화산이 분화하면 화산재, 화산가스, 수증기가 하늘 높이 뿜어져 인간 활동이나 기후에도 심각한 영향을 미친다. 분출물 대부분은 여기까지 고도에는 닿지 않지만 2022년 1월 통가 화산 분화에 의해 생긴 분연은 관측 사상 최고 고도를 기록하고 있는 게 판명됐다.
1월 분화 고도를 파악할 때 옥스퍼드대학과 뮌헨응용과학대학 연구팀은 시차 효과에 근거한 새로운 방법을 활용했다. 이 분화로 생긴 분연이 대기를 뚫고 고도 57km에 이르렀고 화산재는 더 0.5km 정도 상승했을 가능성도 있다고 밝혔다. 또 연구자는 이번에 처음으로 50km에서 중간권에 돌입하는 분연이 직접 관측됐다고 주장하고 있다. 논문은 학술지 사이언스에 발표됐다.
보통 연기 높이를 알고 싶다면 적외선 위성에서 상단 온도를 측정해 추측할 수 있다. 대류권에선 고도와 함께 기온이 상승해 나가는 성층권 성질상 이 방법으로는 원래부터 고온인 화산 분연 높이를 정확하게 추측할 수 없는 문제가 생겨 버린다.
성층권을 돌파한 구름 높이를 구하기 위해서라도 위성 1기만으로부터 측정 온도를 맞출 수 없기 때문에 팀은 복수 기상 위성으로부터 데이터에 근거해 분연 고도를 구하는 새로운 방법을 이용했다. 통가를 지켜보는 정지위성 3개에서 얻은 데이터에 물체를 다른 지점에서 보면 보이는 방법에 차이가 나오는 현상인 시차효과를 응용한 것이다.
연구팀은 이 정도 높이 구름은 본 적이 없었지만 이는 훌륭한 성과라고 밝혔다. 또 이번 시차 효과를 이용한 방식을 통한 고도 추산은 위성 관측 범위가 뛰어난 지금이기 때문에 할 수 있었다며 10년 전이었다면 불가능했다고 밝히고 있다.
연구팀에 따르면 통가 화산 분연은 분화 15분 뒤에는 지상 25km. 10분 뒤에는 40km에 도달했다. 분화 30분 뒤 팀은 상공 34km에서 57km에 걸쳐 직경이 추정 90km 화ᅟᅡᆼ재 돔도 관측했다고 한다.
연구팀은 이 관측 기법을 이용해 여러 인공위성에서 화산 연기 높이를 계산하기 위한 자동화 워크플로우를 개발할 계획이다. 또 화산학자와 대기 과학자가 사용하는 자세한 데이터세트 생성에도 적용하기를 기대하고 있다. 그럼에도 불구하고 통가 연기가 너무 높아진 이유와 분화가 기후에 미치는 영향 등에 대한 의문 해명이 남아 있다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.