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[2024] [해외연구보고서] “기후변화로 2099년까지 얕은층 지하수 온도, 최대 3.5℃까지 상승 예상”
이름 관리자 waterindustry@hanmail.net 작성일 2024.06.10 조회수 515
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[해외연구보고서] “기후변화로 2099년까지 얕은층 지하수 온도, 최대 3.5℃까지 상승 예상”


영국 뉴캐슬대·호주 찰스다윈대 연구팀, 세계 최초 ‘글로벌 지하수 온도 모델’ 개발하여 조사

러시아 중부·중국 북부·호주·북미 일부 지역 및 아마존 열대우림 지하수 온도 상승 예상

연구논문 『네이처 지오사이언스 저널』최근호에 게재


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영국 뉴캐슬대학교(Newcastle University)의 가브리엘 라우(Gabriel Rau) 박사는 호주의 찰스다윈대학교(CDU)의 딜런 어바인(Dylan Irvine) 박사 등과 함께 캐나다, 독일, 오스트리아의 동료들과 협력하여 기후변화로 인한 진행 중인 얕은 지하수 온난화의 장기적인 영향을 밝히는 것을 목표로 하는 모델을 개발했다. [사진출처(Photo source) = 뉴캐슬대학교(Newcastle University)]


세계 최초의 ‘글로벌 지하수 온도 모델(global groundwater temperature model)’에 따르면, 얕은층의 지하수(10∼20m)는 금세기 말인 2099년까지 평균 2.1℃∼3.5℃ 상승할 것으로 예상된다.


영국 뉴캐슬대학교(Newcastle University)의 가브리엘 라우(Gabriel Rau) 박사와 호주 찰스다윈대학교(Charles Darwin University, CDU)의 딜런 어바인(Dylan Irvine) 박사는 캐나다, 독일, 오스트리아의 연구원들과 협력하여 기후변화로 인한 진행 중인 얕은 지하수 온난화의 장기적인 영향을 밝히는 것을 목표로 하는 모델을 개발했다.


이 모델은 가장 높은 온난화 속도가 러시아 중부, 중국 북부 및 북미 일부 지역과 아마존 열대 우림에서 나타날 것으로 예상되며, 호주 지하수 온도도 상승할 것으로 예상했다.


CDU(찰스다윈대학교)의 환경 및 생태계연구소의 어바인(Irvine) 박사는 “지하수 온도 상승이 우려의 원인이 될 수 있다”라면서 “지하수는 암석과 토양의 공극 속 지구 표면 아래에 존재하는 물로, 지하수는 지구상의 생명체에게 매우 중요하다”고 강조했다.


어바인 박사는 이어 “지하수 온도는 생태계, 수생 과정, 수질에 영향을 미칠 수 있다. 지하수 온도가 높아지면, 안타깝게도 온도에 민감한 많은 지하수 의존 생태계들이 위협을 받을 수 있다”고 덧붙였다.


어바인 박사는 또한 “기후변화에 대한 많은 관심이 기상현상과 물의 가용성과 관련이 있는 것은 당연하지만, 우리는 기후변화가 지하수에 미칠 영향에 대해 더 폭넓게 생각할 필요가 있다”고 말했다.


[그림 1] 지하수 온도 변화와 관련된 과정 및 영향


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a-e, 지표면 공기와 지표면 온도의 증가 (a) 지하수 온도의 증가 (b) 이는 얕은 지열 에너지 시스템의 지열 잠재력에 영향을 미친다. (c) 지하수 화학 및 미생물학은 결과적으로 영향을 미칩니다. 수질(d) 및 지하수 의존 생태계(e). 크리에이티브 커먼즈 라이선스 CC BY-SA 4.0에 따라 UMCES IAN 미디어 라이브러리의 이미지로 만든 그림이다. [그림출처(picture source) = 『네이처 지오사이언스 저널(journal Nature Geoscience)』]


이 연구논문에 따르면, 불행히도 호주의 경우 다른 국가와 마찬가지로 지하수 온도가 상승할 것으로 예상된다.


어바인 박사는 “여기 지하수는 따뜻해질 것이지만 그 정도는 인간이 기후변화를 완화하기 위해 온실가스 배출을 줄일 수 있는지 여부에 달려 있다”고 강조했다.


