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2014년 10월 2일 목요일

그린란드의 빙하 밑에서는 어떤 일이 일어나고 있을까 ?



 그린란드를 비롯한 육지 빙하들은 한쪽에서는 최근 그 질량이 계속해서 감소하고 있습니다. 본래 빙하는 바다로 흘러들어가면서 녹는 양과 새롭게 눈이 내려서 쌓이는 만큼이 균형을 이루는데 과거 지구 역사에서 지구 기온이 오르거나 내림에 따라서 그 양이 크게 변해왔습니다. 예를 들어 과거 북미를 덮었던 거대한 로렌타이드 빙상은 마지막 빙하기 이후 녹아서 지금은 그 흔적들만이 남아 있습니다. 그 빙하가 녹은 자리에 인간들이 뉴욕 같은 대도시를 건설해 살고 있죠.  


 현재와 같은 온난화 추세가 계속될 경우 결국 남극과 그린란드의 빙하 역시 로렌타이드 빙상과 같은 운명을 맞이하게 될 것입니다. 다만 그 질량을 감안하건데 짧은 시간내로 다 녹는다는 것은 상상하기 힘듭니다. 과학자들은 수세기에 걸쳐서 이 얼음들이 녹아내릴 것이라고 보고 있는데 사실 그 속도는 매우 중요합니다.  


 왜냐하면 이 빙하들이 녹는 속도와 해수면이 상승하는 속도와 밀접한 연관성을 지니고 있기 때문입니다. 이는 과학자들 뿐 아니라 해안선에 많은 대도시와 거주 지구를 가진 주요 국가들에 매우 중요한 이슈입니다. 해수면 상승 속도에 따라 이번 세기와 다음 세기에 막대한 비용을 지출하거나 일부 도시를 이전해야 하는 큰 프로젝트에 직면할 수 있습니다. 따라서 이 부분에 대한 많은 연구가 현재 진행 중입니다.  


 텍사스 대학의 로렌 앤드류 (Lauren Andrews, a Ph.D. candidate at The University of Texas at Austin) 와 그녀의 동료들은 해빙기 (melting season) 에 빙하가 움직이는 속도를 정확히 측정하기 위해서 빙하에 깊은 구멍을 뚫고 그 하부의 속도를 측정하는 연구를 진행했습니다. 빙하의 두께는 수 km 에 달하기 때문에 외부에서만 관찰해서는 그 변화를 정확히 측정하기 힘듭니다. 따라서 지금까지 다양한 방법으로 빙하가 녹는 정도와 바다로 흘러들어가는 이동 속도를 측정하기 위해서 많은 과학자들이 노력해 왔습니다.  



(표면에서 흘러내려들어가는 해빙수. Meltwater carves channels in the Greenland Ice Sheet before draining into moulins, deep conduits that carry meltwater to the bottom of the ice sheet. Pictured are Matthew Hoffman of Los Alamos National Laboratory and Blaine Morriss of Dartmouth College. Credit: Lauren Andrews)



(A camera used to image the structure of glacier ice is lowered into the borehole by a winch. The instrument is encased in a plastic cage to keep it stable as it is lowered 600 meters to the bed of the ice sheet. Credit: Lauren Andrews)


 텍사스 대학의 연구팀은 빙하에 300 - 2000 m 정도의 구멍을 뚫고 사상 처음으로 직접 그 이동 속도를 측정했습니다. 해빙기에 빙하 표면 온도가 따뜻해지면 빙하 표면에서 녹은 해빙수 (meltwater) 가 빙하의 약한 부분을 뚫고 내부로 흘러들게 됩니다. 표면에서 보면 마치 빙하 표면에 작은 강이 형성된 것 같은 느낌을 주는데 이 해빙수의 강은 마치 폭포처럼 빙하의 틈을 타고 아래로 내려가게 됩니다. 이 물의 힘으로 내부에 틈이 더 깊어지면서 마침내는 최대 수 km 떨어진 빙하의 바닥까지 해빙수가 내려가게 됩니다.  


 연구팀은 이 해빙수가 복잡한 빙하 내부 네트워크를 따라서 어떻게 빙하의 속도에 영향을 미치는 지 직접 관측했습니다. 일반적으로 해빙수는 기반암과 빙하사이에 윤활유 역할을 해서 빙하를 더 빠르게 바다로 흘려보낸다고 생각되어 왔습니다. 분명 그 점은 사실이겠지만 연구팀의 관측 결과에 의하면 우리가 생각했던 것보다 빙하 아래의 배수 시스템 (subglacial plumbing network) 이 더 복잡한 것으로 나타났다고 합니다.


 2011 년 앤드류와 그녀의 동료들은 그린란드 서부의 파키트소크 지역 (Paakitsoq region of western Greenland) 에 총 13 개의 구멍을 뚫었습니다. 그리고 2011 년에서 2012 년 여름에 그 구멍 내부의 수압을 측정하고 빙하의 이동 속도를 GPS 로 측정했습니다. 그 결과 하루 중에도 매우 다양하게 내부의 수압과 속도가 변하는 것이 관측되었습니다.  


 그런데 일부 기반암의 수압은 위에서 내려오는 물의 양과 상관없이 일정하게 유지되는 경우들이 있었습니다. 연구팀은 이런 지역들이 얼음사이 빙하의 수로 시스템과 독립되어 존재하는 고인 호수 같은 지역이라고 파악했습니다. 그러나 이 지역들도 해빙기가 진행됨에 따라 다시 수로 시스템과 연결되면서 수압이 낮아졌고 결국 이렇게 되면 빙하의 속도를 늦추는 것으로 나타났다고 합니다. (즉 윤활유의 압력이 낮아지면서 마찰이 커진다는 의미)  


 빙하 아래에 해빙수는 기본적으로는 빙하를 바다로 흐르게 만드는 윤활유 역할을 하지만 이들이 빙하 내부의 수로 시스템과 어떤 상호 작용을 하는지 지금까지 잘 모르고 있었습니다. 이와 같은 복잡한 시스템은 사실 빙하 위에서 보이는 해빙수의 양과 빙하가 흐르는 속도간의 불일치를 설명 (즉 위에서 녹는 만큼 빙하의 속도가 바로 빨라지지 않음) 해 줄 수 있을 것으로 보입니다.  


 연구의 공저자인 지니 카타니아 교수 (Ginny Catania, a research scientist at the institute and an associate professor in the university's Jackson School of Geosciences) 는 "우리가 수력학 시스템을 잘 알지 못하면 우리는 빙하가 흐르는 속도를 정확히 알 수 없고 미래를 잘 예측할 수 있는 모델을 구축할 수도 없다. If we don't get this hydrology right, and if we don't couple it to models of ice flow, then we can't model the system properly and won't be able to project into the future very well" 라고 언급하면서 이와 같은 빙하 내부의 수문학/수력학적 시스템의 이해의 중요성을 설명했습니다.  


 향후에도 빙하에 대한 연구는 계속되겠지만 빙하 내부에 복잡한 수로 네트워크가 존재하고 이것이 빙하의 속도에 다양한 영향을 미칠 수 있다는 연구 결과는 흥미롭습니다. 역시 세상은 생각보다 복잡한 것 같습니다. 이 연구는 네이처에 실렸습니다.  


 참고



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