Thermomechanical coupling shapes the Antarctic Ice Sheet’s internal structure
본 연구는 남극 빙하 내부 구조에 대한 최초의 대륙 규모 지도를 제시하며, 빙하의 층상 구조와 이방성이 전위 크리프(dislocation creep)의 시작과 기저 온도 변화를 포함한 열역학적 결합에 의해 형성됨을 밝히고, 이러한 요소들이 빙하의 역학 및 향후 진화를 총괄적으로 결정한다는 점을 드러낸다.
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지구의 극지방 빙판을 단단하고 얼어붙은 덩어리가 아니라, 거대하고 느릿하게 흐르는 수정의 강이라고 상상해 보십시오. 이 강들은 자체의 엄청난 무게로 인해 흐르고, 늘어나고, 짓눌리지만, 물이나 일반적인 암석처럼 행동하지는 않습니다. 빙하 내부의 얼음은 특정 패턴을 향해 회전하고 정렬할 수 있는 미세한 결정들로 이루어져 있는데, 이는 마치 무대를 향해 몸을 돌리는 군중과도 같습니다. "결정학적 우선 배향(crystallographic preferred orientation)"이라 불리는 이 정렬 과정은 얼음이 움직이는 방식과 음파가 얼음을 통과하는 방식을 변화시킵니다. 게다가, 매우 추운 상태에서도 결정 입자 사이에는 미세한 양의 물이 존재할 수 있으며, 이는 얼음이 더 쉽게 흐르도록 만드는 미끄러운 윤활제 역할을 합니다. 과학자들은 이러한 내부 구조와 숨겨진 물이 빙하가 얼마나 빨리 녹고 바다로 미끄러져 들어갈지를 예측하는 데 결정적인 역할을 한다고 오랫동안 의심해 왔으며, 이는 전 세계 해수면 상승에 직접적인 영향을 미칩니다. 하지만 얼음은 수 마일 두께이며 눈 아래에 묻혀 있기 때문에, 그 내부를 들여다보는 것은 마치 열어보지 않은 채 밀봉된 얼어붙은 가방의 내용물을 추측하려는 것과 같았습니다.
이때 대륙 규모의 거대한 X-레이 기계 역할을 하는 새로운 연구가 등장했습니다. 연구진은 멀리 떨어진 지진에서 발생한 음파가 지구를 가로질러 빙하 바닥에 부딪혀 튕겨 나오는 원리를 이용하여, 남극 대륙 전체에 걸친 빙하의 내부 구조를 지도화했습니다. 그들은 얼음이 균일하지 않다는 것을 발견했습니다. 그것은 뚜렷한 상층부와 하층부를 가진 층층이 쌓인 케이크와 같았습니다. 상단 3분의 1의 얼음은 비교적 "차분하고" 무작위적이며, 결정들이 모든 방향을 향하고 있어 거의 등방성(모든 방향에서 동일함)을 띱니다. 하지만 그 아래의 나머지 3분의 2의 얼음은 극적인 변화를 겪습니다. 이곳에서는 결정과 결정 사이의 미세한 물 조각들이 특정한 기울어진 패턴으로 정렬됩니다. 이 정렬은 무작위가 아닙니다. 이것은 수직 방향에서 약 30도 정도 기울어져 있으며, 빙하의 흐름에 의해 얼음이 압착되는 것과 같은 방향을 가리킵니다.
이 연구는 이러한 내부의 "기울기"가 위에서 누르는 중력과 옆에서 흐르는 빙하의 흐름에 의해 얼음이 짓눌리는 결과라는 점을 시사합니다. 이는 마치 얼음 결정들이 압력을 피하기 위해 몸을 기울이며 정교하게 맞춘 춤을 추는 것과 같습니다. 또한 연구진은 온도와 이 구조 사이의 강력한 연관성을 발견했습니다. 얼음의 바닥 부분(녹는점에 가까운 곳)처럼 더 따뜻한 지역에는 결정 사이의 미세한 "미끄러운" 물이 더 많이 존재합니다. 이 추가적인 물은 얼음을 더욱 이방성(방향에 따라 성질이 달라짐)이 강하고 약하게 만들어, 얼음이 더 빠르게 흐를 수 있게 합니다. 논문은 이러한 발견이 오로지 열에 의해 발생했다거나, 바닥의 부드러운 진흙 때문이라거나, 혹은 결정이 수직으로 똑바로 정렬되었기 때문이라는 다른 설명들을 명시적으로 배제합니다. 대신, 데이터는 얼음이 변형되는 특정한 방식에 의해 유도되는, 결정의 정렬과 이를 윤활하는 물 사이의 복잡한 파트너십을 가리킵니다. 대륙 전체에 걸쳐 이 숨겨진 기울어진 구조를 지도화함으로써, 저자들은 얼음이 어떻게 흐르는지에 대한 더 현실적인 규칙을 제공하며, 이는 과학자들이 미래의 해수면 상승을 더 잘 예측하는 데 도움이 될 수 있습니다.
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