Separating secular depletion from drought: a detrended storage-deficit characterization of groundwater across Arizona’s Active Management Areas from GRACE observations (2002–2023)

아리조나는 태양이 광활한 사막 위로 내리쬐고 콜로라도 강은 멀고 때로는 신뢰할 수 없는 약속처럼 느껴지는 곳이며, 물은 이곳의 생명선입니다. 수십 년 동안 그곳에 사는 사람들은 발밑 깊은 곳에 숨겨진 지하수 저장고에서 물을 펌프로 끌어올려 마시고, 식량을 재배하며, 도시를 운영하는 데 크게 의존해 왔습니다. 하지만 이 숨겨진 공급원은 무한하지 않으며, 지표면에서는 보기 어려운 방식으로 변화하고 있습니다. 무엇이 일어나고 있는지 이해하기 위해 과학자들은 지구의 무게를 잴 수 있는 독특한 도구인 위성을 활용했습니다. GRACE라는 미션의 일부인 이 위성들은 지표면의 사진을 찍는 것이 아니라, 물의 이동으로 인해 발생하는 미세한 중력 변화를 측정합니다. 특정 지역이 막대한 양의 물을 잃으면 땅이 약간 가벼워지는데, 위성은 그 변화를 감지할 수 있습니다. 지형 전체를 가로지르는 보이지 않는 물의 흐름을 볼 수 있는 이 능력은 우리 행성의 수자원 시스템이 어떻게 작동하고 있는지에 대한 새로운 창을 열어주었습니다.

하지만 이 데이터를 살펴보는 것은 까다로운 퍼즐을 푸는 것과 같습니다. 과학자들이 20년 동안 지하수 수위가 꾸준히 하락하는 것을 목격할 때, 이것이 단순히 일시적인 가뭄(정상적인 상태와 비교했을 때의 단기적 부족)인지, 아니면 물이 그냥 영원히 사라져 버리는 훨씬 더 깊고 장기적인 문제의 일부인지 구별하기 어렵습니다. 노래가 매 초마다 점점 더 작아지는 드럼 비트 하나를 들으려고 노력한다고 상상해 보십시오. 소리가 줄어드는 것에 맞춰 조정하지 않는다면, 실제로는 어떤 비트들이 예전만큼 크더라도 모든 비트가 약해졌다고 생각할 수도 있습니다. 아리조나에서 이러한 혼란은 매우 중요한데, 왜냐하면 일시적인 가뭄에 대한 해결책과 영구적인 손실에 대한 해결책은 매우 다르기 때문입니다. 만약 관리자들이 장기적인 감소를 일시적인 가뭄으로 취급한다면, 결코 오지 않을 비를 기다리게 될 것입니다. 반대로 일시적인 건조기를 영구적인 손실로 취급한다면, 공황 상태에 빠져 불필요하게 물 공급을 제한할 수도 있습니다.

방글라데시 공학대학교의 Md Rayhan이 이끄는 새로운 연구는 아리조나의 '활성 관리 구역(Active Management Areas)'이라 불리는 6개의 특정 지역을 조사함으로써 바로 이 문제를 다룹니다. 피닉스와 투손 같은 대도시와 더글러스 및 프레스콧 같은 농촌 지역을 포함하는 이 구역들은 주 정부가 물 사용을 엄격히 규제하는 곳들입니다. 연구자는 2002년부터 2023년까지 21년간의 데이터를 분석하여, 지하수의 느리고 꾸준한 감소와 가뭄으로 인한 급격하고 일시적인 하락을 분리해 냈습니다. 이 연구는 많은 이들이 의심해 왔던 바를 확인해 주었습니다. 즉, 이 6개 지역 모두 상당한 속도로 지하수를 잃고 있다는 것입니다. 수위는 연간 약 5에서 8밀리미터 정도 꾸준히 떨어지고 있으며, 이는 비가 오는지 여부와 상관없이 지속되는 감소 현상입니다. 이것이 바로 시간이 흐름에 따라 축적되는 장기적인 저장량 손실인 '세큘러 디플리션(secular depletion)'입니다.

