[홍태경의 지구 이야기] 북핵실험 감시의 역설

최근 미국 존스홉킨스대 한미연구소의 북한 전문매체 ‘38노스’는 위성사진 분석을 토대로 북한의 6차 핵실험 준비가 마무리 단계에 있음을 알렸다. 한국군과 정부도 이 같은 사실을 인정하면서 긴장감은 한층 높아지고 있다. 특히 구소련과 미국 등에서 행한 핵실험이 여러 차례 리히터 규모 7을 넘어서는 크기를 보였음을 감안할 때 이번 북한 핵실험의 크기에 대한 우려도 크다. 지금까지 5차례 북한 핵실험은 리히터 규모 4~5에 이르는 중규모급이었다.

북한의 핵실험이 관심을 받는 또 다른 이유는 풍계리 핵실험장에서 120여㎞ 떨어진 곳에 위치한 백두산에 미칠 영향 때문이다.

홍태경 연세대 지구시스템과학과 교수

지금으로부터 약 1000년 전 백두산 분화는 인류 역사상 가장 큰 화산 분화 가운데 하나로 기록되고 있다. 백두산 하부 마그마방이 잘 발달해 있을 경우 규모 7의 핵실험은 마그마방 내 압력을 증가시키고 기포 형성에 이어 화산 분화로 이어질 수 있다는 최근의 연구 결과도 있다. 한정된 공간을 핵실험장으로 활용하는 북한에서 규모 7 수준의 핵실험이 물리적으로 가능한지에 대한 의문은 있다. 하지만 자연 지진과 달리 지하 핵실험은 폭발량에 따라 지표 변형의 차이가 크지 않다. 이에 따라 과거보다 강력한 핵실험 가능성을 배제할 수 없다.

임박한 북한의 핵실험에 대한 한국 정부와 관계 기관의 준비도 발 빠르다. 무엇보다 신속한 핵실험의 탐지와 효과적인 핵실험 판별을 위한 준비가 그것이다.

은밀하게 행해지는 지하 핵실험 여부를 판별하기 위해 다양한 과학적 방법이 동원된다.

우선 핵실험장 인근에서 포집된 대기 성분 분석을 통한 핵종 물질 탐지나 인공위성을 활용한 핵실험장 지표 변형 확인 등이 그것이다. 그러나 이들 방법은 기상 상황, 풍향, 수목 분포, 폭발 심도 등 다양한 요소에 따라 탐지 성패가 엇갈린다. 특히 산 사면을 수평으로 굴착한 갱도형 매립 방식을 쓰는 것으로 알려진 북한 핵실험의 경우 핵실험으로부터 발생한 핵종 물질 탐지나 지표 변형을 확인하기 어렵다. 이에 따라 폭파 환경과 자연 여건에 영향을 받지 않는 지진파 분석 방법이 효율적으로 활용되고 있다.

핵폭발로 만들어지는 지진파는 고주파수 대역의 에너지가 자연 지진에 비해 높은 특징을 보인다. 또 인공 발파에서 흔히 보이는 특정 주파수에서 에너지 증폭 현상이 관측된다. 여기에 지표와 가까운 깊이에서 이뤄지는 폭발로 인해 대기를 타고 전파되는 강한 음파가 만들어진다.

이런 지진파와 공중음파의 분석을 통해 핵실험을 판별할 수 있을 뿐 아니라 핵실험 크기와 그 위치 확인도 가능하다. 현재 북한과 인접한 우리나라와 중국, 일본을 비롯해 전 세계 수백여곳의 지진관측소로부터 지진파형 획득이 가능하고 남북 접경지 인근에 공중음파 관측소가 운용 중에 있다.

지진파 분석을 통한 정확한 핵실험 폭발물량 산정을 위해서는 핵실험장 하부 지질 구조, 표토 구성 성분, 폭발 심도, 핵폭발 방식 등 여러 정보가 요구된다. 이들 중 대부분은 정확한 정보 확보가 용이하지 않다. 이에 따라 정확한 폭파량 추정에는 한계가 있다. 하지만 지진 규모값을 통해 추정이 가능하다. 규모 5.1의 크기를 보인 지난 5차 북한 핵실험의 경우 TNT 폭발량으로 10kt(킬로톤) 내외로 추정된 바 있다.

과거 전 세계적으로 여러 국가에서 이뤄졌던 대부분의 핵실험이 다양한 과학적 분석으로 확인됐다. 육상에서 이뤄진 핵실험뿐 아니다. 바다에서 이뤄지는 핵실험 역시 핵실험방지협약기구에서 대양 여러 곳에 운용하는 해저음파탐지기를 통해 감시되고 있다. 이렇듯 더이상 은밀한 핵실험은 없다. 역설적으로, 핵실험을 과시하고 싶어 하는 북한엔 이런 신속 정확한 감시가 오히려 좋은 선전 수단 역할을 하고 있다. 이래저래 복잡하고 숨김없는 세상이다.