해양 표층수에서 멀리 떨어진 심해에서는 심층 해류가 열, 탄소, 산소 및 영양성분들을 세계 곳곳으로 전달하는 컨베이어 벨트와 같은 역할을 한다. 펜실베니아대학교(University of Pennsylvania)의 Irina Marinov, Raffaele Bernardello와 맥길대학교(McGill University)의 연구진이 수행한 연구 결과는 최근의 기후 변화가 이러한 컨베이어 벨트의 속도를 늦추는 역할을 할 수 있으며, 이것이 지구의 미래 기후에 심각한 결과를 초래할 수 있음을 보여 주었다.

Marinov는 본 연구에서 제시한 관찰 결과에 따르면 남극 근처에서는 심층수가 적게 형성되는 것을 확인할 수 있다고 설명하였다. 이것은 인간 활동으로 인한 열과 이산화탄소가 해양에 흡수되는 양이 적어져 기후 변화에 양의 피드백 루프(positive feedback loop)를 형성할 수 있기 때문에 우려되는 문제이다.

펜실베니아대학교의 Marinov와 Bernardello는 맥길대학교의 연구진과 함께 연구를 수행하고 그 연구 결과를 과학저널 Nature Climate Change를 통해 발표하였다.

해양학자들은 남극 해안 인근에서 적도 방향으로 해수면에서 수심 2,000미터 아래를 흐르는 차갑고, 염분 함량이 높으며 고비중인 남극 저층수(Antarctic bottom water)의 양이 최근 수십 년간 감소하였음을 발견하였다. 이 해류는 대기 중의 열과 탄소를 “감춰주는” 것으로 믿어지기 때문에 문제가 된다. 남극해는 지구에서 만들어지는 인간 활동에 의해 발생되는 열의 약 60퍼센트와 역시 인간 활동에 의해 배출되는 이산화탄소의 40에서 50퍼센트를 흡수한다고 알려져 있다.

Marinov는 남극해가 기후를 조절하는 데에 있어서 아주, 매우 중요해지고 있다고 설명하였다. 연구진은 남극 저층수의 감소가 인간 활동에 의한 기후 변화에 의해 영향을 받는 것인가를 확인하기 위해 모델들을 사용하였다.

연구진은 1974년에서 1976년 사이에 찍힌 위성 사진 중에서 비정상적인 현상들이 관찰되었는가를 살펴보았다. 이 위성 사진들은 남극의 웨들 해(Weddell Sea) 내에서 넓은 부동구역이 존재하였음을 보여주었다. 폴리니아(polynya)로 불리는 이 개빙 구역은 북대서양에서 기인한 따뜻한 해수가 남극해 표면으로 밀려들어올 때 형성된다. 이와는 별도의 프로세스를 통해 해빙 형성 프로세스 동안 빠져 나오는 염분이 웨들 해 표면에서 차갑고 염분이 높은 호수를 형성한다. 이러한 상황은 안정적이지 않기 때문에 개빙 대류 (open-sea convection)프로세스에 의해 상대적으로 무거운 표층수는 아래의 따뜻하고 가벼운 해수와 섞인다.

폴리니아는 1976년 이후에 웨들 해에서 다시 관찰되지는 않았으며, 따라서 연구자들은 폴리니아와 개빙 대류 프로세스가 드물게 일어나는 현상이라고 믿게 되었다. 그러나 본 연구에서는 폴리니아는 인간 활동으로 인한 기후 변화가 일어나기 이전인 산업혁명 이전에는 지금보다 더 일반적으로 생성되었다고 주장하였다.

기후변화는 남극 대륙 주변에서 강수량이 증가하는 원인이 되고, 이것은 남극 표면에 많은 양의 담수가 존재하도록 한다. 담수는 염분이 있는 해수보다 부력이 높기 때문에 해수와는 달리 해수층을 따라서 가라앉지 않아 남극해에서 폴리니아가 적게 생성되는 원인이 된다.

폴리니아에서 발생하는 깊은 대류 프로세스는 바다의 나머지 부분에 영양을 공금하는 심층류인 남극 저층수에 큰 영향을 미치기 때문에 매우 중요하다. 연구진은 2만 개의 데이터 포인트를 분석하여 남극해 표면이 지난 60년간 담수화되었음을 확인하였다. 또한 남극해에서 염도와 밀도의 수직 변화율이 증가하였음이 확인되었으며, 이는 혼합 현상이 감소하였음을 의미한다.

