Present-day ocean circulation constrains divergent overturning futures
이 연구는 현재의 강력한 남극해 용승이 중등도 배출 시나리오 하에서 대서양 자오선 역전 순환이 극단적으로 약화될 가능성은 낮음을 시사하는 한편, 전 지구적 역전 순환은 2100년까지 인도-태평양 역전 순환의 잠재적 역전을 포함한 상당한 재편에 취약한 상태로 남아 있음을 입증한다.
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대양은 정적인 수역이 아니라, 지구 전역에 열, 영양분, 탄소를 순환시키는 거대하고 느리게 움직이는 컨베이어 벨트입니다. 이 시스템의 주요 부분인 대서양 자오선 역전 순환(Atlantic Meridional Overturning Circulation)은 따뜻한 물을 북쪽으로, 차가운 물을 남쪽으로 운반합니다. 과학자들은 지구가 온난화됨에 따라 이 해류가 느려지고 있다는 사실을 오래전부터 알고 있었으며, 이로 인해 해류가 급격히 약해져 완전히 기능을 멈출 수도 있다는 우려가 커지고 있습니다. 이러한 붕괴는 북서유럽에 급격한 냉각을 초래하고 전 세계 해양 생태계를 교란하는 등 심각한 결과를 초래할 수 있습니다. 그러나 이 해류가 정확히 얼마나 약해질지, 혹은 다시는 회복할 수 없는 지점을 넘어서게 될지를 예측하는 것은 기후 과학에서 가장 어려운 과제 중 하나로 남아 있었습니다. 서로 다른 컴퓨터 모델들은 상충하는 답을 내놓았는데, 어떤 모델은 이번 세기 내에 완전한 중단이 가능하다고 제안하는 반면, 다른 모델은 시스템이 더 탄력적이라고 제안합니다.
영국 기상청(UK Met Office)과 엑서터 대학교(University of Exeter) 연구진의 새로운 연구는 해양의 현재 상태를 살펴봄으로써 이러한 상충하는 예측들을 정리할 수 있는 방법을 제시합니다. 연구팀은 심층수가 표면으로 돌아오는 경로, 즉 컨베이어 벨트를 계속 움직이게 하는 데 필수적인 과정에 집중했습니다. 그들은 남극해(Southern Ocean)—남극을 둘러싼 거대한 수역—의 용승(upwelling) 강도가 대서양 해류의 미래를 예측하는 강력한 지표 역할을 한다는 것을 발견했습니다. 실제 해양 데이터를 분석하고 이를 수십 개의 기후 모델과 비교한 결과, 연구진은 현재의 해양이 이미 회복력을 보이는 징후를 나타내고 있음을 발견했습니다. 현재 남극해의 용승은 대서양 해류가 온난화가 진행되는 중에도 극도로 약한 상태로 붕괴할 가능성이 낮음을 시사할 만큼 강력합니다. 이 발견은 티핑 포인트가 이 세기 중반까지 도달할 수 있다고 주장했던 최근의 경고성 전망에 도전하며, 시스템이 변화하기는 하겠지만 완전한 중단은 우려했던 것보다 덜 일어날 것임을 나타냅니다.
연구진은 대서양만을 고립시켜 보지 않고 전체적인 글로벌 시스템을 조사했습니다. 그들은 해양의 귀환 경로가 서로 연결되어 있다는 점을 깨달았습니다. 북대서양에서 심층수가 가라앉으면, 루프를 완성하기 위해 결국 다른 곳에서 표면으로 다시 떠올라야 합니다. 많은 기후 모델에서 이 귀환 여정은 인도-태평양 해양을 통하는 경로와 남극해를 통하는 경로라는 두 가지 주요 경로를 통해 일어납니다. 이번 연구는 남극해 경로의 강도가 오늘날 대서양 해류의 붕괴 가능성을 결정한다는 사실을 밝혀냈습니다. 오늘날 강력한 남극해 용승을 보이는 모델들이 극한의 가열 상황에서도 대서양 해류를 안정적으로 유지하는 모델들입니다. 반대로, 약한 남극해 용승을 보이는 모델들은 해류의 붕괴를 예측하는 모델들입니다.
