'우리의 달 탐사 계획': 과학자들이 화산을 뚫고 탐사하는 이유

아이슬란드는 세계에서 가장 화산 활동이 활발한 곳 중 하나입니다.

저는 세계에서 가장 화산 활동이 활발한 곳 중 하나인 아이슬란드 북동쪽, 크라플라 화산 근처에 있습니다.

조금 떨어진 곳에서 화산 분화구 호수의 가장자리를 볼 수 있고, 남쪽으로는 증기가 뿜어져 나오고 진흙 웅덩이가 끓어오르고 있습니다.

크라플라 화산은 지난 1,000년 동안 약 30번 분화했으며, 가장 최근에는 1980년대 중반에 분화했습니다.

Bjorn Guðmundsson이 나를 잔디 언덕으로 인도합니다. 그는 Krafla의 마그마를 뚫을 계획인 국제 과학자 팀을 운영하고 있습니다.

그는 "우리는 굴착할 지점에 서 있습니다."라고 말했습니다.

크라플라 마그마 시험대(KMT)의 목표는 마그마 또는 녹은 암석이 지하에서 어떻게 작용하는지에 대한 이해를 높이는 것입니다.

이러한 지식은 과학자들이 화산 폭발 위험을 예측하고 화산의 매우 뜨겁고 무한한 힘을 활용할 수 있게 해 지열 에너지의 새로운 지평을 여는 데 도움이 될 수 있습니다.

Bjorn Por Guðmundsson은 이 지점 아래의 마그마를 뚫을 계획을 세우는 팀을 이끕니다.

KMT 팀은 2027년부터 지하 2.1km(1.3마일) 깊이에 독특한 지하 마그마 관측소를 만들기 위해 두 개의 시추공 중 첫 번째 시추공의 시추 작업을 시작할 예정입니다.

"그것은 우리의 달 착륙과 같습니다. 많은 것을 바꿀 것입니다." 뮌헨의 루드빅스-막시밀리안 대학교의 화산학 교수이자 KMT 과학 위원회를 이끄는 얀 라벨의 말입니다.

화산 활동은 일반적으로 지진계와 같은 도구로 모니터링됩니다. 하지만 표면의 용암과 달리 지하의 마그마에 대해서는 잘 모릅니다.라고 라벨 교수는 설명합니다.

그는 "우리는 마그마를 계측하여 지구의 맥박을 실제로 들을 수 있기를 원합니다."라고 덧붙였습니다.

압력 및 온도 센서가 용융된 암석에 설치될 것입니다. "이것이 우리가 조사해야 할 두 가지 핵심 매개변수입니다. 마그마에 무슨 일이 일어나고 있는지 미리 알 수 있기 위해서요."라고 그는 말합니다.

전 세계적으로 약 8억 명이 위험한 활화산에서 100km 이내에 살고 있습니다. 연구자들은 그들의 연구가 생명과 돈을 구하는 데 도움이 되기를 바랍니다.

아이슬란드에는 활화산이 33개 있으며, 유라시아와 북아메리카 지각판이 갈라지는 균열대에 위치해 있습니다.

가장 최근에는 레이카네스 반도에서 8차례에 걸쳐 발생한 분화로 인해 인프라가 손상되었고 그린다비크 지역의 삶이 파괴되었습니다.

구드문드손 씨는 또한 2010년에 화산재 구름으로 인해 10만 건 이상의 항공편이 취소되어 30억 파운드(39억 5천만 달러)의 손실을 초래했던 에이야프얄라요쿨을 지적했습니다.

"만약 우리가 그 분화를 더 잘 예측할 수 있었다면, 많은 돈을 절약할 수 있었을 겁니다."라고 그는 말한다.

크라플라는 증기가 나는 연못과 진흙 웅덩이로 둘러싸여 있습니다.

KMT의 두 번째 시추공은 마그마의 극한 온도를 이용하는 차세대 지열 발전소를 위한 테스트베드를 개발할 예정입니다.

"마그마는 매우 에너지가 넘칩니다. 마그마는 지열 에너지로 이어지는 수열 시스템에 동력을 공급하는 열원입니다. 왜 그 근원으로 가지 않습니까?"라고 라벨 교수가 묻습니다.

아이슬란드 전기의 약 25%, 가정용 난방의 85%는 지열원에서 나옵니다. 지열원은 지하 깊은 곳에서 뜨거운 유체를 채취하여 증기를 만들고, 그 증기로 터빈을 돌려 전기를 생산합니다.

아래 계곡에는 크라플라 발전소가 있으며, 약 3만 가구에 온수와 전기를 공급합니다.

"계획은 마그마 바로 앞까지 구멍을 뚫고, 아마 조금 찔러보는 거야." 비야르니 팔손이 비꼬는 듯한 미소를 지으며 말했다.

"지열 자원은 마그마체 바로 위에 위치하고 있으며, 우리는 그것이 약 500-600C라고 생각합니다." 국가 전력 공급업체인 Landsvirkjun의 지열 개발 부문 전무이사인 Pálsson 씨가 말했습니다.