연구진은 가장 최신의 기후 모델들을 사용하였으며, 대부분의 모델들에서 1970년대에 위성 사진에서 나타난 폴리니아와 같은 대류 현상들이 인간활동에 의한 기후 변화가 생겨나기 이전인 산업혁명 이전에는 보다 일반적으로 발생하였음을 확인하였다. 연구진은 남극 해수가 담수화될수록 대류 프로세스는 멈춰진다는 점을 확인하였다.

사용한 모델 중 7개에서 얻은 결과는 남극해에서의 담수량 증가가 2030년까지 대류현상을 모두 멈춰버릴 것이라는 결과를 보였으며, 대부분의 모델들은 21세기 동안 대류현상이 크게 감소하여 남극 저층수의 형성이 감소할 것임을 보여주었다.

이러한 결과는 현재와 미래의 기후 변화에 큰 의미가 있다. 최근 수십 년간 폴리니아의 부재는 열이 심해에 갇히도록 하여 지구 대기의 온난화를 중단시키고 최근에 관찰된 남극 해빙의 면적이 증가하는 데에 일조한 것으로 보인다.

그러나 전체적으로 보면, 이러한 폴리니아 생성의 저감은 대류 프로세스를 멈추고 대기 밖으로 빠져 나오는 인간 활동에 의한 탄소와 열의 양을 감소시킴으로써 온난화에 양의 피드백이 될 수도 있다.

이번 달 과학저널 Journal of Climate를 통해 발표된 연구진의 관련 연구는 해양이 자연적으로 탄소를 저장할 수 있는 능력이 지구 온난화에 어떻게 대응하는가를 평가하였다. 해양은 대기보다 거의 50배 가까운 양의 탄소를 더 저장할 수 있기 때문에 매우 중요한 탄소 저장소이나 기후 변화 조절에 있어서 종종 간과되는 요소이다.

연구진은 이러한 해양의 능력은 해수 표면에서 자라는 식물성 플랑크톤이라고 불리는 미세한 생물에 의해 많은 부분에서 제어되고 있다고 말했다. Marinov는 이 생물은 아주 작아 볼 수 없지만, 그것이 모이면 그 능력은 어마어마하다고 설명하였다. 식물성 플랑크톤은 지구에서 일어나는 광합성의 50%를 담당한다.

식물성 플랑크톤은 광합성을 수행하여 탄소를 흡수하고 이 생물과, 이 생물을 먹이로 삼은 포식자가 죽어서 분해되면 심해층을 따라 가라앉는다. 이러한 프로세스가 없다면 대기 중 이산화탄소 수치는 최근 관찰된 400 ppm보다 거의 200 ppm 이상 더 높았을 것이다.

연구진은 21세기 동안 바람, 온도, 염도가 어떻게 변화할 것인지와 이러한 현상들이 해수가 탄소를 저장하는 자연적인 능력에 어떠한 영향을 미칠 것인가를 고려하였다. 연구진은 미래에 대한 기후 시뮬레이션을 통해 식물성 플랑크톤으로 인한 생물학적인 탄소 펌프가 더욱 강력해져 해양에 저장되는 탄소의 양을 더 증가시킬 것임을 확인하였다. 그러나 이러한 영향은 해수의 온도가 증가하여 동일한 양의 이산화탄소를 저장할 수 없게 된다는 점을 상쇄시킬 만큼 크지는 못하다. 기체는 차가운 액체에 더 잘 녹기 때문에 향후의 기후 변화 상태를 예측하면 온난화 영향이 매우 강할 것으로 보이기 때문에 해수에 자연저장되어 있던 탄소가 빠져나갈 것으로 보인다.

키워드 : 기후변화, 심층 해류 순환, 남극해, 대류

출처: KISTI 미리안 글로벌동향브리핑

원문: http://www.sciencedaily.com/releases/2014/03/140321164911.htm

제공:kisti, 다른기사보기기사등록일시 : 2014.05.12 13:27

<저작권자 © 자닮, 무단 전재 및 재배포 금지>

#kisti