숨을 곳이 없다(2) - 핵전쟁이 사람들을 얼마나 죽일 것인가

핵전쟁의 즉각적인 영향

핵전쟁에서는 수백에서 수천 개의 폭발이 서로 몇 분 안에 일어날 것이다.

인도와 파키스탄 사이에 전쟁이 벌어져 약 100여 개의 15 킬로톤 핵무기들이 도시 지역에 발사된다면 2700만 명의 직접 사망자를 발생할 것이다.

 

400 킬로톤 이상의 핵탄두를 갖고 있는 미국과 러시아 사이에 전면적인 핵전쟁이 나면 최소 3억 6천만 명이 빠르게 사망할 것이다.* 그것은 미국 전체 인구보다 약 3천만 명이 더 많은 것이다.

 

* 이번 추정치는 2002년 전략공격능력삭감조약(SORT)** 제한에 따라 러시아와 미국이 각각 최대 2200개의 전략 탄두를 배치할 수 있음을 가정하고 100kt급 무기 4400여 개를 동원한 전면 핵전쟁이 발생했을 경우를 가정한 시나리오에 따른 것이다. 2010년 발효된 새로운 STARTⅢ*** 조약은 미국과 러시아가 배치한 장거리 핵전력을 1,550개의 탄두로 더욱 제한한다. 그러나 오늘날 러시아와 미국의 전략핵 전력의 평균 생산량이 100 킬로톤을 훨씬 초과하기 때문에, 약 3,000개의 무기를 포함하는 두 나라 사이의 완전한 핵 교환(전쟁)은 위와 비슷한 직접적인 사상자와 매연을 배출할 가능성이 있다.

 

** 2002년 5월에 미국과 러시아가 서명한 전략 공격무기 삭감에 관한 새로운 조약으로, '모스크바조약'이라고도 한다. 12년 말마다 각각 전략 핵탄두가 1700~2200개를 넘지 않도록 삭감할 것을 약속한 것으로, 2003년 6월에 발효되었다. 양국은 이 제한 안에서 어떠한 구성(대륙간 탄도미사일·잠수함 발사 탄도미사일 등의 비율)으로 전략 공격무기를 유지할 것인가에 관한 내용을 자유로이 결정할 수 있다. (네이버 지식백과, 두산백과)

 

*** 1993년 1월 미국 대통령 조지 부시와 과 러시아 대통령 보리스 옐친이 2단계 전략무기 감축협상(STARTⅡ)에 서명, 2003년까지 대륙간 탄도미사일을 500기 정도로 줄이고, 잠수함 발사 미사일도 1,750기 수준으로 제한하기로 하였다. 2000년 4월 17일 스위스 제네바에서 이틀 동안 3단계 전략무기 감축협정(STARTⅢ)을 통해 보유 핵탄두를 2,500기, 2,000기로 줄이는 것에 대해 협상하였다. START는 앞서 체결된 중거리 핵전력(INF) 폐기협정과 함께 세계적인 핵위협 제거에 중대한 진전으로 평가되고 있다.(네이버 지식백과, 두산백과)

 

러시아와 미국의 전면적인 핵전쟁에서, 양국은 서로의 조국을 향해 핵미사일을 쏘는 데 그치지 않고 핵무기를 보유한 국가들을 포함한 다른 국가들을 겨냥할 것이다. 이들 국가는 보복으로 일부 또는 모든 무기를 발사할 수 있다.

영국, 중국, 프랑스, 이스라엘, 인도, 파키스탄, 그리고 북한은 현재 총 1,200개 이상의 핵탄두를 보유하고 있다.

그러한 통계가 끔찍하지만, 핵 갈등의 첫 며칠 안에 수천에서 수억 명의 사람들이 죽고 다치는 것은 결국 전 세계를 아우르게 될 재앙의 시작일 뿐이다.

지구 기후 변화, 광범위한 방사능 오염, 그리고 사실상 모든 곳에서의 사회적 붕괴로 인해 핵전쟁의 생존자들은 현실적으로 수십 년 동안 싸워야 할 수도 있다.

