By MATT SIMON, WIRED US

건물과 콘크리트를 확장 중인 멕시코시티는 지반이 약한 곳처럼 보이지 않지만, 실제는 다르다. 스페인 정복자가 텍스코코 호수의 물을 모두 끌어 올리면서 도시화 계획을 진행했을 당시 땅에 서서히 압력을 가했다. 이를 침하 현상이라고 말한다. 침하 결과는 매우 암울하다. 멕시코시티는 매년 최대 20인치씩 가라앉고 있으며, 기반 시설의 갑작스러운 붕괴를 초래하고 있다.

지반 침하 탓에 붕괴 위험이 있는 기반 시설 중에는 뉴욕에 이어 북미에서 두 번째로 규모가 큰 멕시코시티 지하철 체계도 있다. 현재 여러 과학자로 구성된 연구팀이 위성 이미지를 이용해 멕시코시티 전역의 침하 속도를 자세히 측정하고는 지반 침하로 붕괴될 위험성이 있는 철로 지도를 구축하고 있다. 멕시코 국립자치대학교 원격 감지 과학자 다리오 솔라노 로자스(Darío Solano‐Rojas) 박사는 “멕시코시티에 있다면, 건물이 살짝 기울어지는 것에 익숙해졌을 수도 있다. 철로가 불안정하게 변하는 것을 느낄 수 있다. 멕시코시티에서 지하철에 탑승하면, 지하철이 이상하게 움직인다는 느낌이 들 것이다. 지하철을 타면서도 위험한지 알지는 못할 것이다. 위험하다고 느끼면서도 실제 위험성은 확신하지 못할 것이다”라고 설명했다.

솔라노 로자스 박사는 사이언티픽리포트에 게재한 최신 연구 논문에서 멕시코시티 지하철의 불확실한 침하 위험성을 분석했다. 솔라노 로자스 박사 연구팀은 2011년과 2020년 사이 멕시코시티 전역의 철로 변화를 측정했다. 침하는 균등하게 진행되지 않았다. 여러 요인이 침하 속도를 좌우했다. 전 세계에서 가장 심각한 침하 원인은 과도한 지하수 추출이었다. 지하수를 펌프로 모두 끌어 올린 후 지하수가 있던 땅은 빈 물병이 찌그러지듯 붕괴된다. 인도네시아 자카르타가 매년 최대 10인치씩 가라앉는 이유이다. 캘리포니아 산 호아킨 밸리 일대는 지난 100년 동안 28피트 가라앉았다. 농부가 지하수를 과도하게 끌어 올린 결과이다.

멕시코시티도 물 부족 위기 악화 때문에 자카르타, 산 호아킨 밸리와 비슷한 방식으로 지하수를 끌어 올렸다. 솔라노 로자스 박사는 “지하는 스펀지 같은 형태이다. 물을 끌어 올리면, 지반은 용량이 사라지면서 형태가 무너진다”라고 설명했다. 지반이 제 형태를 유지하는 데 필요한 지하 퇴적물 수준은 도시의 특정 영역마다 다르다. 텍스코코 호수는 모든 영역의 진흙과 모래 비율이 동등하게 분포되지 않았다. 솔라노 로자스 박사는 “지하 퇴적물의 양은 표면의 다양한 행동을 생성한다”라고 말했다.

멕시코시티 전역의 침하율은 연간 20인치부터 단단한 화산 바위 위에 형성된 곳은 0인치까지 차이가 크다. 땅의 침하 수준이 단순히 특정 거리나 블록 단위마다 다른 것이 아니라 면적마다 다른 부등 침강 현상이 발생한다. 도로나 철로, 건물의 시작 지점과 끝 지점의 침하 수준이 다르다면, 지반이 불안정해질 것이다.
 
바로 멕시코시티 아카티트라역(Acatitla Station) 도로 교통 장벽이 기울어진 이유이기도 하다. 오세아니아역(Oceanía Station)의 철로도 같은 이유로 일부 구간에 경사가 형성되었다. 솔라노 로자스 박사는 “지하철 체계의 일부분이 초기 설계 당시 구상한 것보다 더 빠른 속도로 이동한다는 사실을 확인했다”라고 전했다. 연구팀의 연구는 지하철의 고가 철로 중 약 50%는 지반 침하 수준이 다르다는 사실을 확인했다. 지하철 체계의 일반적인 운영 한계 기간인 50년보다 더 이른 시점에 재건이나 수리로 운영 최적화 상태를 유지해야 한다는 의미이다.

멕시코시티 지하철 운영사인 시스테마 데 트랜스포트 코렉티보(Sistema de Transporte Colectivo, STC)는 지반 침하와 관련하여 여러 차례 보낸 문의에 답변하지 않았다.

지하철 체계는 기본적으로 다양한 노선망 형태로 도시 전역에 확장되었다. 멕시코시티에는 지하철 체계는 지하에서 운행하는 지하와 지상을 오가는 철로 구간, 철로보다 높은 구간에 있는 승강장 등 총 140마일에 이르는 노선이 있다. 솔라노 로자스 박사는 “멕시코시티 지하철 노선은 지반이 매우 안정적인 곳에서부터 매년 30cm~40cm 수준으로 가라앉는 곳까지 오간다. 따라서 연구를 통해 침하 피해 위험성이 가장 큰 곳을 찾고자 했다”라고 말했다.

