녹아내리는 빙하, 지구 해양 시스템을 뒤흔들다

"[기후 변화 심층 분석] 녹아내리는 빙하, 지구 해양 시스템을 뒤흔들다: 숨겨진 위협과 미래 전망"

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우리가 눈으로 직접 보지 못하는 깊은 바닷속에서, 지구의 미래를 송두리째 바꿔놓을 거대한 변화가 조용히 진행되고 있습니다. 바로 빙하가 녹아내리면서 발생하는 해양 시스템의 변화입니다.

지난 수 세기 동안, 지구의 해양은 인류가 배출한 엄청난 양의 이산화탄소 중 약 30%를 흡수하고, 과잉 열에너지의 90% 이상을 흡수하며 지구 온난화를 늦추는 '숨겨진 영웅' 역할을 해왔습니다. 하지만 이제 그 균형이 심각하게 흔들리고 있습니다. 북극과 남극의 빙하가 기록적인 속도로 녹아내리기 시작하면서, 해양의 완충 능력이 점점 약화되고 있으며, 그 영향은 우리가 예상하는 것보다 훨씬 빠르고 복잡하게 나타나고 있습니다.

최근 Earth’s Future 저널에 발표된 콜로라도대학교 연구팀의 획기적인 연구는 이 문제를 더욱 심층적으로 파고듭니다. 연구팀은 4가지 시뮬레이션을 통해 남극과 그린란드에서 유입되는 담수가 해양의 열과 탄소 저장에 미치는 복잡한 상호작용을 분석했습니다. 그 결과, 빙상 융해로 인해 생성된 담수는 열과 탄소 저장에 각각 완전히 다른 영향을 미치는 것으로 밝혀졌습니다. 즉, 양 극지방의 담수 유출은 열과 탄소 저장에 대한 바다의 '오랜 기억'과 '균형'을 근본적으로 무너뜨리고 있다는 것입니다. 이는 단순히 빙하가 녹아 해수면이 상승하는 문제를 넘어, 지구 시스템 전체의 안정성을 위협하는 심각한 문제입니다.

사라져가는 빙하, 담수화되는 해양: 되돌릴 수 없는 변화의 시작?

위성 관측 결과에 따르면, 2002년 이후 남극은 연평균 107기가톤(Gt), 그린란드는 261기가톤의 얼음을 잃고 있습니다. 더욱 충격적인 사실은, 2023년 Nature Geoscience에 발표된 연구에서 전 세계 215,000개 이상의 빙하를 대상으로 한 위성 기반 시계열 분석 결과, 2000년에서 2020년 사이 빙하 질량 손실이 연간 평균 2670억 톤에 달하는 것으로 나타났다는 점입니다. 이는 이전 추정치보다 무려 20% 이상 높은 수치입니다.

이러한 데이터를 바탕으로 스위스연방공과대학교 연구진은 알프스 지역의 소규모 빙하 중 60% 이상이 2050년 이전에 완전히 사라질 것으로 예측했습니다. 그들은 "기후 변화를 늦추기 위한 적극적인 노력이 없다면, 지질학적 시간 척도에 해당하던 변화가 불과 수십 년 안에 현실로 나타날 수 있다"고 경고하며 심각성을 강조했습니다.

연구자들이 녹아내리는 빙하에 그토록 큰 관심을 기울이는 이유는 명확합니다. 빙하 융해는 전 지구 해수면 상승의 주요 원인이 될 뿐만 아니라, 막대한 양의 담수를 바닷물에 쏟아부어 해양의 물리적, 화학적 특성을 완전히 재편성하기 때문입니다.

담수는 염분 농도가 낮기 때문에 해양 표층의 밀도를 낮추고, 이는 수직 혼합을 억제하는 결과를 초래합니다. 이는 결국 표층에서 심층으로 열과 탄소를 전달하는 중요한 해류 순환, 특히 북대서양 심층 순환(AMOC)의 약화를 유도합니다. AMOC가 약화되면 바다는 표층에 과잉 열과 탄소를 축적하게 되고, 결국 이들이 다시 대기 중으로 방출될 가능성이 더욱 커집니다. 이는 기후 변화를 더욱 가속화하는 악순환, 즉 기후 피드백 루프(feedback loop)를 만들어냅니다.

남극 담수는 열 저장, 그린란드 담수는 탄소 저장에 미치는 영향

콜로라도대학교 볼더 캠퍼스의 기후학자 테사 고르테 박사와 연구팀은 CESM2 지구시스템 모델을 사용하여 21세기 동안 극지방 담수 방출이 해양의 열과 탄소 저장에 미치는 영향을 정밀하게 분석했습니다.

