남극해‘짠물’은 어떻게 만들어질까. 극지연구소, 지구 해양순환 ‘마중물’ 장기 관측 세계 첫 성공

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□ 극지연구소는 남극 바다에서 ‘짠물’이 만들어지는 과정을 세계 최초로 정밀 관측하는 데 성공했다고 밝혔다. 이 ‘짠물’은 전 세계 바다 순환의 핵심인 남극저층수를 움직이는 마중물 같은 존재이다.

고염대륙붕수 장기관측 위치. 남극 테라노바만 관측장비 설치 위치(노란색 원).

□ 남극 해안가에 인접한 바다는 계절에 따라 얼었다 녹았다를 반복하는데, 얼음이 생성될 때 배출되는 염분이 가라앉으면서 바닷물의 염도는 높아진다. 이 바닷물은 염도가 전 세계 바다 평균보다 높고, 대륙붕을 따라 이동하기 때문에 고염대륙붕수라 불린다.

 

□ 고염대륙붕수가 주변 바닷물과 섞여 형성된 남극저층수는 수심 4,000m 이하의 깊은 곳에서 대양으로 퍼진다. 남극저층수는 지구에서 가장 차갑고 무거운 바닷물로, 대기 중의 탄소를 심해에 격리해 기후변화를 늦추는 역할을 한다.

A temperature-salinity diagram from the moored sensor at 47 m depth showing the presence of High Salinity Shelf Water (HSSW) during the austral winter months.

2012년부터 2021년까지 10년간 추정한 고염대륙붕수 변동 추세. 2015년까지 생성률이 감소하다 이후로 증가하는 모습이 관찰됨. 적색과 청색 점선은 해양-대기간 열교환 상수의 최댓값과 최솟값을 가정하여 계산된 경계값임

□ 극지연구소 이원상 박사 연구팀과 미국 콜럼비아 대학교, 경북대학교, 뉴질랜드 국립수문대기연구소 등으로 구성된 국제 공동연구팀은 2017년 1월 남극 장보고과학기지 인근 테라노바만에 관측 장비를 설치하고 약 1년간 고염대륙붕수의 형성과 움직임을 추적했다.

□ 관측 결과, 2017년 고염대륙붕수의 평균 수송량은 0.4 Sv* (스베드럽, Sverdup)에 달했다. 해양학에서는 물이 이동하는 정도를 Sv라는 단위로 표현하는데, 1 Sv는 아마존강 수송량의 약 5배이다.

* 스베드럽: 1Sv는 1초에 100만㎥ 양의 해류가 움직이는 것을 말함

 

□ 연구팀은 관측 결과와 인공위성에서 얻은 바다얼음의 면적 변화를 분석해 테라노바만에서 고염대륙붕수 생성량이 지난 10년간 (2012~2021) 2배 이상 늘어났다는 결과를 도출했다. 2015년부터 지속적인 생성률 증가가 나타났는데, 이 기간에 진행된 다른 관측값과도 일치했다.

 

□ 남극 바다의 변화를 장기간 관측할 때, 일반적으로는 빙산을 피해 수심 400미터 아래에 장비들을 설치한다. 연구팀은 고염대륙붕수 생성 과정을 직접 확인하기 위해 도전적으로 수심 47~360미터 구간에 관측망을 구성했고, 관측에 성공했다. 남극에서 고염대륙붕수 생성과정을 1년에 걸쳐 연속적으로 모니터링한 연구는 이번이 처음이다.

 

□ 이번 연구는 해양수산부 「급격한 남극 빙상 용융에 따른 근미래 전지구 해수면 상승 예측기술 개발」의 일환으로 수행되어 국제저명학술지 네이처커뮤니케이션즈紙에 지난 16일 게재됐다.

 

□ 이원상 극지연구소 책임연구원은 “이번 연구로 최근 10년간 고염대륙붕수의 장기 변동성과 남극저층수 변동에 관한 이해를 높일 수 있었다”며, “향후 전 지구 해양 순환과 해수면 상승 예측 연구에 크게 기여할 것으로 기대한다.”라고 전했다.

 

※ 마중물

마중물은 '마중 나가는 물' 이라는 의미의 순우리말이다. 펌프로 식수를 끌어올릴 때 수압이 떨어져 헛돌게 되면 한바가지 정도의 물을 부어 압력을 높였는데, 그 때의 물을 '마중물' 이라 했다. 그런 이유에서 어떤 일을 시작하는 계기나 실마리로 비유되기도 한다고 했다.

 

 

Abstract High Salinity Shelf Water (HSSW) formed in the Ross Sea of Antarctica is a precursor to Antarctic Bottom Water (AABW), a water mass that constitutes the bottom limb of the global overturning circulation. HSSW production rates are poorly constrained, as in-situ observations are scarce. Here, we present high-vertical-and-temporal-resolution salinity time series collected in austral winter 2017 from a mooring in Terra Nova Bay (TNB), one of two major sites of HSSW production in the Ross Sea. We calculate an annual-average HSSW production rate of ~0.4 Sv (106 m3 s−1), which we use to ground truth additional estimates across 2012–2021 made from parametrized net surface heat fluxes. We find sub-seasonal and interannual variability on the order of 0.1 Sv with a strong dependence on variability in open-water area that suggests a sensitivity of TNB HSSW production rates to changes in the local wind regime and offshore sea ice pack.