지반 침하 피해는 몇 가지 형태로 나타난다. 땅이 가라앉을 때는 빗물이 고일 정도로 패인 부분이 있어 철로를 따라 고인 빗물이 넘쳐나는 원인이 된다. 지하철 동력을 공급하는 전기 시스템으로도 빗물이 넘쳐나면, 지하철 운행이 엉망이 된다.

지반 높이 변화는 철로 등급 상승 원인이 될 수도 있다. 솔라노 로자스 박사는 멕시코시티 지하철 체계의 경사가 최대 3.5%인 상태에서 운행하도록 설계되었으나 일부 철로가 늘어나면서 지반 침하 때문에 경사가 두 배 증가했다고 설명했다. 솔라노 로자스 박사 연구팀의 연구에는 참여하지 않은 버지니아공과대학 환경 보안 전문가 마누체르 쉬르자에이(Manoochehr Shirzaei)는 “열차는 철로가 조금 변해도 탈선하기 쉽다. 대다수 기반 시설에는 특정 수준의 한계가 있다. 특정 수준의 지반 침하 차이를 견딜 수 있으나 종종 멕시코시티 상황과 같이 침하 속도는 견딜 수 있는 수준으로 계산되지 않는다”라고 설명했다.

솔라노 로자스 박사 연구팀은 2021년, 열차 이동 중 붕괴된 올리보스역 주변의 철도가 다른 도로 상부로 지나가는 구간이 침하된 사실을 확인했다. 솔라나 로자스 박사는 “2021년 이전에도 부분 분석 작업을 진행하면서 올리보스역 일대의 변위 차이를 감지했다. 이때 언젠가는 붕괴 사고가 발생할 가능성을 예측했다. 올리보스역 일대 연구 결과가 우연이 아니라고 생각한다”라고 말했다. 솔라노 로자스 박사는 침하가 원인이 된 사고의 잠재적 원인은 추가 평가가 필요하다는 사실을 조심스레 말했다. 멕시코시티의 공식 조사 담당 기관은 부실 공사를 붕괴 사고 원인으로 지목했으나 침하는 언급하지 않았다.

연구팀은 연구 과정에서 지하 철도 구간이 아닌 지상 철도 구간을 조사했다. 기본적으로 지상 철도 구간은 시각적 검증이 가능하다. 멕시코시티의 지상 철도 구간을 촬영한 사진으로 지탱하는 기둥의 침하 수준 차이를 한눈에 볼 수 있다. 연구팀은 지하철 체계 운영사에 지하철 침하 속도 정보를 전달하여 사고 발생 위험성을 막는 데 도움이 되기를 바랐다. 엔지니어는 철도 아래에 시설을 지탱할 물질을 추가하여 손실을 복구할 수 있다. 하지만 지하철 안정성 강화는 생각보다 훨씬 더 어려운 일이다. 쉬르자에이 박사는 “침하 문제를 보완할 콘크리트가 없다. 침하 현상이 발생할 때 주로 건설 작업을 중단하고 새로운 선로를 개방하려 한다”라고 말했다.

침하 현상은 멕시코시티에서만 발생하는 문제가 아니다. 2024년 초 쉬르자에이 박사 연구팀은 미국 동부 해안가 기반 시설이 매우 느리면서도 꾸준히 진행되는 침하 탓에 심각한 문제가 존재한다는 점을 확인했다. 연구팀은 2만 9,000제곱마일에 이르는 대서양 일대가 매년 0.08인치씩 가라앉고 있으며, 1,400만 명과 주택 600만여 채가 침하 영향을 받을 것으로 추산했다. 또, 1,400제곱마일 상당의 면적은 매년 0.2인치씩 가라앉는다는 조사 결과를 발표했다.

부등침하는 철로 이외에도 제방, 공항 등 다른 주요 기반 시설의 안정성도 위협한다. 뉴욕과 같은 대도시는 이미 침하 문제를 더한 땅을 누르는 무게 문제도 있다. 베이에어리어 지역도 침하가 진행 중이다. 미국 동부 해안가와 서부 해안가 모두 해수면이 상승하면서 침하 문제가 더 악화되는 추세이다. 땅은 가라앉고, 해수면은 더 상승한다.

세계 어느 곳이든 침하 현상이 발생하는 곳에서는 지하수를 과도하게 끌어 올리는 일을 멈추어 침하 속도를 늦춰야 한다. 최신 시스템은 대수층에 가하는 압력을 완화한다. 화장실 물을 정화하여 식수로 재활용하는 시스템 비용은 날이 갈수록 더 저렴해진다. 빗물이 지하 대수층에 흡수되어 기본적으로 침하를 막을 땅이 다시 팽창하도록 할 수 있는 녹지 공간이 풍부한 스펀지 기반 시설을 구축하는 도시도 증가하는 추세이다. 기후변화가 원인이 된 멕시코시티를 비롯한 세계 각지의 가뭄 현상 악화 추세가 지하수 공급 압박을 더하므로 침하 속도를 늦추려는 노력이 시급하다.

위성 데이터가 증가하면서 많은 도시가 즉각 피할 수 없는 침하 문제에 더 현명하게 대비할 수 있을 것이다. 솔라노 로자스 박사는 “각국 정부가 지반 침하 연구를 활용하여 기반 시설 건설 시 더 체계적인 대응 계획을 세울 기회를 얻을 수 있다고 생각한다”라고 전했다.

** 위 기사는 와이어드US(WIRED.com)에 게재된 것을 와이어드코리아(WIRED.kr)가 번역한 것입니다. (번역 : 고다솔 에디터)

<기사원문>
Mexico City’s Metro System Is Sinking Fast. Yours Could Be Next