연구팀이 이들의 발견을 실제 현대 해양에 적용했을 때 결과는 명확했습니다. 실제 해양은 약 14.3 스베드룹(Sverdrup, 초당 백만 입방미터의 부피 흐름을 나타내는 단위)의 남극해 용승 강도를 가지고 있습니다. 관측된 이 강도는 붕괴를 예측하는 기후 모델들의 평균보다 높습니다. 실제 해양이 '강한' 쪽의 스펙트럼에 더 가깝기 때문에, 연구는 대서양 해류의 극심한 약화를 예측하는 모델들이 지나치게 비관적일 가능성이 높다고 시사합니다. 온난화를 일정 수준 내로 제한하는 온건한 배출 시나리오 하에서, 대서양 해류는 약해지기는 하겠지만 붕괴에 이를 정도는 아닐 것으로 예상됩니다. 따라서 그러한 붕괴와 함께 동반될 유럽의 극적인 냉각 가능성은 이전 연구들에서 제시된 것보다 낮습니다.
그러나 이 연구는 중요한 경고도 함께 전달합니다: 붕괴를 피한다고 해서 해양이 변하지 않는다는 의미는 아닙니다. 대서양 해류는 우려했던 것보다 더 안정적일 수 있지만, 지구적 순환은 여전히 주요한 재편 과정을 겪고 있습니다. 연구진은 인도-태평양 해양을 통한 귀환 경로가 현재 약 3.0 스베드룹에 불과할 정도로 매우 약하다는 것을 발견했습니다. 이러한 약점은 시스템을 다른 종류의 변화, 즉 인도-태평양 해류의 역전 현상에 매우 취약하게 만듭니다. 많은 모델에서 이 역전은 대서양 해류가 임계점에 도달하기 훨씬 전인 저배출 시나리오에서도 발생합니다. 이 역전이 일어나면 심층수의 흐름을 재지정하여 열과 영양분이 전 지구적으로 분배되는 방식을 변화시킵니다.
이 재편은 대서양 해류의 붕괴와는 구별되는 위험입니다. 연구는 실제 인도-태평양 경로가 약하기 때문에, 우리의 해양이 이러한 변화에 매우 취약하다고 지적합니다. 이러한 변화는 대서양 해류 자체가 기능적인 상태를 유지하더라도 해양 화학과 해양 생물에 심대한 영향을 미칠 수 있습니다. 이 연구는 해양이 한 부분의 안정성이 다른 부분의 안정성을 보장하지 않는, 복잡하고 상호 연결된 기계라는 점을 강조합니다. 현재의 남극해 상태는 대서양에 대한 최악의 시나리오를 막아주는 방패 역할을 하지만, 인도-태평양 경로의 약함은 지구 시스템을 상당한 재편에 노출시키고 있습니다.
저자들은 방대한 양의 기후 모델을 활용하여 컴퓨터 알고리즘을 학습시킴으로써, 해양의 현재 상태와 미래 행동 사이의 패턴을 인식하도록 했습니다. 그런 다음 이 패턴들을 2005년에서 2024년 사이에 수집된 실제 데이터와 대조했습니다. 관측된 데이터와 더 안정적인 모델들 사이의 일관성은 연구진에게 그들의 평가에 대한 확신을 주었습니다. 연구진은 극한의 온난화 시나리오가 여전히 이러한 자연적 회복력을 압도할 수 있다는 점을 인정하면서도, 그들의 작업이 더 근거 있는 전망을 제공한다고 보고 있습니다. 이는 해양의 현재 강도가 가장 극단적인 모델 예측보다 미래를 가늠하는 더 좋은 지침이 될 수 있음을 시사합니다. 대서양 해류는 약해지겠지만, 증거는 해류가 온난화되는 세상 속에서 해양 순환의 다른 부분들이 변화하고 적응하는 와중에도 지구 기후 시스템의 기능적인 일부로 남아 있을 미래를 가리키고 있습니다.
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