마그마는 땅속에서 찾아내기가 매우 어렵지만, 2009년 아이슬란드 엔지니어들이 우연히 발견했습니다.

그들은 4.5km 깊이의 시추공을 뚫고 매우 뜨거운 유체를 추출할 계획이었지만, 놀라울 정도로 얕은 마그마를 가로채면서 굴착이 갑자기 중단되었습니다.

"우리는 단 2.1km 깊이에서 마그마를 만날 것이라고는 전혀 예상하지 못했습니다."라고 Pálsson 씨가 말했습니다.

마그마를 만나는 일은 흔치 않은 일로, 케냐와 하와이 등지에서만 일어났습니다.

기록적인 452℃를 측정하는 과열 증기가 치솟았고, 챔버 내부 온도는 약 900℃로 추산되었습니다.

극적인 영상은 연기와 증기가 치솟는 모습을 보여줍니다. 극심한 열과 부식으로 결국 우물이 파괴되었습니다.

Pálsson 씨는 "이 우물은 이 지역의 평균 우물보다 약 10배 더 많은 [에너지]를 생산했습니다."라고 말했습니다.

그는 이 중 두 개만 있어도 발전소의 22개 우물과 같은 에너지를 공급할 수 있다고 지적합니다. "분명히 게임 체인저가 있습니다."

지열발전에 대한 수요가 엄청납니다

전 세계적으로 600개가 넘는 지열 발전소가 있으며, 24시간 저탄소 에너지에 대한 수요가 증가함에 따라 수백 개가 더 계획되어 있습니다. 이러한 우물은 일반적으로 약 2.5km 깊이이며 350°C 이하의 온도를 처리합니다.

여러 국가의 민간 기업과 연구팀도 깊이 5~15km에서 온도가 400°C를 넘는 초고온 암석이라 불리는 더욱 진보된 초심층 지열을 개발하기 위해 노력하고 있습니다.

그리피스 대학 학장이자 뉴질랜드 지열 연구소 전임 이사인 로잘린드 아처는 더 깊고 훨씬 더 뜨거운 열 저장소가 "성배"라고 말합니다.

그녀는 지열발전의 가장 큰 이점은 더 높은 에너지 밀도인데, 각 시추공은 표준 지열발전보다 5~10배 더 많은 전력을 생산할 수 있다고 설명합니다.

"뉴질랜드, 일본, 멕시코가 모두 찾고 있지만 KMT가 땅에 드릴 비트를 박는 데 가장 가까운 곳이에요." 그녀는 말한다. "쉽지 않고 시작하는 데 비용이 많이 들지도 않아요."

엔지니어들은 화산 주변에서 작업하기 위해 새로운 굴착 기술을 개발해야 합니다.

이러한 극한 환경에서 굴착하는 것은 기술적으로 어려울 수 있으며, 특수 재료가 필요합니다.

라벨 교수는 그것이 가능하다고 확신합니다. 그는 제트 엔진, 야금, 핵 산업에서도 극한의 온도가 발견된다고 말합니다.

아이슬란드 대학교 산업 및 기계 공학과 교수인 시그룬 난나 칼스도티르는 "우리는 새로운 소재와 더 부식에 강한 합금을 연구해야 합니다."라고 말했습니다.

실험실 안에서 그녀의 연구진은 극심한 열, 압력, 부식성 가스를 견딜 수 있는 재료를 테스트하고 있습니다. 지열 우물은 보통 탄소강으로 만들어지지만, 온도가 200°C를 넘으면 빠르게 강도가 떨어진다고 그녀는 설명합니다.

그녀는 "우리는 고급 니켈 합금과 티타늄 합금에도 집중하고 있습니다."라고 말했습니다.

화산 마그마에 구멍을 뚫는 것은 잠재적으로 위험한 일처럼 들리지만, 구드문드손 씨는 그렇지 않다고 생각합니다.

그는 "우리는 거대한 마그마 챔버에 바늘을 꽂는다고 해서 폭발 효과가 발생한다고 믿지 않습니다."라고 주장합니다.

“이 일은 2009년에 일어났고, 그들은 자신들이 알지도 못한 채 이전에도 이런 일을 했을 것이라는 사실을 알게 되었습니다. 우리는 그것이 안전하다고 믿습니다.”

Archer 교수는 지구를 뚫을 때 독성 가스나 지진을 일으키는 것과 같은 다른 위험도 고려해야 한다고 말합니다. "하지만 아이슬란드의 지질학적 환경은 그럴 가능성이 매우 낮습니다."

이 작업에는 수년이 걸리겠지만 첨단 예측과 엄청난 화산 힘을 가져올 수도 있습니다.

"저는 지열계 전체가 KMT 프로젝트를 주시하고 있다고 생각합니다." Archer 교수가 말했습니다. "잠재적으로 상당히 혁신적일 수 있습니다."