핵전쟁으로 핵겨울 시나리오

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<핵전쟁으로 핵겨울 시나리오>

1980년, 지질학자 월터 알바레즈가 퇴적층을 연구하기 위해 이탈리아를 여행하면서 1센티미터 두께의 진흙층을 발견했다. 그는 그 진흙이 지질학적으로 짧은 시간 간격을 나타낸다고 가정하고, 1968년 소립자에 대한 업적으로 노벨물리학상을 수상한 아버지인 루이스 W. 알바레즈 박사에게 진흙층이 침전되는데 얼마의 시간이 걸리느냐고 질문했다.

루이스 알바레즈는 아들이 갖고 온 진흙층을 분석한 결과 백금 계열의 이리듐 함량이 비정상적으로 많이 포함되어 있다는 것을 발견했다. 일반적으로 지구 표면에서는 이리듐이 약 10억분의 0.03에 불과한데, 이탈리아에서 발견된 진흙층에서는 거의 300배에 달했다. 이리듐은 오래 전에 지구의 중심 쪽으로 가라앉은 금속으로 지구 표면에서는 발견하기 힘든 희귀한 금속이므로 이와 같은 양은 믿을 수 없는 수치였다.

이리듐의 비정상적인 양에 흥미를 느낀 앨버레즈는 덴마크, 스페인, 프랑스, 뉴질랜드, 남극 대륙 등에서 가져온 다른 샘플들을 분석해본 결과 같은 시기의 이리듐이 전 세계적으로 분포하고 있다는 것을 발견했다. 심지어 보통 값의 500배가 넘는 경우도 있었다.

이와 같이 급격한 이리듐의 증가는 지구에서 일어날 수 없으므로 루이스 W. 알바레즈 박사는 이들 여분의 이리듐이 지구 밖에서 온 것이라고 결론을 내렸다. 가장 흔한 종류의 소행성인 콘드라이트(chondrite)가 10억분의 500정도의 이리듐 함량을 갖고 있기 때문이다.

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<핵겨울 가능한가?>

알바레즈는 전 세계에 걸친 비정상적인 이리듐의 총량은 약 500만 킬로그램일 것으로 계산했으며 지구에 그렇게 많은 이리듐을 가져다주기 위해서는 핼리 혜성의 핵보다 약간 더 큰 지름 10킬로미터, 질량은 수조 톤이 되어야 한다고 계산했다. 이 혜성이(학자들은 이 당시 충돌한 물체는 소행성이 아니라 혜성으로 추정함) 충돌할 때 생긴 폭발의 위력은 TNT 1억 메가톤 폭탄과 맞먹는다. 제2차 세계대전을 종식시킨 히로시마에 떨어진 원자폭탄의 위력이라야 12킬로톤 불과하며 현재 인류가 보유한 가장 강력한 핵폭탄의 경우도 그 위력이 5메가톤에 불과하다. 혜성의 충돌시 지구에서 일어난 폭발력은 핵폭탄보다 무려 2,000만 배나 더 강력하다는 것을 뜻한다.

또한 알바레즈는 진흙층의 연대가 6500만 년 전으로 추정했는데 6500만 년 전에 생물의 대량 멸종이 일어났다는 것을 파악하고 진흙층에서 엄청난 이리듐이 발견된 사실과 생물의 대량 멸종이 동시대에 일어난 것은 상호 연계관계가 있다고 추정했다. 혜성이 지구와 충돌하자 이 여파로 화산이 폭발하여, 거대한 화재와 해일이 발생했고 곧바로 엄청난 양의 먼지가 성층권으로 올라가 상당한 기간 동안 태양 빛을 차단했기 때문에 ‘핵겨울’이 일어나 대부분의 생물이 사망했고 공룡도 멸종했다는 것이다.

이것이 공룡이 6500만 년 전에 갑자기 멸종했다는 격멸설의 주안점이다. 물론 공룡의 멸종이 혜성의 충돌에 의해서만 일어난 일인가에 대한 결론은 내려지지 않았지만 알바레즈 박사의 주장은 다른 분야의 학자들을 놀라게 했다.

일본의 히로시마와 나가사키에 떨어진 핵폭탄에 의해 1945년 일본이 무조건 항복했다는 것은 핵폭탄의 위력을 유감없이 보여주었다. 당연히 미국과 소련에서 핵무기 경쟁이 일어났는데 이들의 경쟁은 학자들의 우려를 자아내기에 충분했다. 그것은 미국과 소련이 갖고 있는 핵폭탄들이 지구에서 폭발될 경우 파국을 맞을지도 모른다는 것이다. 한마디로 인간이 갖고 있는 핵폭탄만으로도 지구에서 공룡을 멸종시켰다는 혜성과 같은 대재앙을 실제로 가져올 수 있겠느냐이다.

