형성되었다.[8][9]

오갈랄라 지층의 깊이는 고대 지형에 따라 다르며, 고대 계곡과 물길을 채운 곳이 가장 깊다. 지층은 깊은 곳에서는 주로 조립질 퇴적암으로 구성되며, 위로 갈수록 미세한 입자의 물질로 구성된다.

함수 두께는 몇 피트에서 300m 이상까지 다양하며, 가장 깊은 곳은 300m이고 일반적으로 북부 평원에서 더 깊다.[10] 지하수면의 깊이는 북부에서 약 120m, 남부에서는 30m에서 60m 사이이다. 대수층의 현재 담수 재충전은 매우 느리게 일어나고 있으며, 공극 공간에 있는 물의 대부분은 고수(古水)이며, 최후 빙하기 이전, 혹은 더 이전 시대의 것이다.

오갈랄라 내의 지하수는 일반적으로 서쪽에서 동쪽으로 하루에 약 0.30m의 평균 속도로 흐른다. 수리 전도율은 하루 약 7.62m에서 약 91.44m 범위이다.[11]

3. 수자원 현황 및 관리

USGS는 2005년에 오갈랄라 대수층의 총 저수량이 약 2925000000acre.ft이라고 추정했다. 2000년에는 관개를 위해 약 26km3의 물이 대수층에서 취수되었다.[13] 1940년대 후반부터 대규모 지하수 펌핑이 시작된 이후, 하이 플레인스 대수층에서 과다 취수된 물의 양은 에 달하며, 이는 이리호 부피의 85%에 해당한다.[13]

오갈랄라 대수층은 미국 중서부 및 남서부 8개 주에 걸쳐 펼쳐져 있는 그레이트 플레인스에 위치한다. 이 지역은 스텝 기후로 인해 강수량이 적고 지표수가 부족하여 대수층의 지하수가 중요한 수도 및 농업 용수원으로 사용되고 있다. 대수층이 위치한 주는 다음과 같다.


  • 사우스다코타 주
  • 네브래스카 주
  • 와이오밍 주
  • 콜로라도 주
  • 캔자스 주
  • 오클라호마 주
  • 뉴멕시코 주
  • 텍사스 주


지하수면의 깊이는 지역에 따라 다르며, 북부에서는 120m, 남부에서는 30~60m 정도이다. 현재 대수층으로의 담수 함양 속도는 느려지고 있으며, 대수층에 존재하는 지하수의 대부분은 빙하기에 축적된 화석수로 여겨진다.

3. 1. 지하수 함양

오갈랄라 대수층의 지하수 재충전 속도는 여러 요인에 의해 제한된다. 대평원 지역은 반건조 기후로, 강수량이 적고 증발량이 많다. 게다가 바람이 강하고, 건조한 바람에 의해 지표수나 강수의 증발이 촉진된다.

많은 지역에서 대수층은 불포화대에서 사실상 불투수성인 얕은 칼리쉬 층으로 덮여 있다. 이는 육지 표면에서 대수층으로 재충전될 수 있는 물의 양을 제한한다. 탄산 칼슘을 주성분으로 하는 불투수층은 지표로부터 대수층으로 물이 유입되는 것을 막는다.

그러나 플라야 호의 토양은 칼리쉬로 덮여 있지 않아 이곳이 대수층이 재충전될 수 있는 몇 안 되는 지역 중 하나이다. 농부와 개발로 인한 플라야의 파괴는 재충전 가능한 면적을 감소시킨다. 칼리쉬의 만연은 토양 수분의 빠른 증발과 반건조 기후에 부분적으로 기인한다. 건조함은 증발량을 증가시키고, 이는 다시 토양의 칼리쉬 양을 증가시킨다. 이러한 두 메커니즘 모두 지하 수위에 도달하는 재충전 수의 양을 감소시킨다.[15]

대수층의 재충전은 텍사스와 뉴멕시코 일부 지역에서는 연간 약 0.06cm, 캔자스 남중부 지역에서는 연간 약 15.24cm이다.[15]

3. 2. 지하수 유출

오갈랄라 대수층의 지하수를 이용해 센터 피벗 방식으로 관개하는 캔자스 주의 농장. ASTER 위성 사진.


오갈랄라 대수층에서 지하수가 유출되는 가장 큰 요인은 관개 농업이다. 특히 센터 피벗 관개 방식이 도입되면서 대규모 농업이 가능해졌지만, 이는 지하수 고갈 문제를 야기했다.[20] 1950년 캔자스 주의 관개 경작지는 250acre였으나, 센터 피벗 관개 도입 이후 거의 의 토지가 관개되었다.[20] 텍사스 주 팬핸들 일부 지역에서는 지하수면이 고갈되기도 했다.[20]

USGS의 연구에 따르면, 1940년대 후반부터 하이 플레인스 대수층에서 과다 취수된 물의 양은 이리호 부피의 85%에 해당한다.[13]

지하수위는 추출 속도가 재충전 속도를 초과할 때 감소한다. 일부 지역에서는 최대 추출 시점에 지하수위가 연간 1.5m 이상 하락하기도 했다. 21세기에는 대수층의 중요성이 인식되면서 지역 및 국제 언론의 보도가 증가했다.[16][17][18][19]

물 보존 관행, 효율적인 관개 방법, 관개 면적 감소 등이 대수층 고갈 속도를 늦추는 데 도움이 되었지만, 캔자스 주 남서부와 텍사스 주 팬핸들 등 일부 지역에서는 여전히 수위가 하락하고 있다.