연구 결과, 남극과 그린란드에서 유입되는 담수는 단순히 더해지는 것이 아니라, 서로 복잡하게 상호작용하며 해양에 영향을 미친다는 놀라운 사실이 밝혀졌습니다. 즉, 두 지역에서 개별적으로 녹아든 담수의 효과를 단순히 합산한 값은 두 지역이 동시에 융해될 때 나타나는 실제 결과와 일치하지 않으며, 열과 탄소에 서로 다른 경로로 영향을 준다는 것입니다.

고르테 박사는 "고전적인 선형 모델은 담수 유입량이 두 배가 되면 해양 탄소나 열 저장 효과도 두 배가 될 것이라고 가정합니다. 하지만 실제로는 훨씬 더 복잡한 상호작용이 일어나고 있습니다"라고 설명하며, 기존 모델의 한계를 지적했습니다.

실제로 연구진의 시뮬레이션 결과, 열에 대한 해양의 반응이 탄소보다 훨씬 빠르게 나타났습니다. 열 저장 변화는 상대적으로 빠르게 발생하고, 해양 심층까지 빠르게 전달됩니다. 반면, 탄소는 해양 표층에 오래 머무르며, 그 변화가 지연되는 경향을 보였습니다. 이러한 현상은 특히 남극 주변의 고위도 남대양과 북대서양에서 두드러졌는데, 연구진은 해양 표층의 염분 변화가 열 확산에 더욱 직접적인 영향을 미치기 때문이라고 분석했습니다. 이러한 비선형성은 기존의 기후 모델에서는 거의 반영되지 않았던 중요한 변수입니다.

시뮬레이션에 따르면, 남극 빙하에서 유입되는 담수는 해양 열 저장에 보다 직접적인 영향을 미치며, 2050년까지는 오히려 약간의 추가 열 저장을 유도하기도 합니다. 하지만 이후에는 이 효과가 사라지고, 전체적으로는 해양의 열 저장 능력을 감소시키는 것으로 나타났습니다.

반면, 그린란드 담수는 2040년경부터 탄소 저장을 본격적으로 억제하기 시작하며, 그 효과는 세기말까지 지속되는 것으로 예측되었습니다. 2080년부터 2100년까지 그린란드 담수 유입은 전 지구 해양의 열 함량을 약 26 ZJ 감소시키고, 탄소 저장량은 약 1.9 PgC 감소시킨다는 시뮬레이션 결과는 미래 기후 변화의 심각성을 더욱 강조합니다.

공동 저자인 니콜 러벤더스키 교수는 "우리는 열과 탄소가 동일한 해양 동역학에 따라 움직일 것이라고 쉽게 가정하곤 합니다. 하지만 실제로는 물리적 조건과 생지화학적 경로가 다르기 때문에 반응 속도와 공간적 패턴이 다르게 전개됩니다"라고 설명하며, 해양 시스템의 복잡성을 다시 한번 강조했습니다.

미래 기후 예측 모델, 혁신적인 변화가 필요하다

현재 사용되고 있는 대부분의 기후 모델은 여전히 빙상의 융해를 독립적인 변수로 간주하거나, 정적인 담수 흐름을 가정하고 있습니다. 특히 남극과 그린란드 담수 유입을 고정된 값 또는 단순 추정치로 처리하고 있으며, 실제 유입량 변화나 복잡한 상호작용은 제대로 반영하지 못하고 있습니다.

특히, 고위도 북대서양은 전 지구 해양 탄소 흡수의 핵심적인 역할을 담당하는 지역입니다. 이곳에서 나타나는 담수 유입 효과는 지구 전체의 대기 중 탄소 농도 증가 속도에 직접적인 영향을 미칠 수 있습니다. 이번 연구에서 제시된 그린란드 기원 담수의 탄소 저장 억제 효과는 향후 이 지역의 변동성이 지구 시스템 모델의 불확실성을 더욱 키울 수 있음을 시사합니다.

이에 연구팀은 미래 기후 시나리오를 예측하는 데 있어 양 극지방을 능동적으로 통합하고, 현재 모델의 구조적인 전환이 시급하다고 강조합니다.

고르트 박사는 "우리는 이제 빙하의 해빙과 그로 인한 담수 유입이 단지 해수면 상승만을 초래하는 것이 아니라, 지구 시스템의 '기억', 즉 열과 탄소를 저장하고 완충하는 능력을 근본적으로 변화시킨다는 사실을 명확히 이해해야 합니다"라고 강조했습니다.

미래를 위한 우리의 노력은 지금 이 순간부터 시작되어야 합니다. 기후 변화, 해양 변화, 지구 온난화, 탄소 배출, 친환경 에너지, 지속 가능한 발전, 환경 보호, 해수면 상승, 빙하 융해, 북극 변화 - 이 모든 키워드는 서로 연결되어 있으며, 우리의 행동에 따라 미래가 결정될 것입니다.