Tectonically inherited shelf bathymetry mediates ice-ocean interaction in Lützow-Holm Bay, East Antarctica

남극의 빙붕 아래 해저 지형은 평탄하고 특징 없는 평원이 아닙니다. 그곳은 고대의 힘에 의해 조각되고 움직이는 얼음에 의해 재형성된 풍경으로, 빙하 아래로 흐르는 물의 통로 역할을 하는 깊은 해구와 얕은 능선들로 가득 차 있습니다. 이 수중 지형은 매우 중요한데, 심해로부터 온 따뜻한 물이 빙하의 기저부에 도달하는 방식을 제어하기 때문입니다. 변형된 순환 남극 심층수(Circumpolar Deep Water)라고 알려진 이 따뜻한 물이 깊은 채널로 흘러 들어오면, 아래에서부터 얼음을 녹여 빙붕을 얇게 만들고 빙하를 후퇴하게 만듭니다. 그러나 수십 년 동안 과학자들은 이 숨겨진 지형을 명확하게 관찰하는 데 어려움을 겪어 왔습니다. 두껍고 지속적인 해빙이 배가 빙하 전면 가까이 항해하는 것을 막았기 때문에, 지도에 커다란 공백이 남게 되었습니다. 수중 채널의 깊이와 모양에 대한 정확한 지도가 없으면, 미래에 해양과 얼음이 어떻게 상호작용할지 예측하거나 과거의 기후 변화 동안 빙상이 어떻게 행동했는지 이해하는 것이 불가능합니다.

일본 국립극지연구소의 후지이 마사카즈와 노기 요시후미가 이끄는 연구팀은 마침내 동남극의 루츠-홀름만(Lützow-Holm Bay)이라 불리는 특정 지역에 대해 이러한 누락된 조각들을 일부 채워 넣었습니다. 연구진은 해빙이 충분히 깨져 배가 통과할 수 있었던 드문 여름을 활용하여, 빙하 전면 가까이 항해하며 음파를 이용해 정밀한 해저 지도를 작성했습니다. 그들의 작업은 지구 피질의 하부 암석 구조에 의해 형성된 깊은 골짜기와 얕은 능선의 복잡한 네트워크를 드러냅니다. 연구진은 각 빙하로 이어지는 채널의 깊이가 크게 다르다는 것을 발견했으며, 이는 따뜻한 물의 흐름을 허용하거나 차단할 수 있는 천연 장벽을 형성한다는 것을 밝혀냈습니다. 더욱이, 연구진은 이 깊은 채널의 방향과 위치가 암반의 고대 균열 및 경계선과 일치한다는 것을 발견했는데, 이는 대륙의 지질학이 수백만 년 전 얼음이 가장 깊은 경로를 깎아내는 데 도움을 주었음을 시사합니다.

연구진은 2016년에서 2018년 사이 세 번의 별도 여름 동안 일본 쇄빙선 시라세(Shirase) 호를 타고 베이를 항해하며 조사를 수행했습니다. 연구진은 선박 항로를 따라 수심을 측정하기 위해 고해상도 단일 빔 음향 시스템을 사용했습니다. 연구진은 90만 개 이상의 개별 수심 측정값을 수집하여 이전 지도보다 개선된 위치 정확도를 가진 상세한 해저 지도를 만들어냈습니다. 측정의 정확성을 보장하기 위해, 온도와 염분에 따라 변하는 수중 음속을 고려하여 계산을 수행했습니다. 새로운 데이터와 과거 해빙으로부터 얻은 덜 정밀한 측정값을 결합함으로써, 연구진은 베이의 수중 기하학적 구조에 대한 포괄적인 지도를 제작했습니다.