1950년대 최고의 반전(反戰)영화로 꼽히는 「그날이 오면, on the beach」은 바로 이와 같은 상황을 그린 것이다.

 

'서기 1964년에 핵전쟁이 일어나 지구상의 모든 나라가 멸망하고 오로지 호주만 온전하게 살아남는다. 그러나 호주에도 죽음의 방사능 바람이 점점 밀려들고 있었다. 홀로 남은 잠수함의 선장과 선원들은 캘리포니아에서 발신되는 구조전파신호를 포착하고 생존자를 발견할 수 있다는 희망을 갖고 찾아가보지만, 바람에 흔들리는 창문 손잡이가 전신기 키에 걸려있는 것을 발견할 뿐이다.'

 

「그날이 오면」의 시나리오는 전면적인 핵전쟁이 일어날 경우 원자력으로 바다 속을 항해하는 핵잠수함의 승무원만이 살아남을 수 있을 정도로 지구상의 모든 인간이 전멸한다는 것이다. 물론 잠수함의 승무원들도 지상에 올라오면 얼마 되지 않아 사망한다는 암시를 준다.

그러므로 미국 정부는 혜성이 아닌 경우에도 지구에서 핵겨울이 일어날 수 있는가를 영화 「콘택트」의 원작인 과학도서 『코스모스』의 저자인 미국의 천문학자 칼 세이건 박사에게 계산해달라고 의뢰했다. 드레이크 박사와 함께 우주에서 외계인을 찾아내려는 ‘오즈마 계획’의 책임자로 외계의 지적 문명이 보낸 전파를 받으려는 SETI(Search For Extra-Terrestrial Intelligence) 혹은 CETI(Communication with Extra-Terrestrial Intelligence)라고 불리는 지구 밖 지적 생명 탐사 연구를 주도한 장본인이다.

미국정부가 칼 세이건에게 분석 의뢰한 것은 당시 미소 양국이 보유하고 있는 1만 메가톤을 모두 사용하는 전면적인 핵전쟁이 일어날 때 과연 6500만 년 전 공룡을 멸종시켰다는 것과 같은 대 재난이 지구에서 일어날 수 있는가이다.

파괴력이 큰 핵무기가 지상에서 폭발하면 목표 지역의 표면은 증발되고 녹아서 산산조각이 난다. 그리고 그것들이 응축된 것이나 미세한 낙진이 대류권의 상층이나 성층권으로 날아올라간다. 그와 같은 미립자는 상승하는 불똥 속으로 들어가 일부는 버섯 모양의 구름 줄기 부분을 타고 올라간다. 성층권으로 날아올라간 미립자는 매우 서서히 내려온다. 완전히 떨어질 때까지는 대체로 1년 정도 걸리지만 파괴력이 작은 핵폭발인 경우는 좀 더 빨리 내려온다.

또한 핵폭발로 인해 피폭 지역은 당연히 대화재가 발생하게 되는데 도시에 따라 10만 제곱킬로미터 또는 그 이상의 지역을 완전히 불태워 버리게 된다. 이때 검은 연기가 대량으로 발생하여 최소한도 하층 대기의 상부인 대류권까지 올라가지만 성층권까지는 올라가지 않는다.

문제는 파괴력이 큰 핵폭발로 고온이 된 불똥은 공기 중의 질소 일부를 화학적으로 연소하여 질소산화물을 만든다는 것이다. 그 질소 산화물은 성층권의 중간 부분에 있는 오존을 화학적으로 공격하여 파괴한다. 성층권의 오존층이 부분적으로 파괴되면 지표에 내리쬐는 태양의 자외선이 증가하게 된다. 지상 생물의 기본적 생체 구성 분자인 핵산이나 단백질은 자외선에 대해서 특히 민감하다. 따라서 태양에서 지구 표면에 내리쬐는 자외선의 양이 늘어난다는 것은 생명이 위험에 처해진다는 것을 의미한다.

칼 세이건은 미소 양국이 보유하고 있는 핵탄두의 절반인 5,000메가톤이 폭발하였을 경우 4개월 후 지구의 기온은 최저 영하 25도에 달하는 빙하기가 도래한다고 예측했다. 성층권에 주입된 대량의 낙진이 서서히 떨어져 오기 때문에 육지의 기온이 0도로 되돌아가는 데 1년 이상이 걸리고 통상 기온이 되는 데는 더욱더 긴 시간이 걸린다고 발표했다.

