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핵폐기물 해상사고 후 5개월 한반도 전 해역은 방사능의 바다

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오늘, 우리나라 최초로 핵폐기물이 해상으로 수송된다. 이번은 울진에서 경주로 1,000드럼의 핵폐기물이 옮겨지지만 이번을 계기로 경북 울진, 경남 고리, 전남 영광에서 모두 8만 드럼이 넘는 핵폐기물이 바다로 수송될 예정이다.


핵폐기물은 방사성 물질이나 방사성 물질로 오염된 폐기물을 철제 드럼통에 담고 있는데 만약에 발생할 수 있는 해상사고가 발생하게 되면 바닷물은 방사성물질로 오염되고 오염된 바닷물이 해류를 타고 전 해역으로 퍼질 수 있다.


1997년 봄, 북한이 대만의 핵폐기물을 받아들이기로 했다는 소식이 알려지자 한국 전역은 떠들썩 했다. 대만은 6기의 핵발전소를 운영하면서 발생한 중저준위 핵폐기물을 1982년부터 본섬에서 65km 가량 떨어진 작은 섬 ‘란위섬’에 보관 중이었는데, 3000여명의 원주민들이 거주하는 곳이다. 핵폐기장 건설을 시작할 당시 대만정부에서는 원주민들의 반발을 살 것을 감안, 깡통공장이라고 속여 건설하기 시작했다. 하지만 허술한 핵폐기장 운영으로 인해 핵폐기물 드럼통이 부식되고 손상되면서 방사성 물질이 누출되었고, 이로 인한 암, 백혈병 환자가 증가하고 기형아가 발생하면서 깡통 공장이 다름 아닌 핵폐기장이라는 것이 밝혀지게 된다. 이는 대만에서 큰 문제가 되었고 섬 주민들은 핵폐기물을 란위섬에서 이동시킬 것을 주장했다. 대만 내에서 핵폐기물을 처리할 곳을 찾지 못하던 대만 정부는 1997년에 북한에 돈을 받고 핵폐기물을 팔기로 했던 것이다.


남한 전역은 이 문제로 떠들썩 했는데, 특히 핵폐기물이 바다로 운송될 때 만약에 발생할이지 모르는 해양 사고로 인한 바다 오염에 대한 우려가 컸다.


당시 한국해양연구소 해양물리연구부 수치모델연구그룹에 있던 남수용, 장경일 연구원은 ‘대만 핵폐기물 대 북한 해상운송사고 시 오염경로에 관한 연구’를 발표하면서 이 우려를 뒷받침했다.


핵폐기물 수송선은 2,000톤 이상이 쓰이는데, 2009년 1,000톤급 이상 배의 해상사고가 94건에 이르는데, 2008년에 비해 늘어난 수치다. 


 


다음은 당시 두 연구원이 환경운동연합 월간 잡지 ‘환경운동(함께사는 길의 전신)’에 기고한 글과 수치모델 결과다.


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원자력은 현대과학의 최대 산물의 하나로서 산업적 이용을 통해 일반대중에게 그 필요성이 인식되어 있지만 그 폐기물의 투기 및 처분문제는 모든 국가의 가장 큰 숙제중 하나이다. 더욱이 환경문제가 각국의 초미의 관심사가 된 오늘날 이러한 핵폐기물의 해양투기 및 해양수송은 국제적 문제로 대두되고 있다.


이는 해양환경 내에서 핵물질의 누출로 인한 오염의 심각성 때문이다. 대부분의 핵물질의 반감기는 100년 이상으로 핵물질에 의해 한번이라도 오염된 환경이 정상으로 돌아오는데는 수많은 시간이 걸린다는데 그 심각성이 더하다. 또한 만일 해양으로 핵물질이 유입된다면 이의 확산을 방지할 효과적인 방법은 전무한 상태이다.


일 예로 전지구인을 공포의 도가니로 몰아넣은 체르노빌 원전사고에 대한 피해규모 및 범위는 상상을 초월하였다. 체르노빌 사고 후 흑해에서 조사된 방사능물질 (Cs-137)의 해수표층에서의 농도는 사고전 보다 30배에 달하여 흑해 주변국들에게 심각한 문제로 대두되었다. 또한 영국의 아일랜드 해안의 위치한 셀라필드(Sellafield) 재처리소 공장에서 배출된 방사능물질 (137Cs)은 멕시코 만류를 타고 북극해까지 북상함이 밝혀짐으로서 그 피해범위가 전 세계 해양에 미칠 수 있음을 보였으며 또한 덴마크와 스웨덴 사이의 캐트멧 해협에 서식하는 갈조류에 농축된 것이 발견되어 해양생물체에 핵물질 축척에 의한 피해도 심각함을 보이고 있다.


