하와이 섬의 킬라우에아는 세계에서 가장 활동적인 화산 중 하나입니다. 2018년 4월 말, 화산은 활동 증가의 징후를 보이기 시작하였습니다. 2018년 5월 3일, 열구로도 알려진 첫 번째 균열이 나타났고, 그 후 총 19개가 더 생겨서 총 20개의 균열이 발생하였습니다. 이 활동은 섬에서 용암이 흐르고 파괴되는 이미지가 퍼지면서 광범위한 관심을 끌었습니다.

그 이후 미국 지질조사소(USGS)와 하와이 화산 관측소에서 제공한 뉴스와 정보가 확산되었고, 2018년 5월 15일 USGS의 경고 단계가 '주황색'에서 '적색'으로 변경되면서 “대규모 화산 폭발이 임박했거나, 진행 중이거나, 지상과 공중에서 위험한 활동을 보이는 것으로 의심된다.”고 하였습니다.

과학자들은 휴대용 열화상 카메라를 이용한 온도 측정을 포함하여, 화산 분출을 더 잘 이해하기 위해 다양한 중요 정보와 데이터를 수집합니다. 이들은 이 정보를 사용하여 잠재적으로 인명을 구할 수 있는 예측을 합니다. 미국에는 약 169개의 활화산이 있으며 전 세계적으로 약 1,500개가 있습니다.

킬라우에아의 열 에너지 포착

USGS가 수행하는 모니터링 활동의 대부분은 화산 활동이 없는 기간에 설치된 기기에서 수집되며, 그 중 다수는 일시적인 기기들입니다. 그러나 화산 활동이 증가하면 USGS 및 기타 관련 기관이 화산이 실시간으로 어떻게 작용하는지에 대한 하드코어 정보를 얻을 수 있는 기회도 커집니다.

USGS 과학자들은 열화상 카메라와 같은 공중(항공기), 궤도(위성) 및 휴대용 감지기 등 여러 가지를 사용하여 데이터를 수집합니다. 데이터가 수집되면 이를 분석하여 향후 분출을 예측하는 데 사용할 수 있습니다.

하와이 대학교 힐로(Hilo) 지질학과 교수인 Steve Lundblad는 “휴대용 열화상 카메라를 사용하면 측정에 많은 이점이 있다”면서, “USGS 과학자들은 종종 잠재적으로 이렇게 위험한 지역 중 어느 곳에 진입할 때는 이에 대한 지혜가 있어야 합니다. 휴대용 열화상 카메라를 이용하면 이벤트가 실시간으로 전개될 때 데이터를 즉시 쉽게 캡처할 수 있습니다. 다른 방법으로 온도를 측정하면 장비를 설치하고 회수하는 데에 시간이 더 걸릴 수 있습니다.”라고 말했습니다.

그 예로, 열 커플러를 들 수 있습니다. 열 커플러는 땅 속에 물리적으로 배치한 다음 측정이 완료되면 제거해야 합니다. 그러나 열 IR 영상 카메라는 비접촉 방식을 이용하기 때문에 온도를 신속하게 측정할 수 있습니다.

Lundblad는 "가능한 한 열 적외선(IR) 영상 측정 데이터를 수집하는 것이 USGS에게 가치가 있습니다."라고 말했으며, “USGS는 오랜 기간 다른 분출 사례에서 데이터를 캡처하고 분석해 온 덕분에 킬라우에아의 움직임과 행동에 대해 정확한 예측을 할 수 있었습니다. 화산이 다음에 어떤 활동을 보일 것인지 아는 것은 시민을 안전하게 지키는 데 매우 도움이 되었습니다.”라고 했습니다.

화산 분출 시 주변 지역사회의 안전을 유지하고 정보를 제공하는 것은 그 사건을 성공적으로 관리하는 데 있어서 무엇보다 중요합니다. USGS 운영시설과 관측소 외에도 하와이 민방위대와 같은 주요 단체에서는 대피 필요성을 포함하여 중요한 경고 및 정보 메시지를 제공합니다. 또한 USGS는 과학자들의 안전을 지키기 위해서도 노력하고 있습니다.

Lundblad는 “특정 영역에서 측정을 실시할지 여부에 대한 결정은 사례별로 이루어질 가능성이 높다”고 말했으며, 이어서 예를 들면, 17번 분출구는 활동이 극히 활발하여 거대한 용암 폭탄을 뿜어냈기 때문에 너무 위험해서 가까이 근접할 수가 없습니다. 그러나 사건 재발의 가능성을 예측하는 데 도움을 얻기 위해 활동 변화가 덜한 다른 분출구나 균열에서 귀중한 데이터를 계속 수집할 수는 있습니다.”라고 했습니다.

IR 카메라는 어떻게 작동합니까?

사진을 촬영하기 위해 가시광선을 캡처하는 일반 카메라와 달리, 열화상 카메라는 용암 흐름에서 방출되는 에너지와 같이 물체가 방출하는 IR 에너지의 양을 감지하여 이미지를 생성합니다. 열화상 카메라는 적외선 감지 센서를 이용하여 IR 에너지를 감지하고 이를 열화상으로 변환합니다. 이는 또한 핫 스팟과 같은 변화를 나타내기 위해 온도 차가 있는 부분에 색상을 할당합니다.

원거리 열 에너지 측정

항공기 및 위성에 장착된 열화상 장치에서도 USGS를 위해 측정 데이터를 수집합니다. 근접한 거리든 원거리든 각 방법은 화산의 상태에 따라 최적 사용 시간과 장소가 다릅니다.

열 활동을 안전하게 캡처하는 것이 때때로 위험할 수 있는 현장 모니터링의 경우처럼, 원거리에서 열화상을 캡처하는 것은 유리한 날씨와 대기 조건에 의존할 수 밖에 없는 단점이 있습니다. 예를 들어, 20번 균열 열구는 대량의 화산재 기둥을 생성하고 있어서 카메라 가시성을 떨어트리고 측정 결과도 신뢰할 수 없게 됩니다.

화산 폭발 시간을 정확히 알아내는 것은 여전히 가능하지 않지만, 열화상 카메라는 현재 및 과거 참조를 위해 귀중한 데이터를 캡처해 줌으로써 USGS 과학자들에게 큰 도움이 됩니다. USGS 과학자들이 활동 기간과 휴지 기간에 화산이 어떻게 작용하는지 더 많이 이해할수록, 화산이 언제 분출되는지 정확하게 판단할 수 있습니다.