플랫 강과 같은 일부 강은 대수층의 수위보다 낮게 흘러 지하수 흐름(기저 유출)을 받아 대수층을 재충전하기보다는 지역 밖으로 운반한다.

3. 3. 지하수위 변화

USGS의 연구에 따르면, 오갈랄라 대수층의 지하수위는 관개로 인한 과도한 지하수 사용으로 인해 지속적으로 하락하고 있다. 1940년대 후반부터 주요 지하수 펌핑이 시작된 이후, 하이 플레인스 대수층에서의 과다 취수는 332acre.ft에 달했으며, 이는 이리호 부피의 85%에 해당한다.[13]

일부 지역에서는 최대 추출 시점에 지하수위가 연간 약 1.52m 이상 하락하는 것으로 측정되었다. 21세기에는 대수층의 중요성이 인식되면서 지역 및 국제 언론의 보도가 증가했다.[16][17][18][19]

물 보존 관행(계단식 농법 및 윤작), 보다 효율적인 관개 방법(센터 피벗 및 점적 관개) 및 관개 면적 감소는 대수층 고갈 속도를 늦추는 데 도움이 되었지만, 캔자스주 남서부와 텍사스주 팬핸들을 포함한 지역에서는 여전히 수위가 하락하고 있다. 반면 네브래스카주 동부 및 중부 일부, 텍사스주 러벅 남쪽 지역과 같은 다른 지역에서는 1980년 이후 수위가 상승했다.

2013년 ''뉴욕 타임스''는 60년간 센터 피벗 관개기를 사용한 집약적인 농업이 하이 플레인 대수층의 일부를 고갈시켰다고 보도했다.[20] 고갈된 대수층의 지하수를 대체하려면 수백 년에서 수천 년의 강우량이 필요할 것이다. 1950년 캔자스주에서는 관개 경작지가 250acre였으나, 센터 피벗 관개를 사용하면서 거의 3백만 에이커의 토지가 관개되었다.[20] 텍사스주 팬핸들 일부 지역에서는 지하수면이 고갈(탈수)되었다.[20]

제번스 역설의 예로, 2013년까지 물 소비 효율성이 개선됨에 따라 농부들은 물 소비를 줄이는 대신 더 집중적으로 작물을 심고, 더 많은 토지를 관개하며, 물을 더 많이 필요로 하는 작물을 재배하는 것을 선택했다.[20] 지하수 사용량을 줄이기 위해 처리된 재활용수를 관개에 사용하거나, 해바라기와 같이 물을 덜 필요로 하는 작물로 전환하는 방법이 제안되었다.[21]

플랫 강과 같은 여러 강은 대수층의 수위보다 낮게 흘러, 대수층을 재충전하기보다는 지역 밖으로 물을 운반한다. 오클라호마주 서부에 있는 4610만달러 규모의 옵티마 호수 댐은 대수층 수위 감소로 인해 비버 강의 흐름이 감소하면서 쓸모없게 되었다.[22]

2001년부터 2008년까지의 고갈량은 20세기 전체 누적 고갈량의 약 32%에 달한다.[23] 캔자스 주립 대학교의 매튜 샌더슨 교수는 농업 보조금 제도와 미국 세법이 물을 사용하는 기술에 대한 과도한 투자를 장려한다고 지적했다.[25]

4. 환경 문제 및 논란

오갈랄라 대수층의 고갈은 미국의 식량 생산과 경제에 심각한 영향을 미칠 수 있다는 우려가 제기되고 있다. 특히 물 효율성을 높이는 센터 피벗 관개기를 이용한 집약적인 농업은 제번스 역설을 초래하기도 한다.[20] 즉, 물 절약 기술이 발전했음에도 불구하고 농부들이 더 많은 물을 소비하는 작물을 재배하고 관개 면적을 늘리면서 전체 물 사용량이 오히려 증가하는 현상이 나타나고 있다.[20]

4. 1. 키스톤 XL 파이프라인 건설 논란

오갈랄라 대수층의 두께를 보여주는 지도, 그 위에 제안된 키스톤 XL 파이프라인 경로가 표시됨.


