열화상 드론으로 측정한 이미지를 이용한 빙하 침식 연구

Edinburgh University 소속 연구원 Rosie Bisset씨는 열화상 카메라가 탑재되어 있는 드론으로 수집한 데이터를 활용하여 남미에서 가장 규모가 큰 빙하 지대의 표면을 매핑하는 연구를 수행하고 있습니다. 그동안 드론을 이용해 안데스 산맥의 빙하를 모니터링한 연구는 있었지만, 드론을 이용한 열역학적 연구는 Bisset씨의 연구가 처음이었습니다.

Bisset씨의 연구는 영국과 페루의 연구원들을 모아, 산악 빙하의 침식으로 인한 문제를 해결하는 CASCADA 연구 프로젝트에 속한 사업입니다. 페루의 안데스 산맥을 덮고 있는 빙하는 지난 수십 년 동안 약 30% 감소했으며, 이는 페루 앙카시 지역 주민들의 수자원 공급에 상당한 악영향을 미치고 있는 실정입니다. Bisset씨는 열화상 데이터를 활용하여 빙하의 표면층이 침식 속도에 어떤 영향을 미치는지 파악하고 있습니다.

그녀는 “열화상 카메라를 활용해 유심히 관찰하고 있는 것 중 하나는 빙하의 표면을 덮고 있는 이물질층입니다”라고 밝혔습니다. 이 이물질층은 두께에 따라 두 가지 측면으로 빙하의 침식 속도에 영향을 줍니다. 우선, 빙하의 표면에 얇은 이물질층이 생기면, 표면색이 어두워지기 때문에 더 많은 양의 햇빛이 흡수됩니다. 이는 자연스럽게 빙하의 침식 속도를 가속화시키는 결과로 이어지게 됩니다. 반대로, 빙하의 표면에 두꺼운 이물질층이 생기면, 이와 상반되는 현상이 나타납니다. 연구에 따르면, 두꺼운 이물질층은 단열재와 같은 작용을 함으로써 표면의 열기가 빙하 내부에 전달되는 것을 방지해준다고 합니다.

“표면 온도를 측정함으로써 이물질의 두께와 이것이 빙하의 침식 속도에 주는 영향을 모델링하고 있습니다”라고 그녀는 전했습니다. Bisset씨는 FLIR Vue Pro R 640이 장착된 드론을 활용하여 빙하의 표면 온도를 측정했으며, 현재 빙하 표면의 특성에 대한 이해도를 높이기 위해 스티치 방식으로 결합된 열화상 이미지의 모자이크를 만들고 있는 중이라고 밝혔습니다.

FLIR Vue Pro R로 수집한 열화상 이미지.

Bisset씨는 열화상 기술을 “현재 매우 빠르게 발전하고 있는 기술이며, 실화상의 이미지로는 볼 수 없는 흥미로운 데이터를 다양하게 제공한다는 특징이 있습니다." 설명했습니다.

과거 그녀는 위성을 이용해 수집한 열화상 데이터를 사용했지만, 드론을 활용하면 훨씬 높은 해상도와 양질의 데이터를 얻을 수 있다는 사실을 깨닫고 열화상 카메라를 탑재한 드론을 사용하기 시작하였습니다. 그러나 드론을 운용한 경험이 없었기 때문에, 연구를 위한 기본적인 드론 운용 관련 교육/훈련 과정을 이수하기도 하였습니다. 그녀는 열화상 카메라가 장착(중량 부담 가중)된 드론을 높은 고도에서 비행(공기가 희박하여 더욱 빠르게 회전하는 프로펠러 필요)했을 때 발생할 수 있는 문제를 전문적으로 다루는 드론 솔루션 기업인 Skytech Aerial(에든버러 소재)과의 협업을 통해, 안데스의 빙하 측정에 최적화되어 있는 드론 시스템을 준비하였습니다.

빙하 데이터를 수집하는 드론에 “Frank”라는 이름도 지어 주었다고 합니다.

Bisset씨와 연구를 지원하기 위해 현장에 함께 투입된 Callum Reay 조교는 안데스의 고지대에서 하루 700-800 미터를 등산하며, 온도가 영하까지 떨어지는 날씨에도 야영을 하는 등 3주 동안 안데스 산맥에서 빙하를 조사하였습니다. Bisset씨와 Reay씨는 각각 1대의 드론과 조사 장비를 휴대하고 두 곳의 빙하(Llaca Glacier와 Shallap Glacier)에서 데이터를 수집하였습니다.

Llaca Glacier의 조사 대상 지점.