항공기, 선박, 잠수함에 의한 핵물질의 운반도중 유실되는 사고는 지금까지 빈번히 발생하여 왔다. 미국이 항공기를 이용하여 핵탄두를 운반하다가 유실되거나 폭발한 사고는 1950년 이래로 12건에 달하며, 선박에 의해 핵물질을 운반하는 도중에 사고를 당하거나 유실한 경우도 프랑스, 일본, 미국, 영국에서 각각 1건씩 발생하였으며, 잠수함이나 해군선박의 사고는 수십 건에 달한다. 이와 같이 핵물질의 운반도중 예기치 못한 사고의 가능성은 항상 잠재되어 있다. 이와 같은 이유 때문에 1992년 말 일본 상선이 프랑스로부터 플루토늄 1.3t을 수송할 때 선박항로에 위치한 모든 국가에서 영해통과를 거절한 바도 있다.


 


사고 나면 동북아 해역 전체가 재앙에 빠져


대만 핵폐기물의 북한반입과 관련해 한국과 중국 등 주변 관련국들이 우려를 표명하는 이유 중 하나도 핵폐기물 운반도중 예기치 못한 사고에 의해 핵물질이 유출되었을 경우 우리나라 주변해역을 포함하는 광범위한 해역에 심각한 영향을 미칠 수 있는 가능성 때문이다. 미국등 선진국은 핵폐기물을 해양에 투기한다는 전제하에 각종 안전장치를 갖추었음에도 불구하고 20년 이상 지나면 방사능폐기물을 담고 있는 용기가 부식돼 방사능 물질이 누출되는 것이 연구결과로 발표되기도 하였다. 이러한 누출된 핵물질은 해저면에 퇴적되거나 해양생물체에 축적되어 해양환경을 오염시키며, 더 나아가 오염된 어패류를 섭취하는 국민들의 건강에 심각한 영향을 미치게 된다. 비록 해양으로 유입된 핵물질의 확산을 방지할 효과적인 방법이 현재로서는 없지만, 사고에 의해 누출된 핵물질이 해양내부에서 해양의 운동에 의해 얼마만한 시간에 어디까지 영향을 미치는가를 예측하는 것은 해양환경 문제에 대한 대처방안을 수립하는 데에 매우 필요하다. 이러한 오염경로 및 범위의 예측은 우리나라 주변해역의 해수순환 특성을 얼마나 잘 이해하고 있는가에 달려 있다.


해양은 해표면에서 바람, 강수, 증발 등의 기상조건과 조석, 하천수의 유입 등 외적인 작용에 의해 끊임없이 움직인다. 해양의 운동은 여러 가지로 구분이 가능하지만 크게 천체의 운동에 기인하는 조류와 기타 요인에 의한 해류로 구분할 수 있다. 조류는 약 6시간 내지 12시간 주기로 방향이 바뀌는 반면에 해류는 수일-수개월에 걸쳐 일정한 방향으로 움직이므로 오염물질을 비롯한 모든 해양내부의 물질을 장기간에 걸쳐 이동-확산시키는 주된 역할을 한다. 이러한 해양의 운동을 파악하는 방법은 해류계 등을 이용한 관측과 수치모델의 이용을 들 수 있다.


수치모델이란 해양운동을 지배하는 수학적 방정식을 수치적인 방법에 의해 구하는 기법으로서, 대상해역을 공간적인 격자망으로 구성하고 각 격자에서 해양의 운동을 지배하는 일련의 방정식의 답을 특정한 경우에 대한 초기조건 및 경계조건을 부과하여 컴퓨터를 이용하여 구하는 방법을 일컫는다. 이러한 수치모델은 선진국에서는 광범위한 목적에 활발하게 이용되는 반면에 국내에서의 이용은 그렇게 활발치 못한 편이다. 해양관측을 통한 해양운동의 파악은 많은 관측선, 관측장비, 인원을 필요로 하며 또한 경제적인 문제등 현실적인 한계로 인해 국지적인 해역의 해양운동을 파악하는 것에 반해 수치모델은 경제적이며 보다 쉽게 전체 해역의 운동을 파악할 수 있는 장점이 있다. 그러나 이러한 수치적인 방법으로 구한 해양운동은 직접 관측한 자료와의 검증이 이루어져야 함으로 어느 한 방법만을 독자적으로 이용하는 것은 오류를 범할 수 있다.


