2022년 1월 15일 발생한 통가 화산 폭발 때는, 인공위성이 사상 처음으로 화산재의 연기가 중간권까지 도달하는 모습이 포착됐다. 중간권은, 지구 대기 아래에서 세 번째에 해당하는 층으로 성층권과 열권 사이에 위치한다.
미국 항공우주국(NASA)에 따르면, 통가 분화는, 인공위성에 의한 지구 고나측 개시 이후 일어난 것으로는 과거 최대였다고 한다. 태평양에 위치한 이 화산은, TNT 화약 10메가톤 상당의 위력으로 연기를 하늘로 내뿜었는데, 이 때, 2기의 기상위성이 상공을 지나가고 있었다.
그 위성(미국 해양대기청(NOAA)의 "GOES-17"과, 일본 기상위성 "해바라기 8호")은 약 13시간에 걸쳐 10분마다 분화를 적외선으로 포착했다.
NASA 과학자들의 화상 분석 결과, 첫 폭발로 분출된 화산재는 높이 36마일(약 58km)에 달해, 중간권에 돌입한 것으로 밝혀졌다. 중간권은 지구에 떨어진 운석이 불에타고, 밤하늘을 가로지르는 별똥별이 되는 곳이다.
연기가 그 정도의 높이에 도달하기까지 약 30분이 소요되었고, 이후 제2의 연기가 높이 31마일(50km)넘어까지 치솟았다. 모두 아래 위성영상에서는 노란색으로 표시되어 있다. 연기의 상부는 가스로 바뀌어, 거의 직후에 소산했다. 이는 중간권이 건조한 상태에 있기 때문이다.
이 격렬함은 과거에 연구했던 어떤 폭풍구름보다 훨씬 뛰어넘었다.
폭풍우를 전문으로 하는 NASA의 대기과학자 인 크리스토퍼 베카 씨는, 2월 16일 성명에서 이렇게 말했다.
"운 좋게도 최신 세대의 정지위성으로 세밀하게 관측할 수 있었다. 그 진화를 분석하기 위해 이 데이터를 혁신적인 방법으로 사용할 수 있다"
NASA에 따르면, 이 분화가 일어나기 전까지, 인공위성이 포착한 사상 최대의 분연은, 1991년 피나투보 화산 폭발 때의 것이었다고 한다. 이때의 분연(연기)은 필리핀 상공 22마일(35km)까지 도달해 성층권을 깊숙이 파고들었지만, 중간권에는 도달하지 못했다.
■ 천둥 연구가, 통가 분화 추적에 기여
통가 화산은, 과거에는 완전히 바다에 가라 앉아있었다. 과학자들의 관심을 끈 것은, 2014년과 2015년 해저가 융기하면서 소규모 분화가 일어났을 때의 일이다. 이 융기로 원래 있던 두 섬인 흥가통가 섬과 흥가하 아파이 섬 대부분이 날아갔다.
이 섬은 무인이었지만 폭발과 이로 인해 발생한 쓰나미는 사람이 살고 있는 인근 섬의 주택과 배, 어장을 파괴하고 통가를 인터넷에 연결하던 해저케이블을 절단했다. 분화를 직접적인 원인으로 보는 사망자는 3명이었다. 이번 폭발로 생긴 손해는 9040만 달러에 이르는 것으로 세계은행은 추산했다. 이는 통가 GDP의 20%에 해당한다.
베카 씨를 비롯한 NASA 연구자들은, 첫 폭발로 생긴 연기를 측량하기 위해 2개의 인공위성이 포착한 영상을 이용했다. 인간의 뇌가 두 개의 눈을 사용하고 있는 것과 같은 구조다. 각각의 위성의 화상과 그 화상이 촬영된 각도의 차이를 알고리즘을 통해 비교하여, 연기의 3D 프로필을 구축. 이 기술은 성층권에서 생기는 격렬한 뇌운을 연구하기 위해 개발된 것이다.
"화산의 열과 바다에서 오는 수증기라는 조합이, 이 분화를 전례없이 만들었다. 엄청난 뇌운을 낳는 거대한 연료와 같다"라고 베카 씨는 코멘트.
"과거에 관측된 어떤 뇌운과 비교해도, 이번의 연기는 그 2.5배 높이에 달했다. 이번 폭발에는 믿을 수 없을 만큼 많은 번개도 발생했다"
핀란드 기업 바이사라(Vaisala)가 운영하는 글로벌 천둥 감지 네트워크에 따르면, 이 폭발로 6시간 만에 40만 회에 이르는 번개가 발생...
"그런 점에서 이 폭발은 기상 관점에서도 큰 의미가 있다"고 베카 씨는 덧붙였다.
