<사진. SouthernOcean
출처. KISTI미리안>

최후최대빙하기의 퍼즐을 푸는 남극해

약 2만1000년 전, 최후최대빙하기(LGM, Last Glacial Maximum)로 불리는 마지막 빙하기의 고대 기후 기록에 따르면 차가운 지구의 북쪽 대륙은 광대한 빙상으로 덮여 있다고 한다. 심해 퇴적물의 플랑크톤 화석을 화학적으로 분석한 결과는 재배열된 해양과 남극까지 확장된 해빙(海氷)을 보여주며, 아이스 코어의 버블은 당시 대기 중 이산화탄소 농도가 산업혁명보다 매우 낮은 수치임을 나타낸다.

빙하기는 지구가 태양 주변을 이동할 때 느린 흔들림으로 인한 운동에 의해 일어나고 있지만, 연구자들은 태양에너지의 감소만으로 빙하기를 일으키기에는 충분하지 않다는 점에 동의하고 있다. 고(古) 기후과학자들은 200년 동안의 이러한 변화에 숨은 실질적인 메커니즘을 설명하려고 시도하고 있다.

MIT의 지구대기행성과학과 물리해양학 교수인 브리니 엠 케르(Breene M. Kerr) 교수는 “우리는 해양과 대기, 아이스 커버 변화에 관한 모든 정보를 가지고 있다”면서 “알고 싶은 것은 이 정보 조각들이 어떻게 모두 서로 잘 맞는가 하는 점”이라고 말했다.

연구자들은 이 답이 분명히 해양 어딘가에 있는 것이 아닌가 항상 의심하고 있다. 지구 기후의 강력한 조정자인 해양은 수 천 년 동안 방대한 양의 유기탄소를 저장하고 이들이 대기 중에 이산화탄소로 배출되는 것을 막고 있다. 해수 또한 표면의 광합성 미생물과 해양순환 패턴을 통해 대기 중 이산화탄소를 잡고 있다.

해양물리학을 새롭게 적용하면서 페라리(Ferrari)와 프린스턴 대학교(Princeton University), 캘리포니아 공과대학교(California Institute of Technology) 연구자들은 이 퍼즐을 새롭게 푸는 방법을 발견해 미국 국립과학원회보(Proceedings of the National Academy of Sciences)에 최근 발표됐다.

연구자들은 남극을 둘러싸고 있는 남극해(Southern Ocean)에 초점을 두고 있다. 이 바다는 탄소 순환에 결정적으로 중요한 요소인데, 그 이유는 대기와 심해 사이를 연결하는 커넥션을 제공하기 때문이다. 남극 주변의 바람에 의해 물결이 생기는 남극해는 탄소가 풍부한 가장 심해의 물이 표면으로 상승하는 유일한 곳으로 이산화탄소를 들이쉬고 내뱉는다. 현대의 남극해는 호흡하는 공간을 매우 많이 가지고 있다. 더욱 깊은 곳에서 탄소가 풍부한 물은 항상 상부의 물과 혼합되는데 이는 해양융기 지역을 해수가 지그재그로 흐르면서 난류가 강화된 프로세스이다.

최후최대빙하기 때 영구적인 해빙(海氷) 커버는 남극해에서 매우 더 많았다. 이에 페라리와 그의 동료들은 확장된 해빙(海氷)이 어떻게 대기와 이산화탄소를 교환하는 남극해의 능력에 영향을 미치는지를 탐사하기로 결정했다. 이 질문을 해결하려면 해양 물리학의 축적된 현장 지식이 필요하다. 수학 방정식을 이용한 연구자들은 최후최대빙하기 때 해류로 인해 해빙(海氷) 아래에서 잡힌 물의 양을 계산했다. 그들은 얼음은 심해가 호흡하는 작은 점을 덮고 있지만 이 얼음커버가 지구 전체에 가해지는 충격은 크다는 것을 발견했다. 얼음 커버가 이 심해수를 덮으면서 남극해의 이산화탄소는 대기로 결코 발산되지 않았다.

연구자들은 해빙(海氷) 변화와 해양수의 거대한 재배열 사이에 있는 사슬고리를 관찰했는데, 이는 고(古) 기후기록에서 증거로 나타났다. 확장된 해빙(海氷) 아래에서 거대한 양의 솟아오르는 심해수가 다시 하부로 가라앉았다. 남극해의 심해수는 궁극적으로 방대한 양의 중위와 더 낮은 저위 전체를 채우면서 상부와 하부 해수의 경계는 얕은 깊이로 상승했고 이로 인해 탄소가 풍부한 심해수는 상부의 해양과 접촉할 기회를 잃었다. 호흡을 적게 할수록 해양은 더욱 많은 탄소를 저장한다.

연구자들은 해빙(海氷) 때문에 숨이 막힌 남극해가 최후최대빙하기 때 대기 중 이산화탄소의 큰 감소를 설명하는데 도움이 된다고 말한다. 아울러 해빙의 팽창과 대기로부터 단절된 해수의 증가 사이에 있는 동적인 사슬고리를 제안하고 있다. 이 같은 통찰력이 고기후학자들이 마지막 빙하기 및 4번의 빙하기 때 매우 낮았던 대기 중 이산화탄소를 설명하는데 필요하다는 점을 고려할 때, 특별한 관련성이 있다.

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