지난 3월, 서울 강동구 명일동의 한 도로에서 지름과 깊이가 20m 땅 꺼짐(싱크홀)이 발생해 이륜차(오토바이) 운전자가 숨졌다. 그 이후에도 도심 곳곳에서 크고 작은 싱크홀이 일어나고 있다. 싱크홀은 순식간에 발생하는 경우가 대부분이라 갑작스러운 땅 거 짐으로 사람이나 차가 추락하는 상황이 벌어질 수 있다. 싱크홀은 대체 왜 발생하는 것일까?
싱크홀의 원인
조신서대의 역사서인 세종실록에도 싱크홀과 비슷한 현상을 기록한 내용이 있다. 세종 18년 (1436년)에 '황해도 황주에 땅이 무너졌는데, 둘레가 9척이나 되고, 지름이 3척이나 되며 깊이가 70여 척이나 되었다. 밑에는 물이 피어 있었다' 는 기록이 있다. 이 당시에는 땅이 무너지는 현상을 보고 신들이 분노해서라고 해석했고 제사를 지냈다고 한다.
사실, 과학적인 면에서 싱크홀을 바라보면 싱크홀은 땅속에 빈 공간이 생기면서 지반(땅의 표면)을 지탱하는 힘이 약해셔 땅이 무너지는 현상이다.
오늘날 도로를 포장하는 아스팔트는 크게 두 가지 재료로 이루어져 있다. 끈적끈적한 검은색 액체, 석유에서 나오는 접착제 역할을 하는 비투멘(Bitumen)과 다양한 종류의 부서진 암석 조각들로, 아스팔트의 뼈대가 되는 골재(Aggregate)이다. 부서진 암석 조각들은 보통 현무암(Basalt), 화강암(Granite), 석회암(Limestone), 사암(Sandstone), 자갈(Gravel)로 되어있다.
특히 석회암은 주로 탄산칼슘(CaCO₃) 으로 이루어진 암석이다. 탄산칼슘은 산(acid)에 매우 약하다. 물은 대기 중의 이산화탄소(CO₂)를 조금 품고 있어서 약한 산성이다. 따라서 석회암에 물에 섞이고 서서히 녹아서 지하에 빈 공간이 생긴다. 그 공간이 점점 키 지면 위에 있던 흙이나 지표면이 지탱을 못하고 무너지게 된다. 그러면 땅이 꺼지면서 싱크홀이 생기게 되는 것이다.
또 한가지 원인으로는 낡은 상하수관이 있다. 국토교통부에 따르면 2019년부터 2023년까지 해마다 전국에선 100건이 넘는 싱크홀 사고가 발생했는데 상하수관 손상을 가장 큰 원인으로 꼽았다.
상하수관이 오래돼 낡고 파손되면, 물이 새어 나와 주변 흙을 씻어내면서 땅을 약하게 만든다. 또한 반대의 경우도 마찬가지다. 지하수가 흙과 돌을 붙잡아 주던 접착제 역할을 하는데 지하수가 빠지면서 땅이 건조해진다. 그렇게 되면 흙과 돌이 헐거워지면서 땅이 꺼지게 된다. 이에 지하수를 흘려보내는 작업이 필요한 지하철 공사도 도심에 싱크홀이 많이 일어나는 원인으로 볼 수 있다. 이번에 일어난 강동구 싱크홀 주변에서도 지하철 공사가 진행 중이었다.
싱크홀 예측이 어려운 이유
싱크홀 예측이 어려운 이유는 땅속이 보이지 않아 흙이 씻겨나가면서 천천히 빈 공간이 생길 때는 지표면이 눈에 띄게 변하기 전까지 아무런 징후가 없을 수 있기 때문이다. 땅속 빈 공간이 작을 때는 괜찮다가 임계점(한계)를 넘으면 갑자기 무너지기도 한다. 그렇기 때문에 예측이 어렵다.
싱크홀 위험을 알리는 "조짐"들
사람 눈으로도 가끔 포착할 수 있는 징후가 있다.
- 도로, 인도에 가는 균열이 생긴다.
- 집이나 건물 벽에 '실금(작은 금)'이 간다.
- 주변 땅이 살짝 가라앉거나 기울어진다.
- 배수구, 하수구 주변이 함몰된다.
- 이상하게 물이 잘 빠지지 않거나 웅덩이가 생긴다.
< 서울시의 '서울안전누리' 플랫폼을 통해 지반침하 위험 지역 정보를 확인할 수 있으며, 이상 징후 발견 시 '안전신문고' 앱을 통해 신고할 수 있다. >
자기 치유 아스팔트(self-healing asphalt)
최근 영국의 킹스칼리지 런던(King's College London)과 스완지대학교(Swansea University) 연구진이 갈라진 도로를 스스로 메우는 아스팔트를 개발했다.
연구진은 식물에서 유래한 미세한 포자(spore)를 활용하여 아스팔트에 재활용 식용유를 담은 마이크로캡슐을 삽입한다. 도로에 미세한 균열이 발생하면, 차량의 하중으로 인해 캡슐이 파열되어 내부의 오일이 방출되고, 이는 산화되어 딱딱해진 비투멘(bitumen)을 부드럽게 하여 균열을 자동으로 메우는 원리이다. 실험 결과, 이러한 미세 균열은 1시간 이내에 복구되었다.
이 연구에는 구글 클라우드와 협력을 통한 머신러닝기술이 활용되었으며 AI를 통해 비투멘의 산화 및 균열 형성 과정을 분자 수준에서 시뮬레이션하여, 자기 치유 아스팔트의 설계를 최적화하고 개발 속도를 높였다. 이 기술은 아직 실험 단계에 있지만, 영국 정부의 2050년 탄소 중립(net-zero) 목표와 맞물려 실용화를 위한 추가 연구와 시범 도입이 기대된다.
- The Guardian: Farewell potholes? UK team invents self-healing road surface
- Google Blog: How AI could make “self-healing” roads a reality