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남극빙상 화산 열원 발견

빙하 녹이지는 않지만, 안정성에 영향

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남극에서 가장 빨리 녹아가는 서남부의 파인 아일랜드 빙하(Pine Island Glacier) 아래에서 활동성 화산 열원이 발견돼 이 지역 빙하들에 어떤 영향을 끼치는지 관심을 모으고 있다. 남극대륙에서 서쪽지역 빙하들은 동쪽 빙하들보다 해빙 속도가 훨씬 빨라 과학자들은 그 원인을 놓고 다각적인 연구와 분석을 해왔다.

미국 로드아일랜드대 해양학대학원(GSO) 연구원을 비롯한 과학자들은 이 지역 바닷물 표본에서 지표 아래 활동성 화산의 증거를 발견해 과학저널 ‘네이처 커뮤니케이션즈’(Nature Communications) 최근호에 발표했다.

논문 제1저자인 화학해양학자 브라이스 루스(Brice Loose) 조교수는 2014년 영국 과학자들의 남극 탐험기간 동안에 수행된 연구를 토대로 이번 논문을 작성했다. 당시 연구진은 남극의 여름인 1월부터 3월까지 RRS 제임스 클라크 로스 쇄빙선을 타고 작업을 했다.

RRS 제임스 클라크 로스 쇄빙선에서 찍은 남극 빙하 바다 모습.  CREDIT: Brice Loose/URI

RRS 제임스 클라크 로스 쇄빙선에서 찍은 남극 빙하 바다 모습. CREDIT: Brice Loose/URI

서남극 빙상, 화산분출시스템 위에 위치

루스 교수는 “바다가 빙붕을 어떻게 녹이는지를 더 잘 이해하려고 연구에 착수했다”며, “헬륨과 크세논을 포함한 다른 다섯 가지 희소가스를 얻기 위해 물 표본을 수집한 뒤 이 가스들을 이용해 열 수송과 해빙을 추적했다”고 밝혔다. 화산 활동을 나타내는 헬륨-3 가스도 이 작업을 하는 과정에서 확보했다.

루스 교수는 “우리는 화산활동 탐색을 목표로 하지 않았고 가스들을 이용해 다른 활동들을 추적하고 있었다”며, “고농도의 헬륨-3 가스를 처음 발견했을 때 우리는 잘못됐거나 이상한 데이터군을 얻은 게 아닌가 의심했다”고 말했다.

서남극 빙상은 주요 화산 분출 시스템(volcanic rift system) 위에 놓여있지만 현재 마그마가 활동하고 있다는 증거는 없다고 연구팀은 밝혔다. 루스 교수에 따르면 마지막 화산활동은 2,200년 전에 있었다. 화산 열은 휴화산에서도 추적될 수 있지만 연구팀이 파인 아일랜드에서 발견한 것은 새로운 것이다.

남극 대륙 지도. 아래 붉은색 원은 파인 아일랜드 빙하가 위치한 곳. CREDIT: Wikimedia Commons / Paul V. heinrich

남극 대륙 지도. 아래 붉은색 원은 파인 아일랜드 빙하가 위치한 곳. CREDIT: Wikimedia Commons / Paul V. heinrich

화산활동 관련된 고농도 헬륨-3 가스 채취

루스 교수는 화산 분출 시스템이 서남극 빙상으로의 열 흐름 측정을 어렵게 한다고 말했다. 그는 “화산이 분출될 수 있는 틈이 빙상 아래 수 킬로미터 지점에 있어 열과 연기 같은 정상적인 화산활동 지표를 직접 측정할 수 없다”고 설명했다.

그러나 연구를 진행하면서 많은 양의 헬륨 동위원소가 발견되었고, 이 원소들은 거의 전적으로 맨틀에서 나왔다. 루스 교수는 “헬륨-3의 발견은 마치 화산활동의 지문을 찾아낸 것과 같은데, 파인 아일랜드 빙붕에 있는 해수에 헬륨-3이 상대적으로 풍부하다는 사실을 발견했다”고 말했다. 그는 “화산 열원은 남극에서 가장 빠르게 움직이고 가장 빠르게 녹는 파인 아일랜드 빙하 아래에서 발견되었으며, 이 빙하는 또한 가장 빠르게 질량이 줄어들고 있다”고 덧붙였다.