새로운 지도는 베이의 다양한 빙하로 이어지는 채널의 깊이 차이를 극명하게 보여줍니다. 시라세 빙하 앞의 주 채널은 폭이 넓고 깊으며, 약 740미터 깊이의 입구를 통해 심해와 직접 연결됩니다. 이 깊은 연결은 변형된 순환 남극 심층수가 시라세 빙하의 기저부로 비교적 쉽게 흘러 들어올 수 있음을 의미합니다. 반면, 스칼렌(Skallen), 텔렌(Telen), 혼뇌르(Honnør) 빙하로 이어지는 채널들은 얕은 수중 능선, 즉 실(sill)에 의해 분리되어 있습니다. 스칼렌과 텔렌 트러프의 입구는 약 580미터 깊이의 실에 의해 막혀 있으며, 혼뇌르 트러프의 입구는 약 480미터로 훨씬 더 얕습니다. 이러한 얕은 능선들은 문턱 역할을 합니다. 이들이 따뜻한 물을 완전히 막지는 못하지만, 변형된 순환 남극 심층수가 빙하 전면에 도달하는 것을 어렵게 만듭니다. 따뜻한 물이 이 문턱을 넘을 수 있는지 여부는 당시의 해양 조건에 달려 있지만, 해저의 물리적 형태가 이러한 상호작용의 무대를 설정합니다.

이 연구는 왜 이러한 채널과 능선들이 특정 위치에 존재하는지도 탐구했습니다. 연구진은 새로운 수심 지도를 해당 지역의 자기 이상(magnetic anomalies) 데이터와 비교했는데, 이는 얼음과 퇴적물 아래에 숨겨진 고대 암반의 구조를 보여줍니다. 연구진은 특히 북서쪽에서 남동쪽으로 달리는 트러프의 구간이 주요 자기 경계선과 공간적으로 일치한다는 것을 발견했습니다. 이 경계는 초대륙 곤드와나가 분리될 때 발생한 고대 지구조 활동의 흔적입니다. 이러한 정렬은 얼음이 무작위로 채널을 깎은 것이 아니라, 빙하가 암반의 기존 약점과 균열을 따라 깊어졌음을 시사합니다. 이는 오늘날의 수중 지형이 고대 대륙의 지질학적 역사와 수천 년 동안 그 위를 흘러간 빙상의 침식력이 결방된 결과임을 의미합니다.

이러한 발견은 온난화되는 기후에 대해 남극 빙상이 어떻게 반응하는지를 이해하는 데 중요한 시사점을 줍니다. 실의 깊이와 트러프의 정렬 상태는 따뜻한 해수가 얼음에 얼마나 쉽게 도달할 수 있는지를 결정합니다. 물이 실 위로 흐를 만큼 충분히 깊다면, 이는 얼음의 녹는 속도를 가속화하고 빙붕을 불안정하게 만들 수 있습니다. 연구진은 트러프의 분절된 특성, 즉 서로 다른 깊이와 연결성을 가진 구조가 동일한 해양 조건에서도 각기 다른 빙하가 다르게 반응할 수 있는 복잡한 시스템을 만든다고 제안합니다. 예를 들어, 시라세 빙하는 따뜻한 물이 접근할 수 있는 더 깊고 연속적인 잠재적 경로를 가진 반면, 얕은 실은 스칼렌, 텔렌, 혼뇌르 빙하 전면 트러프에 대한 접근을 제한할 수 있습니다. 이러한 경로의 실제 효과는 시간에 따라 변하는 해양 조건에 달려 있습니다. 이러한 구조적 제어는 왜 빙상의 특정 부분이 다른 부분보다 더 빠르게 후퇴할 수 있는지를 설명하는 데 도움이 됩니다.

이 논문은 해양-얼음 상호작용의 전체 퍼즐을 풀었다거나 미래의 융해율에 대한 확정적인 예측을 제공한다고 주장하지 않습니다. 대신, 과학자들이 더 나은 컴퓨터 모델을 구축하는 데 사용할 수 있는 중요한 기하학적 틀을 제공합니다. 깊은 채널이 정확히 어디에 있고 얕은 장벽이 얼마나 깊은지 알게 됨으로써, 연구자들은 따뜻한 물의 흐름을 더욱 정확하게 시뮬레이션할 수 있습니다. 이 연구는 지구 피질의 역사가 단순히 먼 과거의 기록이 아니라, 해양의 경로를 제어함으로써 현재의 기후 시스템을 능동적으로 형성한다는 점을 강조합니다. 이 작업은 원격지의 얼음에 덮인 지역에서 데이터를 수집할 수 있는 드문 기회의 가치를 보여주며, 해저에 대한 지식의 작은 개선이 남극을 변화시키는 힘을 이해하는 데 얼마나 더 명확한 통찰을 줄 수 있는지를 입증합니다.