신문보도에 발표된 대만 핵폐기물 예상수송로 (그림 1)를 살펴보면 우리나라의 대한해협이나 일본의 쓰가루해협을 통과하는 수송로는 모두 좁은 해협을 통과하기 때문에 인접국의 반대에 부딪칠 경우 통과할 수 있는 가능성이 적으며, 가장 가능성이 있는 수송로는 동중국해와 황해를 걸쳐 북한 남포항에 이르는 수송로이다. 동중국해와 황해는 봄에서 가을동안 일년에 수차례에 걸쳐 태풍이 통과하는 해역으로 빈번한 해난사고의 위험이 있다. 동중국해는 대양해류인 남쪽의 쿠로시오로부터 고온고염의 해수가 우리나라 주변해역으로 공급되는 길목에 위치한 해역으로 해류 및 조류의 세기가 수십 cm/sec에 달하며, 황해는 해류의 크기가 수 cm/sec정도에 불과하지만 조류는 최대 약 200cm/sec 정도로 강한 해역이다. 그러나 해류가 수 cm/sec 정도라도 이러한 속도로 해수 중 물질이 수개월동안 이동한다면 수백 km를 이동할 수 있는 크기이므로 해류의 크기와 방향이 해수 중 오염물질의 이동에 중요한 역할을 한다. 반면에 황해와 동중국해의 조류는 약 6시간 주기로 방향이 바뀌므로 순간적인 세기는 크지만 장기간에 걸친 물질의 이동에 있어서는 해류보다 그 중요성이 덜하다.
 





그림 1. 대만 핵폐기물 해상운송 예상경로




한국해양연구소 해양물리연구부의 수치모델 연구그룹에서는 대만으로부터 북한의 평산까지 핵폐기물 운송 도중 해상사고 발생했을 때, 해양에 유입된 핵폐기물이 한국주변 해역에 어떠한 영향을 미치는 가를 평가하기 위해 수치모델을 이용한 폐기물 이동-확산 실험을 수행하였다. 수치모델의 대상해역은 한국 주변해역 및 북서태평양 일부를 포함하며, 수치모델의 가동을 위해 사용된 입력자료는 약 30년동안 축적된 자료를 바탕으로 작성된 계절별 평균 바람과 평균 수온, 염분분포이다. 수치모델에 이러한 자료를 입력자료로 할 경우 첫단계로 모든 격자점에서 수심에 따른 해류 및 수온과 염분을 계산할 수 있으며 이때 모델에 의해 구현되는 해양운동은 평균적인 계절별 양상을 보여주게 된다.


두 번째 단계에서는 대만 핵폐기물 운송 경로를 동중국해와 황해를 거쳐 북한의 남포항으로 가정하고 운송도중 제주도 남서방 해역이나 황해 중부해역에서 폐기물 운반도중 사고가 났을 경우 가상오염원 실험을 통해 사고해역 주변의 평균해류장에 의한 폐기물의 이동-확산을 검토하였다. 해양에 유입된 핵물질은 유영능력이 있는 어류체내에 축적되어 해류에 의한 이동보다 빠른 시간 내에 넓은 영역에 걸쳐 영향이 미칠 가능성도 배제할 수 없으나, 이러한 영향을 무시할 경우 오염물질의 단기간에 걸친 이동-확산 특성은 주로 해류에 의해 결정된다고 볼 수 있다. 가상오염원 실험에서는 오염원을 7월에 투하하여 약 5개월간 평균해류에 의한 오염물질의 이동-확산을 수치적으로 계산하였다. 여기서 투하시점을 7월로 정한 것은 대만 핵폐기물 수송이 7월부터 시작될 것이라는 신문보도에 근거한 것이다. 황해의 평균적인 해수순환은 시계방향으로 중국연안을 따라 북향 또는 북동향류가 우세하며 우리나라 서해안을 따라 남향하는 흐름의 양상을 보인다. 동중국해 및 우리나라 남해의 평균적인 해류방향은 황해나 동해로 유입되는 방향인 북동 내지 동쪽방향이다 (그림 2).