크든 작든 간에 핵전쟁이 일어난 지 2년이 지나면 기근만으로도 전쟁 자체에 관련된 수백 건의 폭탄 폭발보다 10배 이상 치명적일 수 있다.

핵전쟁의 장기적인 결과

최근 몇 년 사이 미국 일부 군사·정책계에서는 제한적 핵전쟁을 치르고 승리할 수 있다는 인식이 확산되고 있다. 그러나 많은 전문가들은 한정된 수의 핵폭탄만으로 하는 제한된 핵전쟁이 지속적으로 유지될 것 같지 않다고 믿는다. 한 번의 전술핵 공격이나 두 나라 사이의 티격태격 핵 교환으로 시작해서 전면적인 핵전쟁으로 확대됨으로 인해 결국은 양국이 즉각적이고 완전하게 파괴되는 상황으로 끝나게 될 수 있다.

그러나 그 재앙은 그 두 교전국과 그들의 동맹국에만 국한되지 않을 것이다.

핵폭발의 끔찍하고 명백한 국지적 결과로 인해 핵폭발의 장기적, 지역적, 세계적 영향은 공개 토론에서 감추어졌다. 대신 군사 계획자들은 핵폭발이 민간 및 군사 목표에 미치는 핵전력의 능력을 추정하는 임무를 띠고 있기 때문에 핵폭발의 단기적 영향에 초점을 맞추었다. 폭발, 국소적인 방사능 낙진, 전자기 펄스(전자장비를 손상시킬 수 있는 강한 전파 폭발)는 모두 군사적 관점에서 핵무기 사용을 통해서 원했던 결과이다.

그러나 많은 핵폭발로 인한 광범위한 화재와 기타 세계적인 기후 변화는 전쟁 계획과 핵 정책에 설명되어 있지 않을 수 있다. 이러한 부수적인 영향은 예측하기 어렵다. 대부분의 군사 계획가들은 그런 영향들을 평가하기 위한 과학적 지식을 갖추고 있거나 고려하지 않고 있다. 하지만, 핵전쟁 이후 몇 년 동안, 그러한 부수적인 피해로 인해 지구상 인구의 절반 이상이 죽을 수 있다.

지구 기후 변화

1980년대 이후, 핵전쟁의 위협이 새로운 정점에 도달함에 따라, 과학자들은 핵전쟁이 지구 시스템에 미치는 장기적이고 광범위한 영향을 조사해왔다.

미국 과학자들은 대기 온도의 수직 종단면을 시뮬레이션하는 복사 대류 기후 모델을 사용하여, 핵전쟁 이후 핵무기로 불붙은 대규모 산불로 인해 발생하는 연기로 인해 핵 겨울이 발생할 수 있다는 것을 처음으로 보여주었다.

두 명의 러시아 과학자들은 후에 지구 기온이 바다보다 육지에서 더 낮게 떨어져 잠재적으로는 전 세계적으로 농업 붕괴를 일으킬 것이라는 것을 보여주는 최초의 3차원 기후 모델링을 수행했다.

처음에는 시나리오와 관련된 물리적 매개 변수의 불확실성으로 인한 부정확한 결과로 인해 서로 경쟁을 벌였지만, 핵 겨울 이론은 이제 더 정교한 기후 모델에 의해 지지받고 있다.

초기 연구에서 기술된 핵겨울의 기본적인 메커니즘이 오늘날에도 여전히 유지되고 있지만, 대부분의 최근의 계산은 핵전쟁의 영향이 이전에 생각했던 것보다 더 오래 지속되고 더 나쁠 것이라고 보이고 있다.