2008년, 트랜스캐나다사(TransCanada Corporation)는 앨버타의 애서배스카 오일 샌드에서 텍사스주 휴스턴 인근 정유소까지 석유를 수송하기 위해 키스톤 파이프라인(Keystone Pipeline) 건설을 제안했다.[30][31] 제안된 파이프라인 경로는 네브래스카 샌드힐스(Sandhills (Nebraska)) 동부를 통과하는데, 이에 대해 유출된 희석된 역청(diluted bitumen)에 의한 오갈랄라 대수층 오염 가능성이 제기되었다.[32][33]

파이프라인 업계는 원유 및 정제된 액체 탄화수소를 운반하는 수천 마일의 기존 파이프라인이 이미 오갈랄라 대수층 위를 지나고 있다고 반박했다.[34][35][36][37][38] 예를 들어 파이오니어 원유 파이프라인은 네브래스카를 동서로 가로지르며, 포니 익스프레스 파이프라인은 콜로라도, 네브래스카, 캔자스에서 오갈랄라 대수층을 가로지른다.[39]

미국 국무부는 1969년 국가 환경 정책법에 따라 환경 영향 평가를 실시했고, 이 프로젝트가 "부정적인 환경 영향"을 거의 위협하지 않는다고 결론지었다.[32][40] 그러나 이 보고서를 작성한 카드노 엔트릭스(Cardno Entrix)가 트랜스캐나다의 다른 프로젝트에도 참여한 이력이 있어 이해 상충 문제가 제기되기도 했다.[41]

버락 오바마 미국 대통령은 환경 검토를 이유로 2012년 1월 키스톤 XL 파이프라인 건설을 처음 거부했다.[43] 2014년 1월, 미국 국무부는 키스톤 파이프라인 ''키스톤 XL 프로젝트 최종 보충 환경 영향 평가서 요약''을 발표했는데, 유출 사고 발생 시 오갈랄라 대수층까지 약 370.03m 확산될 수 있으며, 용해된 성분은 약 320.04m 더 멀리 확산될 수 있다는 모델 결과를 제시했다.[44]

이후 도널드 트럼프 대통령이 2017년 1월 키스톤 XL 파이프라인 지지 행정 각서에 서명하며 건설이 재추진되는 듯했으나,[45] 2021년 1월 20일 조 바이든 대통령이 행정 명령[46]을 통해 TC 에너지사(TC Energy Corporation)에 부여된 키스톤 XL 파이프라인(4단계) 건설 허가를 취소했다.[47] 결국 2021년 6월 9일, TC 에너지는 키스톤 XL 파이프라인 계획을 포기했다.[48][49]

4. 2. 제번스 역설

센터 피벗 관개기를 이용한 집약적인 농업으로 인해 제번스 역설이 나타나고 있다.[20] 물 효율성이 개선되면서 농부들은 물 소비를 줄이는 대신 더 집중적으로 작물을 심고, 더 많은 토지를 관개하며, 물을 더 많이 필요로 하는 작물을 재배하게 되었다.[20] 이는 물 절약 기술의 발전이 오히려 물 사용량 증가를 초래하는 현상이다.

5. 보존 노력

텍사스주 북부 평원 지하수 보존 구역[50] 등 지역 단체들은 농부들에게 물 절약 기술 도입을 장려하고 있다. 2010년부터 텍사스주 아마릴로 북쪽 8개 카운티(무어, 댈럼 카운티 포함)를 관할하는 북부 평원 지하수 보존 구역에서는 연간 300000USD를 투입하여 물 보존 시범 사업을 진행해 왔다.[50] 이 사업을 통해 농부들은 밭 관개에 필요한 물의 절반보다 약간 더 적은 물로 옥수수를 재배하거나, 파종 시기를 늦추는 방식으로 물을 절약하고 있다.[50]

오갈랄라 커먼스[51][52][53]와 같은 비영리 단체는 대수층 보존을 위한 교육 및 지원 활동을 펼치고 있다. 이들은 지역 사회와 협력하여 오갈랄라 대수층과 주변 지역 보존을 위해 노력한다.[51][52][53]

2013년에는 11명의 농부가 보존 프로그램에 참여하여 물을 준 토양이 아닌 건조한 땅에 파종하거나, 식물 사이에 더 많은 공간을 남겨두는 방식으로 수분 유지를 돕고 있다.[50] 토양 센서를 통해 작물의 수분 수준에 대한 정확한 정보를 얻어 물 절약에 활용하기도 한다.[50]

미국 지질 조사국은 대수층의 수위가 유역의 다른 어떤 주보다 텍사스에서 더 많이 하락했다고 발표했다.[50] 농부들이 자신의 토지에서 요금 없이 대수층 물을 끌어올 수 있고, 천연 가스 연료 가격이 저렴하여 양수 비용이 적게 들기 때문이다.[50] 북부 평원 구역은 2005년에 처음으로 양수 제한을 설정하고 4년 후 규제를 강화하여 특정 우물에 계량기를 설치하도록 했다.[50] 그러나 작물 가격 상승으로 일부 농부들이 추가 밭을 심고 대수층 물 사용을 늘리는 경우도 발생하고 있다.[50]

이러한 상황에 대응하여 오갈랄라 대수층 상의 각 지역에서는 계단식 밭을 도입하거나, 번갈아 가며 휴경을 실시하거나, 관개에 센터 피벗 방식을 사용하거나, 관개 면적을 줄이는 등 물을 효율적으로 이용하기 위한 노력을 기울이고 있다.

참조

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