왜 그렇게 깊이 뚫는가?

「깰 때이다」 독일 통신원 기

독자의 집에서 단지 9킬로미터 이상 아래로 내려가면, 그 곳의 온도가 펄펄 끓는 섭씨 300도라는 사실을 알고 있는가? 그러나 걱정하지 말라. 그러한 열기는 저 아래, 9000미터 깊이에 있으니까! 그리고 독자의 발이 결코 데는 일이 없도록, 독자는 지각이라고 하는 보호 덮개로 보호받고 있다.

이 지각이, 이전 체코슬로바키아의 서부 지역 경계에서 그리 멀지 않은 독일의 한 마을, 빈디셰셴바흐 가까이에 있는 대륙 시추 계획 현장의 초점이 되고 있다. 이 계획의 목적은 그 보호 덮개를 조사하기 위해 10킬로미터 이상 깊이 구멍을 뚫는 것이다. 그러나 이 시추 작업은, 곧 알게 되겠지만, 9킬로미터 지점에서 뜨거운 열기 때문에 멈추어야 하였다. 그러면 왜 그렇게 깊은 구멍을 뚫고자 애쓰는가?

시추 작업은 새로운 일이 아니다. 전해지는 바에 의하면, 중국인들은 기원전 600년에 소금물을 찾기 위해 500미터 깊이까지 구멍을 뚫었다고 한다. 산업 혁명 이후 원료에 대한 서방 세계의 끊임없는 욕구로 시추 기술이 급속히 발전해 왔다. 그러나 최근에는 상업적 이익보다 더 긴급한 문제 때문에 시추를 하게 되었다. 즉 인간의 생명이 위기에 처하게 된 것이다. 어째서 그러한가? 그리고 지구 내부를 뚫고 들어가는 것이 어떻게 도움이 될 수 있는가?

시추가 중요한 이유는 무엇인가?

우선, 지구의 광물 자원의 일부가 매우 신속히 소모되고 있어 고갈될지도 모른다. 이와 똑같은 광물질을, 아마 아직 생성 단계에 있을 수 있지만, 땅 속 깊은 곳에서 발견할 수 있을 것인가? 이 질문에 대한 답을 시추 작업에서 얻을지도 모른다.

두 번째로, 세계의 인구가 증가함에 따라 지진으로 희생되는 사람의 수가 점점 증가하고 있다. 전세계 시민의 거의 절반이 지진의 위협을 받고 있는 지역에 살고 있다. 지상에서 가장 큰 도시들 중 3분의 1 이상의 주민이 여기에 포함된다. 지진이 시추와 무슨 관계가 있는가? “암석권[지구의 외피]의 연구로 예보를 더 정확히 해야 한다”고 「구멍」(Das Loch)이라는 소책자는 보고한다. 그렇다. 인간에게는 지구의 비밀을 알아내려고 할 만한 충분한 이유가 있다.

그러나 시추에 드는 비용은 엄청나다. 독일에서 실시한 이 계획에 드는 비용은 3억 5000만 달러(한화 약 2733억 5000만 원)이다. 우리 행성의 비밀을 캐내는 다른 방법은 없는가? 있기도 하지만 없기도 하다. 과학은 지표면에 설치한 기기를 사용해서 지구의 구조에 대한 많은 사실을 추론해 냈다. 그러나 그러한 추론을 입증하고, 지금까지 엄청난 압력과 온도에 견뎌온 암석을 조사하는 유일한 방법은 시추 구멍을 아주 깊이 뚫는 것뿐이다. 시추를 통해 진상을 규명하려 한다고 말할 수 있다.

시추 전반에 대하여 충분히 이야기하였다. 빈디셰셴바흐에 있는 현장에 가 보는 것이 어떻겠는가? 과학 용어를 이해하지 못할까 봐 걱정이 되는가? 걱정할 필요는 없다. 지질학자인 안내원이 모든 설명을 아주 쉽게 해주겠다고 약속하였다.