Bisset씨는 &;휴대해야 하는 장비의 양이 꽤 많았던 조사였어요”라고 전하며, 데이터를 수집하는 과정에서 여러 가지 어려움을 겪었다고 밝혔습니다. 드론이 빙하 연구에 도입되면서 연구원들이 실제로 조사를 위해 직접 이동해야 하는 거리는 줄어 들었지만, 드론을 이용해 수집한 데이터를 검증하기 위해 직접 빙하가 있는 현장의 온도를 측정하는 작업("지상 기준점” 설정)은 여전히 필요하기 때문에 빙하 연구는 아직도 상당한 어려움이 따르는 연구입니다. 아울러, 빙하에는 다양한 크기의 돌이나 암석이 섞여 있어서 표면이 고르지 않고, 낙석이나 물이 녹아 있는 지점도 많아 빙하를 조사하는 작업은 위험이 많이 따르는 작업인 것으로 알려져 있습니다.

지상의 온도 기준점.

수집한 데이터를 가지고 에든버러로 복귀한 Bisset씨는 현재, 모든 데이터를 통합하는 작업을 하고 있습니다. “최근에 제가 하고 있는 작업은 열 모자이크를 만드는 작업입니다. 열 모자이크가 완성되면 그 데이터를 이용해 이물질층의 두께나 기타 요인들이 빙하가 녹는 속도에 어떤 영향을 미치는지 모델을 개발할 수 있을 것으로 기대하고 있습니다. 아울러, 지금 공동으로 연구를 진행하고 있는 연구원 한 분이 과거에 만들었던 3D 모델과 비교가 가능한 3D 빙하 모델을 만들 계획도 있습니다.”라고 그녀는 말했습니다.

T그녀와 함께 공동으로 연구를 진행하고 있는 Oliver Wigmore씨는 뉴질랜드 소재 University of Victoria Wellington의 연구원입니다. 2014년부터 그는 Llaca Glacier를 여러 차례 방문했으며, 드론으로 빙하 표면의 데이터를 수집해 3D 모델을 구축하는 연구를 진행 중입니다. Bisset씨은 자신의 3D 모델을 Wigmore의 데이터와 비교하여 빙하 표면의 변화를 확인하고 새로운 열화상 데이터를 적용하여 이물질층과 침식의 속도가 갖고 있는 관계를 더욱 명확히 구명할 계획입니다.

빙하 표면의 3D 모델.

CASCADA 사업을 위해 수행된 연구는 향후, 해당 지역의 정책 수립 및 입안에 반영될 예정입니다. 페루의 빙하 침식은 크게 두 가지 영향을 미칠 것으로 보입니다. 먼저, 빙하의 규모가 작아 짐에 따라 앞으로 이 지역 주민들이 이용할 수 있는 수자원이 크게 줄어들 것입니다. 페루 앙카시 지역의 빙하 하류에는 250,000명 이상의 주민이 거주하고 있으며, 빙하가 줄어들면 장기적으로 이용 가능한 수자원 공급에 상당한 영향이 있을 것으로 예상되고 있습니다.

아울러, 빙하가 계속 녹아 내리면 빙하 속에 있는 산성 상태의 암석이 노출될 가능성이 높아집니다. 이런 산성 상태의 암석을 거쳐 흘러내려온 물은 수상 생태계를 오염 시키고 음용수로 부적합한 상태까지 융해수의 수질을 저해 시킬 우려도 있습니다.

이러한 문제를 해결하기 위해 현지의 지역 자치단체와 지역 사회는 습지 조성 등을 포함한 다양한 사업을 수행하고 있습니다. 습지는 물을 저장하고 방출 속도를 조절하는 빙하의 기능을 대체하기 위한 방편으로 조성 작업이 이루어지고 있습니다. 또한, 현지에서는 이러한 습지에 물 속의 중금속 및 기타 독소를 걸러내고 수질을 개선해 주는 식물을 심어 둠으로써 융해수를 사람이 안전하게 활용할 수 있게 하기 위한 노력을 기울이고 있습니다.

Bisset씨의 연구는 영국 자연환경연구 협의회(NERC) E³ 박사 교육 파트너십의 자금 지원과 스코틀랜드 지구과학, 환경, 사회 연합(SAGES) (Scotty Alliance for Geoscience, Environment and Society)의 부가적인 지원을 받아 수행되었습니다. 아울러, 이 연구는 NERC와 페루 과학기술혁신 협의회(CONCYTEC) 사이의 공동 연구 사업의 자금 지원도 받아 진행되었습니다.

박사 학위를 마치기 위해 바쁜 일상을 보내고 있는 Bisset씨의 경우, 안데스 산맥으로 돌아갈 일정은 아직 정해진 바가 없다고 전했습니다. 그러나 빙하 침식의 영향을 연구하고 빙하 관련 지역 문제를 해결하기 위한 솔루션을 개발하려는 노력은 각지에서 이루어지고 있기 때문에 그녀의 연구 이외에도 안데스 산맥의 빙하에 대한 연구는 앞으로도 계속될 전망입니다.