하지만 이 연구의 진정한 돌파구는 연구자가 장기적인 감소를 제거한 후 데이터를 바라본 방식에서 나옵니다. 수학적으로 꾸준한 하락을 매끄럽게 처리함으로써, 과학자는 그 아래에 숨겨져 있던 가뭄의 진정한 형태를 볼 수 있었습니다. 이러한 조정을 거치지 않았다면, 표준적인 가뭄 측정 방식은 2019년 이후의 전체 기간을 하나의 끊이지 않는 재난으로 간주했을 것입니다. 장기적인 추세를 제거하자 다른 그림이 나타났습니다. 데이터는 물이 장기적으로는 사라지고 있지만, 가뭄 자체는 별개의 사건으로서 오고 간다는 것을 보여주었습니다. 어떤 지역은 가뭄이 빈번하지만 상대적으로 짧고 완만한 반-면, 다른 지역은 가뭄이 적지만 훨씬 길고 심각한 양상을 보였습니다.

연구 결과, 6개 지역이 모두 동일한 방식으로 고통받는 것은 아니라는 사실이 밝혀졌습니다. 예를 들어 프레스콧과 피닉스 주변 지역은 가뭄 현상이 적게 발생하지만, 일단 발생하면 더 오래 지속되고 더 강력하게 타격을 입습니다. 이 지역들의 가장 깊은 가뭄 시기에는 수위가 추세선 아래로 정상 변동 폭의 거의 4배 가까이 떨어졌습니다. 반면, 더글러스, 투손, 산타크루즈 지역은 가뭄이 더 자주 발생하지만, 이러한 사건들은 대체로 더 짧고 강도가 낮았습니다. 가뭄이 느껴지는 방식의 차이에도 불구하고, 연구는 이 지역들이 서로 연결되어 있음을 보여줍니다. 한 지역이 건조해지면 다른 지역들도 뒤따르는 경우가 많았는데, 이는 대규모 기상 패턴이 주 전체에 영향을 미치고 있음을 시사합니다. 그러나 지역적 대응은 제각각 다르며, 이는 일률적인 수자원 관리 방식이 각 공동체의 구체적인 필요를 충족시키는 데 실패할 것임을 의미합니다.

아마도 가장 중요한 발견은 문제를 어떻게 바라보느냐에 따라 가장 큰 어려움을 겪는 지역의 순위가 바뀐다는 점일 것입니다. 만약 장기적인 감소 속도만을 본다면, 더글러스가 다른 어떤 곳보다 빠르게 물을 잃고 있는 가장 스트레스를 받는 지역입니다. 그러나 일시적인 가뭄의 심각성을 본다면, 피닉스가 우려 대상 목록 상위로 올라갑니다. 피닉스는 장기적인 수위 저하 속도는 가장 느리지만, 장기적 감소를 고려했을 때 가장 강렬하고 지속적인 가뭄 사건을 겪습니다. 이러한 구분은 수자원 관리자들에게 매우 중요합니다. 이는 피닉스처럼 지하수 수위가 천천히 떨어져서 안전해 보이는 도시가, 실제로는 즉각적인 비상 계획이 필요한 심각하고 일시적인 물 부족 위험에 직면해 있다는 것을 의미합니다. 반대로 더글러스는 물 사용을 영구적으로 줄이기 위한 장기적 전략이 필요한 끊임없고 꾸준한 배출에 직면해 있습니다.

이 연구는 또한 유실된 총 수량을 측정하는 방법도 도입했습니다. 현재의 수위가 역사상 최고치에서 얼마나 멀어졌는지를 추적함으로써, 연구는 특히 프레스콧과 더글러스 같은 지역이 역사적 최고점보다 200밀리미터 이상 더 많이 떨어졌음을 보여주었습니다. 이것은 단순한 일시적 하락이 아닙니다. 이는 대수층의 건강 상태에 대한 근본적인 변화를 나타내는 누적된 손실입니다. 연구는 결론적으로, 아리조나의 물을 현명하게 관리하기 위해서 당국이 '고갈(depletion)'과 '가뭄(drought)'을 동일한 것으로 취급하는 것을 멈춰야 한다고 강조합니다. 그들은 느리고 꾸다한 누수와 갑작스럽고 날카로운 건조기를 구분할 수 있는 도구를 사용해야 합니다. 이 두 과정을 분리함으로써, 이 연구는 주(州)의 수자원 공급이 직면한 위험에 대한 더 명확한 지도를 제공하며, 인구의 즉각적인 필요와 지하수 저장고의 장기적 생존을 모두 보호할 수 있는 결정의 토대를 마련해 줍니다.