놀라운 시추 장치

시추 장치가 시추 구멍(시추공) 위로, 20층 건물 정도의 높이로 치솟아 있는 것을 보고 우리는 놀랐다. 이 장치는 비전문가까지도 이 계획에 특별한 매력을 느끼도록 해주는 특징 중 하나이다. 물론 매력적인 특징이 또 있다.

장소를 예로 들어 보자. 시추공을 아주 깊이 뚫을 계획을 할 때 과학자들은 아무데나 뚫으려 하지 않았다. 「디 차이트」 신문은 그 계획에 대해 이렇게 기술하였다. “지진이 어떻게 발생하는지를 알고 싶으면, [지각을 구성하는 땅 속의] 판(板)들이 서로 충돌하거나 서로 갈라지는 곳에 집중해야 한다.” 빈디셰셴바흐는 그런 곳이다. 지하에 있는 두 개의 대륙판, 즉 천천히 움직이는 지각의 판의 경계선 바로 위에 있기 때문이다.

이 두 개의 판이 과거에 굉장한 힘으로 한데 만나 하부 지각의 일부를 지표면을 향해 위로, 즉 현대 과학 기술로 조사해 볼 수 있는 범위로 밀어올렸다고 생각된다. 서로 다른 암석층을 시추해 보면 안내원이 지질학적 시시 커밥이라고 부르는 산적(散炙) 모양의 것이 나온다. 시추공의 깊이는 얼마나 되는가?

1994년 10월 12일, 안내소의 섬광 표지판이 최대 깊이, “9101미터”(2만 9859피트)를 알리고 있었다. 그 깊이는 얼마나 되는 것인가? 우리를 밑바닥까지 운송해 줄 엘리베이터가 있다면, 내려가는 데 거의 한 시간 반이 걸릴 것이다. 그러나 그것은 결코 잊지 못할 여행이 될 것이다. 무엇 때문인가? 아래로 내려감에 따라, 온도가 1000미터마다 섭씨 25 내지 30도 올라감을 느낄 것이기 때문이다. 따라서 현재의 깊이라면 섭씨 300도라는 타는 듯이 뜨거운 온도와 마주치게 될 것이다. 우리의 방문 일정에 밑바닥까지 답사하는 것이 포함되지 않아서 얼마나 기쁜지! 그러나 온도 문제는 이 계획의 또 다른 흥미있는 면을 생각해 보게 한다.

9000미터 지점쯤에서 시추공은 섭씨 300도라는 전환점이 되는 문턱을 넘어선다. 왜 전환점인가? 암석이 그 정도의 열기와 압력을 받으면, 단단한 상태에서 유연한 상태로 변하기 때문이다. 이러한 변화는 천연적인 환경에서는 조사해 본 적이 없는 것이다.

시추기를 조종하는 방식 또한 주목할 만한 것이다. 이 작업을 축소시켜 생각해 보기 위하여, 길이가 약 100미터에 지름이 2밀리미터 즉 재봉틀 바늘 두께 정도밖에 안 되는 막대 끝을 고정시키고, 이제 맞은편 끝에서 소형 드릴로 구멍을 뚫으려 한다고 상상해 보라. 즉시 구멍이 비뚤어지거나 드릴이 동강나거나 또는 두 가지 일이 동시에 일어나게 될 것이다.

시추기가 향하는 방향을 자동으로 수정해서 시추공을 수직으로 뚫는 장비가 개발되었다. 이러한 조종 방식이 매우 성공적이어서, 6000미터가 넘는 지점에 도달하였을 때 시추공 맨 밑 부분이 수직점에서 불과 8미터밖에 벗어나지 않았다. 참으로 놀라운 업적이다. 안내원이 우리에게 알려 준 그 시추공은 “아마 세계에서 가장 똑바로 뚫은 구멍”일 것이다!