또 5,000메가톤 이상이 폭발하였을 때에는 폭풍, 화재, 방사선으로 10억 명 이상이 즉사하거나 부상자가 나온다고 예측하였다. 그리고 미소 양국 간의 핵전쟁이지만 그들이 위치한 북반구를 포함하여 대부분 지구의 생태계가 파괴된다고 발표했다.

예를 들면 대규모 핵전쟁 이후 북반구에서는 적어도 1년이나 그 이상 동안 농업 생산이 불가능하며, 비축되어 있던 식량의 대부분도 파괴되며 거의 대부분 지역에서 마실 물을 얻기 어려워진다고 한다. 내륙부에서는 담수계가 대략 1미터에서 2미터의 두께까지 얼어버리기 때문이다. 적어도 북반구에서는 생명 유지 시스템과 문명의 존속이 불가능한 상태가 된다는 결론이다.

그 후에 핵폭발의 영향이 남반구까지 퍼지게 되면 연안 지방이나 섬 등 일부 지역의 몇 그룹 사람들은 살 수는 있겠지만 ‘인간의 수가 서서히 감소되어 최후에는 점멸’하게 될 수 있다는 것이 ‘핵겨울’의 시나리오이다.

물론 핵전쟁이 북반구에서만 일어났을 때 핵전쟁에 의한 대형 참사가 「그날이 오면」에서 설정한 것과 같은 상황이 남반구에서도 일어나겠는가는 학자들 간에 아직도 이견이 있다. 일반적으로 기류는 ‘헤들리 세포’라 불리는 공간에서 순환하기 때문에 북반구 공기와 남반구 공기는 거의 혼합되지 않는다. 적도에서 뜨거운 공기가 상승하여 극지방으로 이동한 다음 지상에 도달하면서 식게 된다.

헤들리 세포는 매우 안정된 공간이며 북반구 공기와 남반구 공기가 혼합되는 것을 막는다. 물론 적도 지방에서 북반구나 남반구로 공기가 이동하지 못한다. 그런데 핵겨울의 시나리오는 북반구의 헤들리 세포가 없어지게 되어 적도 지방을 가로질러 공기가 혼합될 수 있다고 추정했기 때문에 핵전쟁의 결과를 너무나 과장했다는 지적도 있었다.

그러나 칼 세이건은 핵겨울의 시나리오가 옳든 아니든 미소 양국의 핵전쟁이 일어나더라도 「그날이 오면」과 같은 파국은 일어나지 않을 것으로 예측했다. 그는 핵겨울이 일어나려면 5,000메가톤의 핵폭탄이 지구에 떨어져야 하는데 5,000메가톤이라면 일본의 히로시마에 떨어진 약 12킬로톤의 원자폭탄이 무려 41만 6,667개나 폭발해야 하기 때문이다. 전면적인 핵전쟁이 벌어지더라도 단 번에 41만 6,667개의 원자폭탄이 폭발하리라고 생각하는 사람은 없을 것이라고 생각한다.

 

<원자폭탄의 위력>

지구상에서 원자폭탄이 투하된 곳은 일본뿐이다. 당연히 원자폭탄의 실무적인 위력은 히로시마와 나카사키에 한정되는데 가장 많이 연구된 것은 히로시마이다. 현재까지 알려진 원자폭탄의 폭발 내역은 다음과 같다.

 

‘폭발점의 지상 중심점에서 반경 1킬로미터 안의 사람들은 그 자리에서 흔적도 없이 사라졌다. 반경 1.6킬로미터 이내에 있던 사람들도 5도 화상 이상으로 그 자리에서 사망했다. 반경 4킬로미터 이내의 사람들도 4도 화상을 입어 즉각적인 치료가 필요하지만 당대의 상황으로 볼 때 치료는 생각도 할 수 없으므로 대부분 얼마 뒤에 사망하거나 아니면 치명적인 상해를 입었다. 건물은 76,000채 중 48,000 채가 완전히 사라졌고 22,000채가 부서져 전체의 90퍼센트가 넘게 파괴되었다. 폭발 순간에 일어난 폭풍은 초속 3,200킬로미터로 대형 태풍의 중심속도가 초속 약 30〜40미터임에 비한다면 태풍의 100배가 넘는 초강력 폭풍이었다.’

 

많은 사람들이 원자폭탄 폭발이라 하면 즉각적으로 방사선 피해를 연상하지만 이는 과장된 것이다. 원자폭탄 폭발의 피해는 크게 새 가지로 나뉘어진다. 첫째는 화재나 화염에 의한 피해, 둘째가 폭발력으로 인한 폭풍 그리고 세 번째가 방사선 피해이다.