 

1945년 8월 6일 일본 히로시마에 원자폭탄("리틀 보이")이 투하되고 몇 시간 후에 대규모 화재로 인해 거대한 구름이 발생하였다. (US Army)

성층권 매연 주입

열핵 폭발로 인한 열과 폭발은 매우 강력해서 도시와 시골 지역 모두에서 대규모 화재를 일으킬 수 있다. 뉴욕이나 워싱턴 DC와 같은 도시에서 300 킬로톤의 폭발이 일어나면 어떤 날씨 조건에도 변하지 않고 최소한 반경 5.6킬로미터(3.5마일)의 대규모 화재가 발생할 수 있다. 그 지역의 공기는 먼지, 불, 연기로 변할 것이다.

그러나 핵전쟁은 한 도시에만 불을 지르는 것이 아니라 수백 개의 도시를 동시에 불태울 것이다. 인도와 파키스탄 사이의 지역 핵전쟁조차도 지구 기후 변화를 일으킬 가능성이 있는 도시와 산업 지역에 광범위한 화재 폭풍을 일으켜 수십 년 동안 지구상의 모든 형태의 생명체를 삶을 방해할 수 있다.

핵전쟁 후 대규모 화재에서 나오는 매연은 지구의 상층 대기인 성층권에 엄청난 양이 주입될 수 있다. 인도와 파키스탄이 각각 평균 15kt의 핵탄두 총 100개를 발사하는 전면적인 핵전쟁을 벌인다면 약 500만 톤(또는 5Tg, 테라그램)의 성층권 하중이 증가될 수 있다. 이것은 이집트의 기자 피라미드*가 분쇄되어 과열된 먼지로 변한 것과 같은 양에 맞먹는 것이다.

 

* 세계 7대 불가사의 중 하나이다. 이집트를 넘어 세계적으로 손꼽히는 고대 유적이다. 이집트 기자에 위치해 있다. 지금으로부터 약 4500년 전인 기원전 2560년 무렵 고대 이집트 왕국 제4왕조 시대에 만들어졌다. 기자 피라미드는 쿠푸왕의 피라미드, 카프레왕의 피라미드, 멘카우라왕의 피라미드 등 크게 3개로 나눌 수 있다. 가장 큰 규모를 자랑하는 쿠푸 왕의 대피라미드는 완공까지 20년 걸렸다고 한다. 높이는 약 147m, 밑변의 길이는 230m이다. 건축 당시 들어간 돌의 전체 무게는 약 5900만 톤, 약 230만 개의 석회암과 화강암이 사용된 것으로 추정된다. 1311년 잉글랜드에 링컨 대성당이 세워지기 전까지 무려 3800년간 세계에서 가장 높은 건축물로 알려졌다. 건축 당시 꼭대기에 금으로 만든 피라미드 꼭지 모양이 있었으나 도난당했다. (네이버 지식백과)

 

그러나 이러한 낮은 추정치는 2000년대 후반으로 거슬러 올라간다. 이후 인도와 파키스탄은 핵탄두 수와 위력 면에서 핵무기를 크게 확대했다. 2025년까지 인도와 파키스탄은 각각 최대 250개의 핵무기를 보유할 수 있으며, 작은 것의 위력이 12 킬로톤, 최대 수백킬로톤이다. 인도와 파키스탄의 핵전쟁은 최대 47Tg의 매연을 성층권으로 보낼 수 있다.

비교하자면, 최근 2017년 캐나다와 2019년과 2020년 호주에서 발생한 비극적인 산불은 각각 0.3Tg, 1Tg의 연기를 내뿜었다. 그러나 화학 분석 결과, 화재에서 발생하는 연기의 극히 일부만이 순수 매연(각각 0.006 및 0.02 Tg)인 것으로 나타났다. 나무만 타고 있었기 때문입니다. 핵전쟁에 따른 도시 화재는 더 많은 연기를 만들어낼 것이고, 매연의 비중은 더 커질 것이다.

그러나 이 두 번의 대규모 산불은 연기가 성층권 아래쪽으로 유입될 때 햇빛에 의해 가열됨으로 인해 10~20km(3만 3000~6만 6000피트)의 높은 고도까지 상승하여 성층권에 머무는 시간이 길어진다는 것을 보여주었다. 이것은 정확히 과학자들이 핵전쟁의 장기적인 영향을 더 잘 시뮬레이션할 수 있게 하는 메커니즘이다. 그들의 모델로, 연구원들은 이러한 큰 산불에서 나오는 연기를 정확하게 시뮬레이션할 수 있었고, 핵 겨울을 유발하는 메커니즘을 더욱 뒷받침할 수 있었다.

