침투와 지하수

땅속에는 세계의 담수 호수와 강을 모두 합친 것보다 백 배 넘게 많은 민물이 있습니다.

땅속을 흐르는 강이 아닙니다

지하수라고 하면 동굴 속을 흐르는 강이나 동굴 속 호수를 떠올리는 사람이 많습니다. 석회암 지대에는 실제로 그런 곳이 몇 군데 있습니다. 하지만 지하수 대부분은 그런 동굴 속 물과는 전혀 다른 모습입니다. USGS는 지하수를 스펀지 속에 든 물에 비유합니다. 지하수는 모래와 자갈 알갱이 사이의 작은 틈, 그리고 바위의 갈라진 틈을 채우고 있습니다. 모래사장에 구덩이를 파 보면 바닥에 물이 고입니다. 구덩이 바닥이 어떤 높이에 닿은 것인데, 그 높이 아래로는 모래가 물로 가득 차 있습니다.

지표에서 지하수면까지

침투는 빗물이 땅속으로 스며드는 것을 말합니다. 스며든 물의 일부는 맨 윗층에 흙 속 수분으로 남습니다. 식물의 뿌리가 이 물을 빨아들이고, 식물은 증산으로 그 물을 다시 공기에 돌려보냅니다. 나머지 물은 계속 아래로 내려가는데, 수문학자들은 이것을 침루라고 부릅니다. 이 물은 먼저 틈에 공기와 물이 함께 섞여 있는 층을 지나 아래로 내려갑니다. 그리고 마침내 모든 틈이 물로 가득 찬 깊이에 이릅니다. 이 포화대의 윗면이 지하수면이고, 모형에서는 지하수면을 점선으로 그렸습니다.

지하수면은 평평하지 않습니다. 지하수면은 그 위에 있는 땅의 높낮이와 모양을 대체로 따라갑니다. 그래서 언덕 밑에서는 높고 골짜기 가까이에서는 낮지만, 땅의 모양보다는 더 완만합니다. 지하수면이 지표와 만나는 곳에서는 샘과 습지가 생기고, 가물어도 마르지 않고 흐르는 강이 생깁니다. 우물에 물을 댈 수 있을 만큼 물을 담고 흘려보내는 암석이나 퇴적층을 대수층이라고 합니다. 모래층과 자갈층은 물을 잘 담고 잘 흘려보내서 좋은 대수층이 됩니다. 반면 점토는 물을 담기는 하지만 너무 느리게 흘려보내기 때문에, 물을 막는 벽 역할을 합니다.

느리고 깊고 큰 저장고

중력과 압력은 지하수를 틈을 따라 아래쪽으로, 그리고 옆으로 밀어냅니다. USGS는 지하수가 다시 지표로 나오고, 강으로 들어가고, 바다로 흘러가며 순환을 이어 간다고 설명합니다. 지하수는 땅속 틈을 따라 아주 천천히 움직입니다. 그래서 몇 년, 길게는 몇천 년까지 땅속에 머물 수 있습니다. 지하수는 또 지구에서 얼음 다음으로 큰 민물 저장고이기도 합니다. USGS 표에 따르면 민물 지하수는 약 10,530,000 km³이며, 이는 전체 민물의 30.1%입니다. 민물 호수와 강을 합친 93,100 km³보다 백 배 넘게 많은 양입니다.

그렇기 때문에 지하수는 소중하면서도 잘못 쓰기 쉽습니다. NOAA는 어떤 수원은 다시 채워지는 데 오랜 시간이 걸린다고 설명합니다. 비가 대수층을 다시 채워 주는 속도보다 더 빨리 물을 퍼 올리면 여러 문제가 생깁니다. 먼저 지하수면이 내려가고, 그 때문에 우물과 샘이 마를 수 있습니다. 지하수에 기대어 흐르는 강의 유량도 줄어듭니다. 지하수에 닥치는 또 다른 위험은 오염입니다. 연료나 비료처럼 빗물과 함께 땅에 스며든 것은 지하수를 따라 몇 년씩 이동할 수 있습니다.

지하수가 모두 민물인 것은 아닙니다. USGS 표에서 짠 지하수는 약 12,870,000 km³로, 민물 지하수보다 조금 더 많습니다. 우물은 땅을 지하수면 아래까지 파 내려간 구멍입니다. 그러면 둘레의 틈에 차 있던 물이 그 구멍 안으로 흘러듭니다. 우물에서 물을 퍼 올리면 우물 둘레의 수위가 깔때기 모양으로 내려갑니다. 여러 우물이 가까이 모여 함께 물을 퍼 올리면, 지역 전체의 지하수면이 낮아질 수도 있습니다. 바닷가에서는 바다 쪽으로 흐르는 민물 지하수 아래에 짠물이 놓여 있습니다. 그래서 물을 너무 세게 퍼 올리면 그 짠물이 우물로 끌려 들어올 수 있습니다.