루스 교수에 따르면 이곳에서 바다로 빠져드는 얼음의 양은 수 기가톤(1기가톤=10억 메트릭톤)에 이른다는 것.

그러나 이것은 화산이 파인 아일랜드 빙하가 대량 손실되는 주요 원인임을 의미하지는 않는다는 것이다. 루스 교수는, 반대로 수십 년간에 걸친 연구 결과 해류로부터 나오는 열이 파인 아일랜드 빙하를 불안정하게 하고, 이것은 남극 주위의 기후학적인 바람의 변화와 관련돼 있는 것으로 보인다고 말했다. 대신 이 화산활동의 증거는 빙상의 안정성을 모니터링할 때 고려해야 할 새로운 요소라는 것.

서남극 빙상에서 빙하가 바다로 흘러내리는 속도를 붉은 색으로 표시했다. 색이 짙을수록 속도가 빠르다. CREDIT: Wikimedia Commons / NASA's Scientific Visualization Studio

서남극 빙상에서 빙하가 바다로 흘러내리는 속도를 붉은 색으로 표시했다. 색이 짙을수록 속도가 빠르다. CREDIT: Wikimedia Commons / NASA’s Scientific Visualization Studio

열 유출량, 다른 휴화산보다 25배 커

연구팀은 논문에서 헬륨 동위원소와 희소가스 측정치는 빙하 아래에서 녹은 물이 지속적으로 파인 아일랜드 빙붕의 빈 구멍(cavity)으로 운반된다는 지구화학적 증거를 제공한다고 보고했다. 아울러 화산과 열수 분출구가 방출하는 열 에너지는 파인 아일랜드 아래의 열원이 개별 휴화산의 열 유출량보다 25배 가량 더 크다고 기술했다.

2014년의 남극 탐사를 이끌었던 영국 앵글리아대 캐런 헤이우드(Karen Heywood) 교수는 “남극 빙상 밑의 화산 발견은 얼음을 녹이고 녹은 얼음들이 바다로 잘 미끄러져 들어갈 수 있도록 하는 한편, 따뜻한 바닷물로부터의 해빙이 더해지는 추가적인 열원이 존재함을 의미한다”며, “남극 빙상이 불안정해지고 해수면이 더 높아지는지의 여부를 측정하는데 이 부분을 포함시키는 게 중요하다”고 말했다.

이는 지구의 기후변화가 파인 아일랜드 빙하의 안정성에 영향을 미치지 않는다는 것을 의미하는가?

루스 교수는 그렇지 않다고 말했다. 그는 “기후 변화는 우리가 관찰한 대량의 해빙을 일으키고 있으며, 이번에 발견된 열원은 빙상 아래에 어떻게 분포돼 있는지를 모르기 때문에 그 영향력은 아직 결정되지 않았다”고 밝혔다.

빙하와 빙붕이 바다와 맞닿은 곳에서 해류가 빙하에 미치는 영향을 미치는 모습. CREDIT: Wikimedia Commons / NASA's Scientific Visualization Studio

빙하와 빙붕이 바다와 맞닿은 곳에서 해류가 빙하에 미치는 영향을 나타낸 그림. CREDIT: Wikimedia Commons / NASA’s Scientific Visualization Studio

증가하는 화산 열, 미래 빙하 역학에 영향 미쳐”

루스 교수는, 다른 연구들에 따르면 기후변화에 의해 일어나는 해빙 현상은 빙하의 크기와 무게를 줄임으로써 이로 인해 맨틀에 대한 압력이 감소하고 따라서 화산 자원으로부터 많은 열이 빠져나와 바닷물을 따뜻하게 한다고 설명했다.

그는 “해수면 상승률을 예측하는 일은 앞으로 100년 동안 과학의 핵심적인 역할의 하나가 될 것이며, 우리는 지금 그 일을 위해 빙하들에 대한 모니터링과 모델링을 하고 있다”고 말했다.

연구팀은 다음과 같이 결론을 내렸다. “내부 마그마 이동이나, 빙상이 얇아져 화산활동이 증가함에 따라 파인 아일랜드 빙하에 공급되는 화산 열 비율의 규모나 변화는 오늘날의 기후가 주도하는 빙하 퇴각의 시기에 파인 아일랜드 빙하의 미래 역학에 영향을 미칠 수 있다.”

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