시추용 끌을 교환하기 위한 왕복 여행

시추기를 움직이는 모터는 지표면이 아니라 “시추공 밑”에 있다. 따라서 시추할 때 시추관 전체가 회전하는 것은 아니다. 그렇지만 그렇게 깊이 시추하는 일은 지루한 작업이다. 시간당 1 내지 2미터씩 힘들게 뚫고 내려가는 각 시추끌은 암석을 50미터 정도 뚫은 다음 교환한다. 안내원이 우리를 시추 장치로 좀더 가까이 가게 해주어 우리는 시추관이 바로 그 목적, 즉 끌을 교환하는 일을 위해 시추공 밖으로 끌어올려지는 광경을 관찰하게 되었다.

거대한 로봇 손이 시추관의 각 부분인 40미터짜리 관을 잡고 분해한다. 시추관 취급 방식도 이 계획의 또 다른 매력적인 특징이다. 이 방식은 시추관을 올리고 내리는 지루한 과정, 즉 시추 전문가들이 묘사하는 바 왕복 여행을 가속화하기 위해 새로 고안된 것이다. 지름길은 없다. 노란 헬멧 밑으로 미소 띤 얼굴이 힐끗 보이며 그는 이렇게 설명한다. “시추끌을 교환하려면 전부 끌어올려야 합니다!”

표본으로부터 무엇을 배울 수 있는가?

우리는 실험실 견학을 하면서 수많은 진열대에 암석 표본이 가득 차 있는 것을 보고 깜짝 놀랐다. 이 표본들을 땅에서 어떻게 채취하는가? 두 가지 방법이 있다.

한 가지 방법은 암석의 중심부를 떼어내서 원통형 암석을 채취하는 것이다. 지체하지 않고 실험실에서 이 원통형 표본의 반응을 관찰한다. 그렇게 서두르는 이유가 무엇인가? 암석이 지각 내에서는 심한 압력을 받고 있기 때문이다. 지구 물리학자들은 각 원통형 표본이 지상으로 올라온 후 처음 며칠 동안 어떻게 “압력에서 벗어나는가”를 주의 깊이 관찰하여 이 압력에 대해 많은 것을 추론해 낸다.

좀더 흔한 표본 채취 방법은 정상적으로 시추를 할 때 채취하는 것이다. 시추관을 통하여 이수(泥水)를 주입하여 시추끌을 식히고 잘라 낸 파편들을 씻어 낸다. 압력을 가하여 액체와 잘라 낸 파편들을 지표면으로 끌어올린 다음 여과기로 분리한다. 액체는 재사용하고 잘라 낸 파편들은 분석한다. 이러한 분석에 의해 밝혀진 것은 무엇인가?

시험에 의해 암석의 유형과 전자기적 특성들이 판명된다. 광상의 위치에 대한 정보가 수집된다. 암석의 밀도는 지진이 얼마나 빨리 지나가는지를 알려 준다.

또한, 시험에 의해 지표면과 지하 4000미터 그리고 그 이상 사이에서 물이 양 방향으로 끊임없이 이동한다는 사실도 밝혀진다. “이것은 광갱과 수갱에 해로운 물질을 버리는 문제에 대해 완전히 새로운 시각을 갖게 한다”고 과학 잡지 「자연 과학 평론」(Naturwissenschaftliche Rundschau)은 말한다.

우리의 여행은 안내원에 대한 진심 어린 인사와 함께 막을 내렸다. 이 계획을 거창하게 묘사하지 않는 그의 태도는 특별한 일이 일상적인 것이 되어 버린 전문가 특유의 모습이었다. 과학자들에게는 빈디셰셴바흐가 평범한 곳으로 보일지 모르지만, 우리에게는 그 곳의 견학이 아주 특별한 일이었다.

[10면 삽화]

위: 시추기에서 채취한 원통형 표본을 판별함

왼쪽: 지각의 모형

[자료 제공]

KTB-Neuber