현재 원자폭탄의 폭발력은 히로시마에 비할바가 아니다. 히로시마에 투하된 원자폭탄은 TNT 약 2만 톤(0.02메가톤) 정도인데 현재 개발된 것은 1〜100메가톤에 달한다. 그렇다면 막상 100메가톤급이 폭발했을 때 파괴력에 대해서 정확하게 알려진 자료는 없다. 대부분 국가보안에 관한 사항이기 때문이다. 그러나 개괄적인 내용은 발표된 적이 있다. 미 국방부에서 1962년에 발표한 『핵무기의 효과』란 보고서다.

원자폭탄을 투하시키기 전에 고려되는 사항은 두 가지이다. 폭발력으로 건물을 파괴하거나 방사선을 많이 쪼여 인명을 살상코저 한다면 원자폭탄을 가능한 한 낮은 고도에서 폭발시킨다. 반면에 목조건물이 많은 지역일 경우 화염이나 화재에 의한 효과를 최대한으로 발휘하고자 고도가 약간 높은 곳에서 원자폭탄을 폭발시킨다. 낮은 고도에서 폭발시킨 원자폭탄의 위력을 보자.

지구상에서 원자폭탄이 폭발되면 즉시 강력한 피해는 화염이나 화재로부터 나온다. 100메가톤급 한마디로 히로시마에서 폭발된 것의 5,000배가 폭발되면 반경 70마일(약 120킬로미터)의 모든 사람들이 2도 이상의 화상을 입는다. 그리고 거의 같은 범위내의 모든 목조건물들이 불타고 다른 가연성 물질들도 불이 붙는다. 이 불들은 며칠간 계속 타는데 일본은 기본적으로 목조건물이므로 불이 3일 밤낮 동안 타면서 연기를 내뿜었다. 불이 계속 타려면 공기 중의 산소가 필요하다. 따라서 폭발 중심에서는 엄청난 양의 공기가 필요하고 대개는 근처의 공기 중 산소를 거의 다 소모한다. 요행적으로 화염의 재난에서 피할 수 있는 사람들도 산소부족으로 질식사한다.

원자폭탄의 폭발력과 폭풍의 피해를 보자. 히로시마와 같이 주로 목조건물이 많은 지역에 100메가톤이 폭발한다면 반경 30마일 이내의 모든 목조건물들은 순식간에 날아가 버린다. 아파트나 콘크리트 건물이 많은 경우 반경 20마일 이내의 건물들은 폭삭 주저않는다. 지하대피소도 안전한 것은 아니다. 특별히 설계가 되지 않은 보통의 지하대피소라면 폭발 중심에서 5마일 이내에 있으면 모두 무너진다.

폭발력에 버금가는 무서운 현상은 화재로 인해 인근의 공기가 갑자기 뜨거워진다. 뜨거운 공기는 위로 올라가고 주변의 공기가 화재의 중심지점으로 급히 이동하므로 이에 따라 폭풍이 발생한다. 히로시마의 경우 폭풍은 초속 3,200미터였는데 100메가톤급은 그 규모조차 계산이 불가능할 정도다.

마지막 피해가 방사선이다. 원자폭탄이 폭발할 때 나오는 방사선이 조건에 따라 인체에 치명적인 손상을 준다는 것은 사실이다. 방사선에 의한 치명적인 피해는 폭탄이 폭발한 직후 또는 수개월 이내에 나타난다. 또한 방사성 낙진과 같은 급성이 아닌 경우 수년 또는 수십년 간에 걸쳐서 나타난다. 100메가톤의 경우 반경 3마일 이내에 있는 사람들이 치명적인 방사선을 받는다. 그러나 방사선에 의한 치사범위는 화염에 의한 피해보다 상당히 작은데 이는 방사선이 공기에 의해 상당량 차단당하기 때문이다. 그러므로 대량 인명살상은 방사선이 아니라 원자폭탄 폭발시 형성되는 폭풍 또는 화염에 의해서 일어난다. 이점이 일반 국민들이 원자폭탄의 피해에 대해 가장 잘못알고 있는 사항이다.