그림 2. 해양순환을 위한 수치모델을 이용하여 계산된 동중국해와 황해의 연평균 해류분포도




가상적으로 해양에 유입된 폐기물의 시간에 따른 이동-확산 분포는 이와 같은 평균해류에 의해 결정됨을 잘 보여주고 있는데 제주도 남서해역에서 사고를 가정한 결과(그림 3)에 의하면 핵폐기물에 의한 오염물질이 약 2개월이 경과하면 황해 일부와 남해에 영향을 미치며, 3개월 후에는 벌써 일본 북서연안 및 한국 동해안에 영향을 미치기 시작하여, 5개월 후에는 황해전역과 동해의 남부 전 해역이 영향권에 속하게 된다. 황해중부해역에서 사고를 가정한 실험 결과(그림 4)에 의하면 시간이 경과함에 따라 오염물질은 남하하여 2개월 후에는 제주도 부근에서 남해안으로 유입되며, 5개월이 경과하면 오염물질이 동해 남부해역 및 일본북부연안에 이르게 된다. 북한 남포항 부근에서 사고가 발생할 경우 (그림 5) 대부분의 오염물질은 점차 남하하여 5개월 후에는 황해전역에 분포하는 양상을 보인다.




그림 4. 황해 중부해역에서 운송선박의 사고발생 시 수치모델을 이용하여 계산된 해양내부로 유출된 핵물질의 시간에 따른 분포특성




이와 같이 핵폐기물 운송 예상경로상에서 사고가 발생할 경우 평균해류분포에 의한 오염물질의 이동-확산 양상은 약 5개월 후에 황해전역 및 남해와 동해에도 영향을 미칠 수 있음을 암시하고 있다. 이러한 실험결과는 확산범위를 결정하는 확산계수를 해양에서 일반적으로 사용하는 값을 사용했고 해류계산을 위해 사용된 입력자료가 수십년간 평균된 자료이므로, 실제 사고발생 시점을 기준으로 당시의 입력자료를 이용하여 예측한 결과와 차이를 보일 수 있지만 전체적인 경향은 유사하리라 생각된다.


 


전 해역의 해양순환 수치모델 정립 필요


해양환경 오염문제는 다각적인 측면에서 대비책과 대처방안이 모색되어야 하며, 오염물질의 이동-확산 예측은 제반 대처방안에 대한 기본틀을 제공한다는 관점에서 중요할 뿐만 아니라 그 자체로서 해양오염에 대한 대비책 마련에 필수적이다. 해양순환을 구하기 위한 수치모델은 위의 예에서 보여준 것과 같이 핵물질 뿐만 아니라 적조 및 유출유 등 해양에 유입된 오염물질에 대한 대비책 마련과 해양방위를 위한 기초자료 및 난치어의 이동-확산 예측을 통한 수산자원의 효율적인 관리방안 수립 등 다양한 용도에 유용하게 이용될 수 있다.


우리나라 주변해역에서 빈번히 발생하는 제반 해양오염문제에 대비하기 위해서는 우리나라 전 해역을 대상으로 해양순환을 위한 수치모델의 정립이 조속히 요구되고 있다. 즉 해양에 유입된 오염물질의 이동-확산을 예측하기 위해서는 해역별 해양특성에 맞는 확산계수와 정도 높은 해양순환을 구하기 위한 수치모델의 정립이 필수적이다. 해양순환을 위한 수치모델의 정확도는 모델격자의 공간적인 해상도 및 입력자료 (해상풍, 해수면 온도 및 염분, 개방경계에서 수온, 염분 및 해류분포 등)의 질에 의해 결정되므로, 이러한 해양자료의 질을 향상시키기 위한 노력이 경주되야 함과 아울러 인공위성 자료 동화등 첨단 과학적 기법에 대한 연구가 꾸준히 이루어져야 한다. 또한 주요해역에서의 장기적인 해상기상과 해황(海況)모니터링이 요구된다.


 


그림 5. 북한 남포항 부근해역에서 운송선박의 사고발생 시 수치모델을 이용하여 계산된 해양내부로 유출된 핵물질의 시간에 따른 분포특성


 

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