Climate responses to Antarctic meltwater depend on the timing of meltwater release

남극의 빙하는 단순히 얼어붙은 풍경이 아닙니다. 그것은 고체 형태로 갇혀 있는 거대한 담수 저장고입니다. 지구가 온난화됨에 따라 이 얼음은 녹기 시작하여 주변 남극해로 담수를 쏟아냅니다. 과학자들은 담수가 짠 바다에 더해지면 물의 이동 방식과 전 지구적인 열 분포가 변한다는 사실을 오래전부터 알고 있었습니다. 담수가 해수 표면에 머물게 되면, 이는 마치 뚜껑처럼 작용하여 따뜻한 심층수가 차가운 표면층과 섞이는 것을 방지합니다. 이는 표면 기온을 낮추고 지구의 기후를 조절하는 강력한 해류를 변화시킬 수 있습니다. 이 때문에 연구자들은 다가올 수 세기 동안 녹는 얼음이 우리의 날씨와 해수면을 정확히 얼마나 변화시킬지 예측하기 위해 수십 년간 노력해 왔습니다.

데이비드 챈들러(David Chandler)와 노르웨이 연구 센터 팀이 이끄는 새로운 연구는 이 문제에 대해 새로운 관점을 제시하며, 이전 연구에서 자주 나타났던 극적인 시나리오들에 도전합니다. 연구팀은 정교한 지구 기후 시스템 컴퓨터 모델을 사용하여, 온난화되는 세상에서 발생할 가능성이 가장 높은 속도로 남극의 얼음이 녹을 때 어떤 일이 일 벌어지는지 시뮬레이션했습니다. 그들은 만약 얼음이 꾸준하고 개연성 있는 속도로 녹는다면, 전 지구적 기후 반응은 놀라울 정도로 약하다는 것을 발견했습니다. 해양 표면은 크게 냉각되지 않으며, 주요 글로벌 해류도 대체로 변하지 않은 채 유지됩니다. 그러나 숨겨진 위험은 여전히 존재합니다. 남극 주변의 해수면 아래 깊은 곳의 물이 따뜻해지고 있다는 점인데, 이 과정은 결국 아래로부터 빙상을 불안정하게 만들 수 있습니다.

연구진은 노르웨이 지구 시스템 모델을 이용한 일련의 상세한 시뮬레이션을 실행하여 이러한 결론에 도달했습니다. 그들은 온실가스 배출량이 높게 유지되는 시나리오인 SSP5-8.5 경로에 초점을 맞추었습니다. 주요 실험에서 그들은 남극 빙실 손실의 가장 확률 높은 전망치에서 유도된 담수 플럭스(fluxes)를 모델에 입력했습니다. 이러한 전망치는 극단적이거나 불가능한 가능성이 아닌 현실을 반영하도록 역사적 데이터에 따라 신중하게 보정되었습니다. 결과는 놀라웠습니다. 이 시뮬레이션에서 녹는 얼음으로부터 나오는 추가적인 담수는 해양 표면 온도나 글로벌 해류의 강도에 거의 영향을 미치지 않았습니다. 남반구의 표면 온도와 심지어 멀리 북극의 온도조차 추가적인 융해가 발생하지 않은 대조군 실행과 거의 동일하게 유지되었습니다.

이러한 결과는 심각한 전 지구적 냉각과 주요 해류 순환의 중단을 예측했던 많은 이전 연구와 극명한 대조를 이룹니다. 저자들은 그 차이가 융해의 '타이밍'에 있다고 설명합니다. 가장 현실적인 시뮬레이션에서 빙판의 녹는 속도는 시간이 지남에 따라 천천히 증가합니다. 결정적으로, 이 증가는 남극해ر가 다른 원천, 즉 증가한 강수량과 강설량으로부터 더 많은 담수를 받기 시작한 이후에 일어납니다. 기후가 온난화됨에 따라 대기는 더 많은 수분을 보유하게 되어 남극해 상공에 더 많은 강수를 유발합니다. 하늘에서 내리는 이 자연적인 담수의 증가는 이미 형성되어 있는 해양의 '뚜껑'을 만들어냅니다. 바다가 이미 비에 의해 담수화되었기 때문에, 빙판에서 쏟아지는 추가적인 융해수는 시스템에 갑작스럽고 극적인 변화를 일으키지 못합니다. 시스템이 이미 새로운 조건에 적응하고 있기 때문에 기후 반응은 약화됩니다.

연구진은 이 결과가 얼마나 민감한지를 테스트하기 위해 두 번째 실험을 수행했습니다. 이 버전에서는 융해물 입력을 40년 앞당겨, 빙판이 훨씬 더 빠르고 일찍 녹는 상황을 만들었습니다. 이 시나리오는 빙판이 급격히 붕괴하는 고위험의 낮은 확률적 결과를 모사합니다. 이 경우 결과는 극적으로 변했습니다. 초기에 유입된 급격한 담수는 자연적인 강수량 증가보다 먼저 도착했으며, 모델은 이전 연구들에서 보았던 강력한 전 지구적 냉각과 순환 변화를 만들어냈습니다. 이는 얼음이 녹는 '시기'가 변화하는 기후와 관련하여 언제 발생하는지에 따라 그 영향이 전적으로 달라짐을 확인시켜 주었습니다. 만약 얼음이 느리고 꾸준하게 녹는다면 바다는 큰 소란 없이 변화를 흡수하지만, 만약 얼음이 빠르고 일찍 녹는다면 그 결과는 가혹합니다.