그는 이어 “이러한 온도 상승은 지하수 화학 및 금속 침출과 수질에 영향을 미치는 미생물학과 같은 중요한 과정에 영향을 미칠 수 있다”고 덧붙였다.


“만약 기온이 상승한다면, 우리는 그들의 산란 과정을 포함하여 우리 지역 수생동물들에게 상당한 영향을 미칠 수 있고, 이는 이러한 생태계에 의존하는 산업과 지역사회에 영향을 미칠 것”이라고 딜런 어바인(Dylan Irvine) 박사는 강조했다.


이 논문의 공동저자이자 뉴캐슬대학(Newcastle University)의 수문지질학 강사인 가브리엘 라우(Gabriel Rau) 박사는 “지하수 온도가 따뜻해지면 지하수에 의존하는 많은 생태계에 악영향을 미칠 수 있다”고 경고했다.


라우 박사는 “강들은 건조한 시간 동안 계속 흐르기 위해 지하수에 의존한다. 따뜻한 물은 용존산소를 덜 보유한다. 우리 연구팀은 호주 머레이 달링(Murray Darling)에서 물 속의 낮은 산소가 물고기의 죽음에 얼마나 기여할 수 있는지를 보았다”라고 말했다.


세계보건기구(WHO)에 따르면, 현재 125개국 중 18개국만이 ‘식수온도지침(drinking water temperature guidelines)’을 가지고 있다. 특히, 지하수가 계속 따뜻해지면 식수의 안전성도 손상될 수 있다.


라우 박사는 “우리 모델은 2099년까지 전 세계적으로 5천900만 명에서 5억8천800만 명이 지하수가 어느 나라가 정한 ‘식수온도지침’의 최고 기준치를 초과하는 지역에 거주할 것으로 추정된다”고 강조했다.


 특히, 라우 박사는“지하수가 따뜻해지면 먹는 물의 질에 영향을 미치는 병원균 성장 위험이 증가하여 잠재적으로 많은 사람들의 삶에 영향을 미친다”면서 “이미 깨끗한 식수에 대한 접근이 제한된 지역과 지하수를 처리하지 않고 소비하는 지역에서 특히 우려된다”고 경고했다.


라우 박사는 또한 “농업, 제조업, 그리고 에너지 생산과 같은 많은 중요한 산업들은 그들의 운영을 위해 지하수에 의존한다”라면서 “만약 그들이 의존하는 지하수가 너무 따뜻해지거나 더 오염되면, 그것은 그들의 활동을 방해하고 잠재적으로 경제적인 손실로 이어질 수 있다”라면서 “지하수 온도 상승도 경제적 위험을 초래한다”고 설명했다. 


[그림 2] 현재 지하수 온도

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a–c, 2020년 지하수면 깊이(a), 지표면 아래 5 m(b) 및 지표면 아래 30 m(c)에서 모델링된 연평균 기온 맵. d, 모델링과 관측 비교 지하수 온도. 파란색 표시는 2000년에서 2015년 사이에 불특정 깊이에서 관찰된 (다중) 연평균 기온이며, 같은 기간 30m 깊이에서 모델링된 기온이다. 회색 마커는 단일 시점의 온도와 동일한 시간 및 깊이의 모델링된 온도이다. 오류(관찰된 온도에서 모델링된 온도를 뺀 값)의 히스토그램이 왼쪽 상단에 표시된다. e, a에 표시된 위치에 대한 연평균 기온과 계절 봉투를 보여주는 모델링된 온도-깊이 프로파일. 우리는 벌크 열 특성을 사용하므로 지하수면 깊이는 우리 모델의 입력 매개변수가 아니다.  [그림출처(picture source) = 『네이처 지오사이언스 저널(journal Nature Geoscience)』]


기후변화로 인한 지하수 온도의 잠재적인 변화를 설명하기 위해, 칼스루에 공과대학(Karlsruhe Institute of Technology)의 수잔 벤츠(Susanne Benz) 박사가 이끄는 연구팀은 예상되는 온도변화를 보여주기 위한 대화형 온라인 애플리케이션(interactive online application)을 개발했다.


이 구글 어스 엔진(Google Earth Engine) 앱은 다양한 깊이의 연간 평균, 최대 및 최소 지하수 온도, 선택된 연도 및 기후 시나리오의 계절적 변동성을 확대할 수 있는 지도를 제공한다. 이를 통해 연구팀은 추가 연구를 용이하게 하기를 희망하고 있다.


