Greenland Ice Sheet to fall below its Holocene minimum size by 2300

문제 제기
그린란드 빙상(Grises)의 지속적인 온난화에 대한 장기적 반응은 기후 과학에서 근본적인 불확실성으로 남아 있다. 위성 관측은 지난 4분기 동안 가속화된 질량 불균형을 포착하고 있으나, 이는 세기 단위 및 밀레니엄 단위의 궤적을 평가하기에는 불충분하다. 홀로세(약 11,700년 전부터 현재까지)는 그린란드 빙상이 지역적 여름 기온이 산업화 이전보다 2~5°C 높은 상태로 수 세기 동안 지속되었던 가장 최근의 지질학적 구간으로서, 빙상 민감도를 평가하기 위한 자연적 벤치마크를 제공한다. 그러나 기존의 빙상 모델들은 홀로세 전반에 걸친 그린란드 빙상의 지질학적으로 제약된 진화를 재현하는 데 어려움을 겪어 왔으며, 종종 빙량 손실의 규모와 지속성을 과소평가해 왔다. 더욱이, 그린란드 빙상 전체가 이러한 과거의 변화를 재현할 수 있는지, 그리고 다양한 온난화 시나리오 하에서의 미래 진화가 홀로세 변동성의 전체 범위와 어떻게 비교되는지는 여전히 미해결 상태로 남아 있다.

연구 방법론
이러한 공백을 메우기 위해, 저자들은 빙상 및 해수면 시스템 모델(ISSM)을 사용하여 12.5 ka(초기 홀로세)부터 2300 CE까지의 그린란드 빙상 진화를 시뮬레이션하였다. 본 연구는 다학제적이고 데이터에 의해 제약된 접근 방식을 활용하였다:

• 모델 초기화 및 물리 법칙: 모델은 PaleoGrIS로부터 재구성된 초기 홀로세 빙하 범위(12.5 ka)를 사용하여 초기화되었다. 시뮬레이션에는 부유하는 빙하 아래의 해저 융해 및 해양 말단부의 탈락(calving)을 포함한 빙하-해양 상호작용에 대한 물리 기반 매개변수화가 포함되었다. 모델은 전 지구적 GIA 재구성을 바탕으로 지각 평형 조정(GIA)에 따른 지각 수직 운동과 해수면 변화를 규정함으로써 GIA를 고려하였으나, GIA를 과도기적으로 시뮬레이션하지는 않았다.
• 기후 강제력:
  • 홀로세 (12.5 ka – 1850 CE): 20개의 앙상블 시뮬레이션이 확장된 범위의 고기후 재구성에 의해 구동되었다. 여기에는 네 가지 뚜렷한 온도 재구성(빙핵 $\delta^{15}$N, 빙핵과의 데이터 동화, 해양 프록시로부터 유도됨)과 두 가지 강수 시나리오가 포함되었다.
  • 역사적 및 미래 (1850 – 2300 CE): 시뮬레이션은 CMIP6 NCAR CESM2-WACCM 모델의 출력값에 의해 구동되었다. 이는 네 가지 공유 사회경제 경로(SSP)를 포함한다: SSP1-2.6 (고감축), SSP2-4.5 및 SSP3-7.0 (중간), 그리고 SSP5-8.5 (화석 연료 집약적). 2100년까지만 연장되는 시나리오의 경우, 공간적 구조를 보존하면서 이상치를 2300년까지 확장하기 위해 패턴 스케일링 접근법이 사용되었다.
• 데이터-모델 비교 (DMC): 모델의 숙련도를 평가하기 위해, 저자들은 지질학적 관측치에 대해 7가지 독립적인 기준을 적용하였다. 이 기준들에는 빙하 경계 재구성, 고기후 프록시 제약, 최소 범위, 재확장 패턴, 그리고 특정 지역의 역사(예: Prudhoe Dome 빙하 후퇴)가 포함되었다. 6개의 앙상블 멤버가 이러한 벤치마크에 대한 적합성을 기준으로 "최적의 실행(best runs)"으로 선택되었다.

주요 결과

• 홀로세 재구성: 검증된 앙상블은 그린란드 빙상의 홀로세 진화를 성공적으로 재현하였으며, 현재보다 작은 빙하 면적 시기를 포착하였다. 시뮬레이션에 따르면, 정점의 홀로세 질량 손실률(~3–4 $\times$ 10$^4$ Gt century$^{-1}$)은 11.6와 8 ka 사이에 발생하였으며, 초기 홀로세의 북부 분지에서 후기 홀로세의 서부 분지로 뚜렷한 공간적 이동을 보였다.
• 미래 궤적:
  • 현재의 온난화 궤적(중간 SSP) 하에서, 그린란드 빙상은 2300 CE까지 홀로세 최소 범위 및 부피 미만으로 축소될 것으로 예상된다.
  • 고배출 시나리오(SSP5-8.5) 하에서의 질량 손실률은 비선형적으로 가속화되어, 2300 CE까지 ~24.7 $\times$ 10$^4$ Gt century$^{-1}$에 도달하며, 이는 홀로세 동안 관찰된 최대 속도의 10배에 달한다.
  • 평형선 고도(ELA)가 상승함에 따라 빙설량-고도 피드백에 의해 빙하의 융해(ablation) 대상이 되는 비율이 비선형적으로 증가한다. 2050 CE까지, 현재의 궤적 하에서 융해 구역은 홀로세와 비교하여 전례 없는 수준에 도절할 것이다.
• 해수면 기여도: 2300 CE까지 그린란드 빙상은 중간 시나리오 하에서 26–86 cm의 해수면 등가량(SLE)을 기여할 것으로 예상된다. 고배출 SSP5-8.5 시나리오 하에서는 이 기여도가 ~1.4 m(현재 부피의 19%)에 달할 수 있다. 반대로, 온난화를 SSP1-2.6으로 제한하면 기여도는 약 10 cm로 제한된다.
• 상태 변화: 시뮬레이션은 그린란드 빙상이 근본적인 상태 변화에 접근하고 있음을 시사한다. 융해 구역이 주변부 지역에 국한되었던 홀로세와 달리, 미래의 온난화는 융해 구역을 내륙과 더 높은 고도로 몰아넣는다. 예를 들어, 현재 축적 구역에 있는 캠 센추리(Camp Century) 지점은 중간 궤적 하에서 220로 융해 구역에 진입할 것으로 예상된다.

의의 및 주장
본 논문은 홀로세부터 2300년까지의 그린란드 빙상 진화에 대해 가장 강력하고 데이터로 검증된 추정치를 제공한다고 주장한다. 이전 모델들과 지질학적 제약 사이의 불일치를 해결함으로써, 본 연구는 미래 빙상 확약(commitment)을 투영하기 위한 토대를 구축한다. 저자들은 미래의 온난화가 그린란드 빙상을 홀로세 동안 경험했던 상태의 범위를 벗어나게 하여, 잠재적으로 지속적이고 자기 증폭적인 질량 손실 상태로 몰아넣을 수 있다고 단언한다. 결과는 상당한 배출 감소가 그린란드 빙상의 해수면 상승 기여도를 10 cm로 제한할 수 있는 반면, 현재의 궤적은 빙상을 마지막 간빙기 최적기(125,000년 전) 이후 가장 작은 크기로 몰아넣을 위험이 있으며, 질량 손실률은 지질학적 과거에 기록된 그 어떤 것보다 높을 것이라는 점을 강조한다.