남극 바다 얼음이 이산화탄소 바다에 가둬 빙하기 빨라졌다

2020.02.18 05:00
악셀 팀머만 기초과학연구원(IBS) 기후물리연구단 단장(왼쪽)과 칼 스타인 연구위원(가운데), 권은영 연구위원 공동연구팀은 빙하기를 남극 해빙이 가속시킨 원리를 밝혀냈다. 기초과학연구원 제공
악셀 팀머만 기초과학연구원(IBS) 기후물리연구단 단장(왼쪽)과 칼 스타인 연구위원(가운데), 권은영 연구위원 공동연구팀은 빙하기를 남극 해빙이 가속시킨 원리를 밝혀냈다. 기초과학연구원 제공

빙하기는 지금보다 약 6도 더 춥고 북반구 대륙 일부는 최대 4㎞ 두께 빙상으로 덮여 있었다. 이러한 빙하기를 가속화한 것이 남극 바다 얼음이라는 연구결과가 나왔다.

 

기초과학연구원(IBS) 기후물리 연구단 연구팀은 미국 하와이대와 함께 남극해 바다 얼음(해빙)이 이산화탄소를 바다 깊은 곳에 가두는 마개 역할을 해 초기 빙하기의 급격한 온도 하락을 이끌었음을 밝혀내 이달 16일 국제학술지 ‘미국국립과학원회보(PNAS)’에 발표했다.

 

이산화탄소는 온실효과를 일으키는 대표적인 온실가스다. 반대로 대기에 이산화탄소의 양이 부족하면 온실효과가 사라져 지구에 빙하기가 찾아오게 된다. 기후변화의 위협을 받는 지금은 2018년 평균 이산화탄소 농도가 역대 최고치인 407.8ppm(100만 분의 1)을 기록했다. 하지만 산업혁명 이전 이산화탄소 농도는 평균 280ppm이었고 빙하기 시대는 이보다 낮은 180~200ppm을 기록했다.

 

빙하기는 육지가 얼음으로 덮혀 식물이나 토양이 탄소를 흡수하기 어려웠다. 대신 바다의 역할이 컸다. 과학자들은 이중 남극해가 중요한 바다가 다량의 탄소를 머금는 데 큰 역할을 했을 것으로 추정한다. 바다에는 유기 탄소가 심층에서 분해되며 대기 탄소량의 60배에 달하는 탄소가 저장돼 있다. 이중 남극해에서만 수면 바람에 의해 심해의 물이 바다 표면으로 올라오는 ‘용승’이 발생한다. 이 과정에서 탄소가 대기로 방출되기 때문에 남극해의 변동이 전 지구 기후에 영향을 주게 된다.

 

연구팀은 남극해가 어떤 방법으로 탄소를 흡수하고 저장했는지 알아보기 위해 기후모델 시뮬레이션 결과를 토대로 8번의 빙하기와 간빙기가 교대로 일어났던 지난 78만 4000년간의 기후를 분석했다. 칼 스타인 IBS 기후물리연구단 연구위원은 “과거엔 한 시점만 분리해 분석하거나 복잡한 남극해를 제대로 구현하지 못했으나 정교한 역학 모델을 통해 해빙의 발생 시기와 규모를 정량화했다”고 설명했다.

 

간빙기와 빙하기 때 남극 대륙에서 일어나는 일을 그림으로 나타냈다. 간빙기엔 남극 바다에 얼음이 없어 탄소가 대기로 방출되나 빙하기엔 얼음이 마개 역할을 해 탄소가 빠져나가는 것을 막는다. 기초과학연구원 제공
간빙기와 빙하기 때 남극 대륙에서 일어나는 일을 그림으로 나타냈다. 간빙기엔 남극 바다에 얼음이 없어 탄소가 대기로 방출되나 빙하기엔 얼음이 마개 역할을 해 탄소가 빠져나가는 것을 막는다. 기초과학연구원 제공

연구팀은 빙하기 초기 해빙이 성장하면서 탄소 방출을 막게 된 것을 확인했다. 기온이 떨어지면 해수가 얼어 해빙이 만들어진다. 남겨진 바닷물은 소금을 많이 담은 짠 염수가 되고 밀도가 커 해저에 가라앉는다. 해빙의 면적이 넓어지면 심층수가 다량 생기고 다시 용승하게 된다. 하지만 빙하기엔 해빙이 바다 표층을 덮어 이산화탄소를 방출할 수 없게 된다.

 

또 해빙이 증가하면서 바다 심층수와 중층수의 밀도차가 커진다. 밀도차 때문에 서로 잘 섞이지 않으면서 탄소 교환이 줄어든다. 바다 심층의 탄소가 위로 올라가지 못하는 것이다. 결국 심해엔 더 많은 양의 탄소를 가두게 된다. 연구팀은 이 과정에서 대기 중 이산화탄소 농도가 최대 40ppm 가량 감소했을 것으로 분석했다.

 

악셀 팀머만 IBS 기후물리연구단 단장은 “빙하기 초기의 기온 하락과 대기 중 탄소 감소 등 빙하기를 만든 비밀을 완전히 풀기 위해서는 더 많은 연구가 필요하다”면서 “빙하기 기온 하락은 북반구 대륙의 빙상 변동이 바다 온도와 염분에 영향을 미쳤을 것으로 보고 연구할 계획”이라고 말했다.

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