가장 가능성 높은 시나리오에서 표면의 극적인 변화가 없었음에도 불구하고, 연구는 파도 아래에 도潜하는 결정적이고 지속적인 위협을 식별했습니다. 시뮬레이션 결과, 남극 해안 근처의 심층수가 따뜻해지기 시작하는 것으로 나타났습니다. 웨들(Weddell) 해와 에머리(Amery) 해역 같은 특정 구역에서의 편차는 2060년대에 시작되었으나, 암센(Amundsen) 해를 포함한 대부분의 구역에서는 21세기 말이나 22세기 초까지 지연되어 나타났습니다. 이 심층수는 매우 중요한데, 왜냐하면 육지의 거대한 빙상을 막아주는 부유 빙하 아래로 흘러들어가기 때문입니다. 이 물이 따뜻해짐에 따라 빙하를 아래에서부터 녹여, 빙하가 얇아지고 잠재적으로 붕괴하게 만듭니다. 연구는 이러한 표층 아래의 가열이 표면 기후가 평온한 상태에서도 나타나는 견고한 결과임을 밝혀냈습니다.

연구진은 이 가열이 빙상의 안정성에 미치는 위험을 평가했습니다. 그들은 서남극의 암센 해와 동남극의 윌크스-오로라(Wilkes-Aurora) 분지라는 두 주요 지역을 살펴보았습니다. 암센 해의 경우, 시뮬레이션은 추가 담수가 포함된 가장 가능성 높은 시나리오에서 빙상이 되돌릴 수 없는 후퇴를 겪는 임계점에 도달하는 시점이 2110년대가 될 것임을 시사했습니다(추가 융해가 없을 때의 2130년대와 비교). 빙판 자체에서 나오는 추가 융해수는 이 과정을 가속화하여 위험한 임계점을 수십 년 앞당깁니다. 윌크스-오로라 분지의 경우 위험도는 더 낮지만, 가열 추세는 여전히 2300년까지 시스템을 고위험 상태로 몰아넣고 있습니다.

연구진은 자신들의 접근 방식에 대한 한계도 언급했습니다. 사용된 컴퓨터 모델에는 따뜻해지는 물에 실시간으로 반응할 수 있는 완전한 상호작용형 빙상이 포함되어 있지 않았습니다. 대신 빙상은 고정되어 있었고 융해수는 외부적인 힘으로 추가되었습니다. 저자들은 이것이 일부 복잡한 피드백 루프를 놓칠 수 있지만, 2100년까지의 글로벌 트렌드를 이해하는 데 있어 결과는 여전히 신뢰할 만하다고 주장합니다. 그들은 심층수의 가열이 주로 지구 전체의 온난화에 의해 주도되며, 추가된 융해수는 이차적인 증폭제 역할을 한다고 언급했습니다. 또한 그들의 모델은 융해수를 해양 표면에 추가했지만, 실제로는 빙하 선반의 융해가 더 깊은 곳에서 일어난다는 점을 지적했습니다. 이러한 차이로 인해 시뮬레이션이 가열을 약간 과대평가했을 수 있으나, 심층수 가열이라는 일반적인 추세는 명확한 경고를 보여줍니다.

궁극적으로 이 연구는 남극 빙의 느리고 꾸준한 융해에 대해 전 지구적 기후 시스템이 이전에 우려되었던 것보다 더 탄력적임을 시사합니다. 일부 모델이 예측했던 극적인 표면 냉각과 글로벌 해류 순환의 중단은 얼음이 일어날 가능성이 낮은 속도로 녹을 때만 발생할 수 있습니다. 그러나 이것이 안전하다는 이야기는 아닙니다. 남극 주변 심층의 조용하고 끈질긴 가열은 빙상 자체에 직접적인 위협이 됩니다. 이 심층 가열은 따뜻한 물이 더 많은 얼음을 녹이고, 이것이 다시 더 많은 담수를 방출하며, 이것이 다시 더 많은 열을 가두어 물을 더욱 따뜻하게 만드는 피드백 루프를 생성합니다. 단기적으로 전 지구적 날씨가 급격하게 변하지는 않을지라도, 남극 빙상의 안정성은 아래로부터 침식되고 있으며, 이는 향후 수 세기 동안 상당한 해수면 상승을 위한 무대를 마련하고 있습니다. 연구는 우리가 갑작스러운 전 지구적 빙하기를 걱정할 필요는 없을지 모르나, 미래의 빙상을 해제할 위협이 되는 남극 심층의 느리고 꾸준한 가열에 대해서는 깊은 관심을 가져야 한다고 결론짓습니다.