“보이지 않는 탄소폭탄”…지하수 고갈이 전 세계 온실가스를 늘린다

▲중국 안후이성 황산시 치먼현의 한 생태 시범 차밭에 설치된 스프링클러 관개 시스템을 보여준다. (사진=신화통신/연합뉴스)

지하수를 퍼 올리는 일이 단순한 물 부족 문제를 넘어 전 세계 온실가스를 늘리는 숨은 배출원이 될 수 있다는 연구 결과가 나왔다.

그동안 지하수 고갈은 농업용수 부족이나 식수 안보 차원에서 주로 논의돼 왔지만, 실제로는 땅속에 저장돼 있던 탄소를 대기 중으로 방출해 기후변화를 악화시키는 요인이라는 사실이 처음으로 전 지구 규모에서 확인된 것이다.

중국 톈진대학교 수리공학 지능형 건설·운영 국가중점실험실 연구팀은 이 같은 내용을 담은 논문을 최근 국제학술지 '네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)'에 발표했다.

연구팀은 논문에서 “지하수 고갈로 인한 탄소 배출은 지금까지 전 세계 탄소 예산 계산에서 간과한 중요한 배출원"이라고 밝혔다.

▲2000년부터 2020년까지 0.1° × 0.1° 격자에서 실제 측정 데이터를 기반으로 보정한 전 세계 지하수 이산화탄소 배출 분포 및 불확실성. a. 전 세계 지하수 중탄산염 농도 및 지하수 고갈 추세를 기반으로 계산한 총 이산화탄소 배출 강도의 공간 분포. b. 전 세계 지하수 고갈로 인한 이산화탄소 배출 강도의 불확실성 지도. (자료=Nature Communications, 2026)

◇연간 5,200만 톤…초원보다 많은 탄소 배출

연구팀에 따르면 지하수는 단순한 물 저장고가 아니라 거대한 탄소 저장소 역할도 한다.

대기 중 이산화탄소가 빗물과 함께 지하로 스며들면 높은 압력과 낮은 온도 환경에서 물속에 녹아 중탄산염(HCO₃⁻) 형태로 안정적으로 저장된다. 이는 자연적인 탄소 흡수 과정의 일부다.

문제는 인간이 지하수를 대량으로 퍼 올릴 때 발생한다. 지하수위가 낮아지면 압력이 떨어지고, '헨리의 법칙'에 따라 물속에 녹아 있던 이산화탄소가 기체 형태로 빠져나온다. 이를 '탈탄산(decarbonation)'이라고 한다. 헨리의 법칙은 일정한 온도에서 액체에 녹는 기체의 양은 그 기체가 액체에 가하는 압력에 비례한다는 법칙으로, 기체는 압력이 높을수록 더 많이 녹고 압력이 낮아질수록 빠져나온다는 것이다.

여기에 탄산칼슘이나 탄산마그네슘 같은 광물이 침전되는 과정에서도 추가 이산화탄소가 발생한다. 쉽게 말해, 뚜껑을 연 탄산음료에서 기포가 빠져나오듯 지하수가 빠져나갈 때 탄소도 함께 새어 나오는 셈이다.

연구팀은 2000년부터 2020년까지 전 세계 17만1000개 관측정 자료와 80개국 2만8902개의 지하수 수질 자료, 그리고 그레이스(GRACE) 위성 데이터를 결합해 분석했다.

그 결과 지하수 고갈로 인해 전 세계에서 매년 평균 5200만 톤의 이산화탄소가 대기 중으로 방출되는 것으로 추정됐다. 이는 전 세계 초원의 순탄소 배출량(약 3,500만 톤)을 웃도는 수준이고, 자연 화산가스 배출량과 비교해도 무시하기 어려운 규모다.

▲(자료=챗GPT 이미지)

◇중국·브라질·인도가 최대 배출국

국가별로는 중국(연 670만 톤), 브라질(660만 톤), 인도(580만 톤)이 가장 많은 배출량을 기록했다.

특히 중국 화북평원과 인도-갠지스 분지, 브라질 북동부 등 대규모 관개농업 지역이 대표적 '탄소 핫스팟'으로 꼽혔다. 이 지역들은 식량 생산을 위해 지하수를 집중적으로 퍼 올리면서 지하수위가 빠르게 낮아지고 있기 때문이다.

동아시아 전체도 적지 않은 배출 규모를 보였다. 연구팀 분석에 따르면 동아시아 지역의 지하수 고갈 유래 탄소 배출량은 연간 약 720만 톤에 달했다. 이는 세계 주요 권역 가운데서도 높은 수준이다.

특히 중국 북부의 화북평원은 동아시아 최대 배출 거점으로 지목됐다. 한반도 역시 동아시아 권역에 포함되지만, 논문은 한국만을 별도로 분리한 정량 수치는 제시되지 않았다. 다만 논문에 수록된 전 지구 배출 강도 지도에서는 한반도 일부 지역에서도 지하수 관련 탄소 방출이 나타나는 것으로 분석됐다.

이는 한국에도 시사점이 크다. 한국은 중국이나 인도처럼 대규모 지하수 관개국은 아니지만, 농촌 지역과 일부 산업단지에서 지하수 의존도가 높고, 기후변화로 가뭄 빈도가 증가하고 있다.

연구진은 지하수 사용량이 늘어날수록 동아시아 전체 탄소 배출 부담도 커질 수 있다고 경고했다.

▲미국 노스캐롤라이나주 한 농장의 지하수 관걔시설. (사진=AFP/연합뉴스)

◇“물 관리가 곧 탄소 관리"

이번 연구는 탄소 배출에 대한 우리의 생각을 바꾸게 한다. 온실가스는 공장 굴뚝과 자동차 배기관에서만 나오는 것이 아니라는 얘기다.

연구팀은 논문에서 “지하수 관리가 더 이상 물 안보만의 문제가 아니라 기후정책의 핵심 과제가 돼야 한다"고 강조했다. 지금까지는 지하수를 보존하는 이유가 물 부족 방지에 있었지만, 앞으로는 탄소 감축 전략의 하나로 접근해야 한다는 것이다.

연구팀은 지하수 재충전 확대, 농업용수 효율 개선, 지역별 모니터링 강화, 그리고 전 지구 탄소예산 모델에 지하수 항목을 포함하는 새로운 정책 틀이 필요하다고 제안했다.

강찬수 기후환경 전문기자 kcs25@ekn.kr