‘기후변화로 인한 지구 지하수 온난화(Global groundwater warming due to climate change)’라는 제목의 연구논문이 『네이처 지오사이언스 저널(journal Nature Geoscience)』에 최근호에 게재됐다.


[원문보기]


Global research warns climate change is increasing groundwater temperatures


Shallow groundwater is projected to warm on average between 2.1 and 3.5 degrees Celsius by the end of the century, according to a world-first global groundwater temperature model.


The University of Newcastle’s Dr Gabriel Rau and Charles Darwin University (CDU) Outstanding Future Researcher Dr Dylan Irvine collaborated with colleagues from Canada, Germany, and Austria to develop the model, which aims to reveal the long-term implications of on-going shallow water groundwater warming caused by climate change.


The model projects the highest warming rates will be in Central Russia, Northern China and parts of North America and the Amazon rainforest, with Australian groundwater temperatures also expected to rise.


Dr Irvine from CDU’s Research Institute for the Environment and Livelihoods said an increase in groundwater temperature can be a cause for concern.


“Groundwater is the water that is present beneath the Earth’s surface in pore spaces in rocks and soils. It is critical for life on earth,” Dr Irvine said.


“Groundwater temperature can influence a ecosystems, aquatic processes and water quality. If groundwater temperatures increase, then unfortunately many temperature sensitive groundwater dependent ecosystems may be threatened.


“A lot of focus on climate change has rightfully been to do with weather events and the availability of water, but we do need to think more broadly about the impact that climate change will have on groundwater.”


Unfortunately, for Australia the model projects that like other countries our groundwater temperatures are expected rise.


“Our groundwater here will warm but how much depends on whether or not humans can reduce greenhouse gas emissions to help mitigate climate change,” Dr Irvine said.


“These temperature increases can impact vital processes such as groundwater chemistry and metal leaching and microbiology which affects water quality.”


“If temperatures increase then we may see significant impacts to our local aquatic animals including their spawning processes which will impact industries and communities that are reliant on these ecosystems.”


Co-author and hydrogeology Lecturer from the University of Newcastle, Dr Gabriel Rau, warned that warming groundwater temperatures could adversely impact many ecosystems that rely on groundwater.


“Rivers rely on groundwater to keep flowing during dry times. Warm waters hold less dissolved oxygen. We’ve seen in the Murray Darling how low oxygen in water can contribute to fish deaths,” Dr Rau said.


According to the World Health Organisation, currently only 18 out of 125 countries have temperature guidelines for drinking water.


If groundwater continues to warm, it could also compromise the safety of drinking water.


“Our model estimates that by 2099, 59 to 588 million people worldwide will live in areas where groundwater exceeds the highest threshold for drinking water temperature guidelines set by any country,” Dr Rau said.


“As groundwater warms, there is increased risk of pathogen growth which impacts drinking water quality - potentially affecting the lives of many people.”


“This is especially concerning in areas where access to clean drinking water is already limited, and in areas where groundwater is consumed without treatment.”


Dr Rau also explained that rising groundwater temperatures also pose an economic risk.


“Many vital industries like agriculture, manufacturing, and energy production rely on groundwater for their operations. If the groundwater they depend on becomes too warm or more contaminated, it can disrupt their activities and potentially lead to economic losses,” Dr Rau said.


To illustrate the potential change in groundwater temperatures due to climate change, the research team, led by Dr Susanne Benz from the Karlsruhe Institute of Technology, has developed an interactive online application to show the projected temperature changes.


This Google Earth Engine app provides zoomable maps of annual mean, maximum and minimum groundwater temperatures at different depths and seasonal variability for selected years and climate scenarios, that the team hopes will facilitate further research.


The research paper titled ‘Global groundwater warming due to climate change' was published in the journal Nature Geoscience.


[츨처=뉴캐슬대학교(Newcastle University)(https://www.newcastle.edu.au/newsroom/featured/global-research-warns-climate-change-is-increasing-groundwater-temperatures) / 2024년 6월 5일]


[연구논문출처=『네이처 지오사이언스 저널(journal Nature Geoscience)』(Global groundwater warming due to climate change | Nature Geoscience) / 2024년 6월 4일]

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