 

화산 폭발로 인한 기후 반응은 핵전쟁의 장기적인 영향을 이해하는 기초가 되기도 한다. 화산 폭발은 일반적으로 성층권으로 보내진 화산재와 먼지가 지구로 오는 햇빛을 우주로 반사시켜 지구의 표면을 일시적으로 냉각시킨다. 마찬가지로, 핵겨울 이론에서, 핵전쟁 이후 화재로부터 성층권에 매연 에어로졸을 대량 주입함으로 인한 기후적 영향은 성층권의 가열, 오존 고갈, 그리고 이 구름 아래의 표면에서의 냉각으로 이어질 것이다. 화산 폭발은 그 크기가 핵폭발 수준과 비슷하거나 심지어 능가할 수 있기 때문에 유용하다. 예를 들어, 2022년 남태평양 통가의 화산섬 훈가의 수중 화산은 61 메가톤의 TNT에 해당하는 폭발 에너지를 방출했다. 그것의 기둥은 약 56킬로미터(35마일)까지 올라가서, 성층권에 50 Tg 이상(최대 146 Tg까지)의 수증기를 주입했고 거기에서 수년을 머무를 것이다. 성층권의 물이 이렇게 많이 주입되면 일시적으로 기후에 영향을 미칠 수 있다.

2022년 훈가 통가 화산 폭발의 항공 영상. 증기 기둥은 최대 56킬로미터(35마일)의 고도에 도달했고 성층권에 50테라그램 이상의 수증기를 주입했다.  (Tonga Geological Services via  YouTube )

러시아의 우크라이나 전쟁이 시작된 이후, 푸틴 대통령과 다른 러시아 관리들은 서방 국가들이 직접적인 군사 개입을 하지 못하도록 하기 위해 반복적으로 핵 위협을 가해왔다. 만약 러시아가 미국 및 기타 NATO 국가들과 핵전쟁을 자발적이거나 우발적으로 시작한다면, 완전한 핵 교환(전쟁)에 수반되는 파괴적인 핵폭발의 수는 150 Tg 이상의 매연을 성층권으로 방출할 수 있으며, 이는 실질적으로 수십 년에 걸쳐 지구상의 모든 형태의 생명체를 붕괴시킬 수 있는 핵겨울로 이어질 수 있다.

다양한 핵전쟁 시나리오와 관련된 성층권 매연 주입은 대기, 해양 및 육지의 변화를 포함하여 광범위한 주요 기후 및 지구 생물의 화학적 변화를 초래할 것이다. 1980년대의 모델들이 성층권으로 상승하는 연기 기둥 현상을 적절하게 나타내지 못했기 때문에 이러한 세계적인 기후 변화는 이전에 생각했던 것보다 더 오래 지속될 것이다. 이제 핵폭풍으로 인한 매연이 생각했던 것보다 훨씬 더 높게 성층권까지 상승할 것이기 때문에 "검은 비" 형태의 매연 제거 메커니즘이 상상했던 것보다 느릴 것으로 이해되었다. 일단 연기가 햇빛에 의해 가열되면, 그것은 80 킬로미터 (50 마일)의 고도로 스스로 상승시켜 중간권(지상 50~80킬로미터 사이의 지구 대기층)을 관통할 수 있다.

대기의 변화

매연이 대기 상층에 주입된 후, 그것은 지구 표면에 도달하는 일부 직사광선을 차단하고 온도를 낮추면서 몇 달에서 몇 년 동안 그곳에 머무를 수 있다. 적도 부근 20km(12마일) 이상, 극지방 7km(4.3마일) 이상에서는 핵폭풍에 의해 주입된 연기가 태양으로부터 더 많은 방사선을 흡수하여 성층권을 가열하고 성층권의 순환을 교란시킨다.