방사선 피해로 급성이 아니라 천천히 나타나는 경우가 있는데 주로 암이나 유전적 결함이 2세에 나타난다는 것이다. 그런데 현재까지의 연구 결과에 의하면 히로시마나 나카사끼의 경우 아직까지 그런 예가 확인되지 않았다는 점이다. 암의 경우도 방사선 피해로 인해 생기는 경우는 지극히 희박하다고 설명된다. 결론적으로 원자폭탄이 폭발할 때 나타나는 피해를 보면 폭풍과 화염 또는 화재에 의한 사망자가 전체의 약 80퍼센트를 차지한다. 그리고 방사선에 의한 사망자는 전체의 약 5퍼센트, 나머지는 방사성 낙진에 의해 점진적으로 사망한다. 결국 원자폭탄이 떨어지면 엄청난 피해가 나오는 것은 사실이므로 이를 경원하는 것은 당연한 일이라 볼 수 있다.

그러나 근래의 예측은 원자폭탄이 뉴욕, 서울과 같은 대도시 한가운데 떨어지더라도 영화처럼 전도시가 초토화되지는 않을 것으로 생각한다.

미국 연방 위기관리기관(Federal Emergency Management Agency)은 미국의 수도 백악관에서 몇 단지 떨어진 구역에 10킬로톤짜리 핵무기가 터질 경우의 여파를 진단했다. 그 결과 사방 800미터 이내의 건물들이 산산조각이 나는 등 초토화되지만 폭발 지역 바깥에 있는 사람들은 생존할 수 있다고 예측했다. 냉전 당시 시나리오와 매우 다르다는 것이다.

워싱턴 중앙에서 폭발되더라도 사망자 수는 45,000명, 부상자는 323,000명 정도로 추정했다. 계절과 바람에 따라 차이가 있을 수 있지만, 폭발 근처에 있는 사람들은 처음 두 시간 동안 직접 피폭된 사람은 대부분 사망하게 된다.

 

흥미로운 것은 인간들의 본능으로 핵폭발의 섬광을 본 사람들은 폭발을 보기 위해 창문으로 몰려들어 10초 후에 폭발 5킬로미터 바깥에 있는 유리창까지 깨지면서 사람들이 부상을 입을 가능성이 높다는 것이다. 많은 사람들이 놀라 피폭 구간을 피해 도망가려 하겠지만, 바깥으로 나가게 되면 수 분 내에 치명적인 분량의 방서능에 노출될 수 있다는 것이다.

그러므로 학자들은 폭발 80킬로미터 내에 있는 사람들은 곧바로 지하주차장이나 지하실로 내려가라고 조언했다. 실외에 있던 사람은 집에 들어오자마자 옷이나 신발을 벗고, 낙진 덩어리를 털어내기 위해 머리를 빗어내라고 말했다.

재빨리 지하주차장이나 지하실로 내려가는 것이 중요한 것은 7시간 정도 지나면 방사선은 상당히 많이 흩어지기 때문이다. 여하튼 과거와 달리 서울에서 폭발한다고 해도 도심의 많은 건물과 지하철 등으로 피해는 크게 줄어들 것으로 예측했다. 적어도 핵폭발로 도시가 완전히 지구상에서 사라지지는 않는다는 것이다.

더구나 한국의 위와 같은 상황이 오지 않을 것이라는 매우 낙관적인 전망도 있다.

적어도 서울에 핵폭탄이 투하되지는 않는다는 것이다. 다소 낙관적이면서도 황당하다고 생각하는 사람들도 있겠지만 그 증거로 세계 정세에 밝은 헐리우드의 영화 주제는 대부분 미국의 뉴욕, 일본 등의 대도시를 대상으로 하지 서울은 아예 고려 대상도 아니라는 점이다.

더구나 대한민국의 자랑인 정의의 사자 ‘로보트 태권V'가 건재하는 한 우려할 필요가 없다. 김청기 감독이 새로 업그레이드된 로봇 태권 브이(V)를 개발하고 있는데 이 로봇은 핵폭탄이 발사되더라도 한국이 피해보지 않는 만반의 첨단 기술을 장착한다고 한다.

 

참고문헌 :

「도심에서 핵폭탄 터지면 어떻게 될까?」, The Korea Herald, 2012.03.27.

「[北 핵실험] 북한 핵폭탄 서울에 떨어지면 피해는 얼마나」, 이재원, 조선일보, 2013.02.12

『핵, 터놓고 얘기합시다』, 류창하, 김영사, 1992

『아인슈타인의 실수』, 송명재, 한국원자력문화재단, 1993

『우주의 충돌』, 다나 데소니, 김영사, 1996

『물리적 사고 길들이기』, 케이스 로케트, 에드텍, 1996

『대충돌』, 게릿 L. 버슈, 영림카디널, 2004.

『과학교과서 영화에 딴지를 걸다』, 이재진, 푸른숲, 2004

『거의 모든 것의 역사』, 빌 브라이슨, 까치, 2005

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