성층권에 흡수성이 높은 검은색 탄소 에어로졸이 존재하면 성층권 온도가 상당히 높아진다. 예를 들어, 지역 핵전쟁 시나리오에서 5Tg의 매연이 주입되면, 성층권의 온도는 4년 후에도 섭씨 30도 상승된 상태를 유지할 것이다.

성층권에서 관측된 극도의 열은 핵전쟁 이후 처음 몇 년 동안 지구 전체적인 오존층의 평균적인 손실을 증가시켜 지구상의 사람과 다른 생명체를 자외선의 심각한 건강 및 환경 영향으로부터 보호하지 못할 것이다. 시뮬레이션에 따르면 3일간 지속된 지역 핵전쟁에서 성층권에 5Tg의 매연을 주입하면 전 세계적으로 오존층이 25% 감소하며 복구에는 12년이 걸릴 것으로 나타났다. 세계 핵전쟁이 발생하여 150 Tg의 매연이 성층권에 주입되면 오존이 15년 동안 지속적으로 감소하면서 결국에는 전 세계 오존의 75%가 손실될 것이다.

토지의 변화

성층권에서 매연이 주입되면 지구에 도달하는 햇빛의 양, 대기 온도, 그리고 강수량을 포함한 모든 것이 지구 표면의 변화를 이끌 것이다.

지구를 보호하는 오존층이 손실되면 수년 동안 지표면에서 극도로 높은 자외선(UV)이 발생하여 인간의 건강과 식량 생산에 위험을 초래할 것이다. 최근 추정에 따르면 지구촌 핵전쟁 이후 오존 손실로 인해 열대 자외선 지수가 35 이상으로 발생할 것이며, 이는 전쟁 후 3년 후에 시작하여 4년 동안 지속될 것이다. 미국 환경 보호국은 자외선 지수가 11이면 "극한" 위험을 초래한다고 간주한다. 자외선 지수가 12에서 15분 노출되면 사람의 피부가 햇볕에 타게 된다. 세계적으로, UV-B* 범위의 평균 햇빛은 20퍼센트 증가할 것이다. 높은 수준의 UV-B 방사선은 사람에게 햇볕에 타거나 노화, 피부암, 백내장을 일으키는 것으로 알려져 있다. 또한 잎의 팽창과 식물의 성장에 필요한 광분해 반응을 억제한다.

 

* 280∼315 nm 파장 영역을 가지는 자외선을 말한다. 오존에 의한 흡수 영향을 강하게 받는다. 오존층이 파괴되어 UV-B가 지표면에 과도하게 도달하게 되면 피부암과 백내장 등을 유발하고 농작물과 플랑크톤 등에도 해를 미친다.(네이버 지식백과)

 

대규모 화산 폭발 후 기후 영향에 대한 개략적인 개요. Source: Timmreck, 2012.

성층권으로 올라오는 연기는 지구 표면으로 들어오는 태양 복사량을 감소시켜 지구 표면 온도와 강수량을 극적으로 감소시킬 것이다.

인도와 파키스탄의 핵 교환(전쟁)으로 인해 5 Tg의 비교적 적은 매연이라고 해도 지난 1,000년 동안 지구상에서 가장 낮은 기온인 중세 이후의 작은 빙하기보다 낮은 온도를 발생시킬 수 있다. 지역 핵전쟁으로 인해 5Tg의 매연이 성층권으로 주입되면 잠재적으로 지구 평균 온도가 섭씨 1도까지 떨어질 수 있다.

 

비록 그들의 핵무기는 냉전 종식 이후 규모와 평균 생산량이 감소했지만, 미국과 러시아 사이의 핵 교환(전쟁)이 일어나면 여전히 훨씬 더 심각한 핵 겨울이 시작될 것이며, 북반구 대부분은 여름 동안에도 영하권에 직면할 것이다. 세계적인 핵전쟁으로 인해 150 Tg의 매연이 성층권에 주입되면 빙하기
때보다 3도 낮은 섭씨 8도까지 온도를 떨어뜨릴 수 있다.

어떤 핵전쟁 시나리오에서든, 기온 변화는 중위도 및 고위도 농업에 가장 큰 영향을 미쳐, 작물 수확 기간이 줄어들며 심지어 그 시즌 동안의 온도도 감소시킨다. 기온이 영하로 떨어지면 해빙(海氷)과 육지의 눈덩이가 크게 확장되어 식량 부족을 초래하고 지금은 문제가 되지 않는 중요한 항구로의 운송에 해빙(海氷)이 영향을 미칠 수 있다.

핵전쟁 이후 지구 평균 강수량도 크게 줄어들 것이다. 왜냐하면 지표면에 도달하는 태양 복사의 양이 줄어들면 온도와 물의 증발 속도가 줄어들 것이기 때문이다. 강수량 감소는 열대지방에서 가장 클 것이다. 예를 들어, 5Tg의 매연 주입만으로도 아시아 몬순 지역의 강수량은 40% 감소할 것이다. 남아메리카와 아프리카도 강우량이 크게 떨어질 것이다.

해양의 변화

어떤 핵전쟁이라도 가장 오래 지속되는 악영향은 바다와 관련이 있을 것이다. 핵전쟁의 위치와 규모에 상관없이, 화염 폭풍으로 인한 연기는 빠르게 성층권에 도달하여 전 세계로 퍼져나가 햇빛을 흡수하고 해양 표면으로 가는 태양 복사를 감소시킬 것이다. 해수면은 높은 열용량(즉, 질량 단위당 온도를 올리는 데 필요한 열의 양)으로 인해 대기와 육지보다 햇빛 방사의 변화에 더 느리게 반응할 것이다.

전 세계 해양 온도는 핵전쟁 이후 3~4년 만에 가장 크게 감소가 시작돼 인도-파키스탄 전쟁(성층권에 47Tg의 연기를 주입한 전쟁)의 경우 약 3.5도, 전 세계 미-러 전쟁(150Tg)의 경우 약 6도가 떨어질 것으로 보인다. 일단 식으면, 바다는 성층권에서 매연이 사라지고 태양 복사가 정상 수준으로 돌아간 후에도 전쟁 전의 온도로 돌아가는데 훨씬 더 많은 시간이 걸릴 것이다. 변경 지연 및 지속 시간은 깊이에 따라 선형적으로 증가한다. 비정상적으로 낮은 온도는 지표면 근처에서 수십 년 동안 지속되고, 수심에서는 수백 년 이상 지속될 가능성이 있다. 지구 전체 규모의 핵전쟁(150 Tg)이 발발할 경우, 북극 해빙(海氷)으로 인한 해양 온도 변화는 수천 년 동안 지속될 가능성이 높다.

태양 복사와 해양 표면의 온도가 떨어지기 때문에 해양 생태계는 초기의 작은 혼란과 새롭게 오래 지속되는 해양 상태 모두에 의해 크게 파괴될 것이다. 이것은 어업과 같은 생태계 서비스에 세계적인 영향을 미칠 것이다. 예를 들어, 해양의 순수 1차 생산량(해양 먹이사슬의 기초를 구성하는 플랭크톤 같은 해양 조류의 새로운 성장을 나타내는 척도)은 핵전쟁 이후 급격히 감소할 것이다. 미-러 시나리오(150Tg)에서, 전 세계 해양의 순수 1차 생산량은 전후 몇 달 동안 거의 절반으로 줄어들 것이며, 4년 동안 20~40%의 감소율을 유지할 것이며, 가장 큰 감소폭은 북대서양과 북태평양에서 발생할 것이다.

Image by IPPNW

참조. https://thebulletin.org/2022/10/nowhere-to-hide-how-a-nuclear-war-would-kill-you-and-almost-everyone-else/#section2 

 

숨을 곳이 없다 - 핵전쟁이 사람들을 얼마나 죽일 것인가(1)