지난 20년 동안 그린란드 빙상의 손실량은 4배 가량 증가하여 지구 해수면 상승의 1/4정도를 일으킨 원인이 되었다. 그러나 빙상의 손실을 일으킨 일련의 현상들과 물리적인 프로세스들은 여전히 불확실하다. 빙하 손실의 원인이 된 빙하 후퇴(retreat of glacier) 속도 증가를 촉진시킨 것 중의 하나는 해수의 온난화인 것으로 예상된다.

Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI) 소속의 Fiamma Straneo와 MIT의 Patrick Heimbach에 의해 수행된 본 연구 결과는 과학저널 Nature를 통해 발표되었으며, 지난 20년간 그린란드와 그 주변에 대한 연구 결과에서 어떠한 것들을 알 수 있는지와 해당 분야에 대한 연구가 계속적으로 앞으로 나아가기 위해서는 어떠한 측정방법과 기술이 필요한가를 설명하였다.

그린란드 빙상의 면적은 1.7백만 제곱미터이며 2마일 두께의 두꺼운 얼음이 그린란드를 덮고 있다. 그린란드 빙상의 테두리에서는 빙하가 떨어져 나와 600미터 이상의 수심을 가진 연안의 피오르드로 빠져들어간다.

 

이러한 현상으로 빙상의 테두리는 해수에 노출되게 된다. 그린란드 서부를 둘러싸고 있는 북대서양 해수는 최근 지난 100년 동안 가장 따뜻한 상태에 도달한 것으로 나타났다.

 

이러한 해수의 온난화 현상은 자연적인 기후 변동과 인간 활동에 기인한 기후 변화에 의한 것으로, 기후 모델은 해수의 온도가 계속 상승할 것이라고 예측하였다. 따라서 현재의 해수 온난화가 그린란드 빙상의 얼음량 손실에 기여해 왔는지를 이해하는 것과 미래의 온난화가 어떤 결과를 가져올 것인가를 아는 것은 중요하다.

본 연구는 빙상의 해빙을 초래하는 메커니즘, 특히 빙하가 바다로 확장되는 빙상의 테두리에서의 메커니즘을 설명하였다. 이 “해저 해빙(submarine melting)” 현상은 지난 20년간 해수와 대기의 온도가 상승함에 따라 증가해 왔다.

연구진은 그린란드와 피오르드에 대한 많은 연구들이 북대서양이 온난해짐에 따라 따뜻한 해수가 피오르드와 그린란드 빙하의 테두리까지 도달할 것임을 보여주었다고 설명하였다. 그러나 그 현상은 단지 “따뜻한 해수가 얼음을 녹인다”는 것 보다는 훨씬 복잡하다.

따뜻한 대기는 빙상의 표면에서 해빙되는 양을 증가시키고, 이로 인한 유출수 또한 해저 해빙을 촉진시킨다. 빙상 표면에서 해빙으로 인한 유출수가 빙상의 균열 사이로 흘러내려가면 담수 하천을 형성하고, 이것은 해수면의 600미터 수심에까지 이르는 빙상의 바닥에서 해수로 빠져나간다.

 

이 하천은 밀도가 높고 염분이 높은 해수와 빠르게 혼합되어 해수로부터 얼음으로 빠른 열전달이 일어나도록 해 바다 표면에서보다 더 많은 해저 해빙이 발생하도록 한다.

연구진은 만약 얼음조각 하나를 물잔에 넣고 만지지 않으면 몇 분 후에 녹겠지만, 그것을 휘저으면 상대적으로 따뜻한 물이 얼음 표면에 더 쉽게 도달하도록 하여 얼음이 빨리 녹게 되는 것과 같은 이치라고 설명하였다.

연구진은 해양과 대기 모두가 온난해진 기후 온난화 상태에서는 해저 해빙을 촉진시키는 것이 두 배로 증가한다고 설명하였다. 온난해진 해양으로 인한 해빙량 증가와 동시에 온난해진 대기 온도로 인해 빙상 표면에서의 유출수량 증가가 해빙량을 증가시킨다.

그린란드에서 더 많은 얼음이 손실된다는 것은 더 많은 양의 담수가 북대서양으로 유입됨을 의미한다. 해양학자들은 북대서양 표면에서의 이러한 담수량 증가가 해양에서 대기로의 열전달을 막는 역할을 할 것이라고 염려하였다.

일반적으로 해양학자들은 북극해로부터 기인한 담수의 이례적인 변동에 대하여 가장 염려해왔다. 그러나 현재에는, 그린란드로부터의 담수 배출이 이러한 북극해의 이례적인 변동과 맞먹을 정도의 수치에 도달하였다.

연구진은 그린란드는 해수면 상승에만 영향을 미치는 것이 아니라 북대서양에 과량의 담수가 유입되도록 하여 해양 순환을 변화시켜 기후를 변화시키기 시작하였다고 설명하였다.

이와 관련된 분석 결과의 부족으로 빙상이 얼마나 빨리 녹을 것인지, 얼마나 많은 양의 담수가 유입될 것인지에 대해서는 아직 많은 의문점이 남아 있다.

본 연구진과 같은 많은 해양학자들은 아극지 북대서양에 대하여 20년 이상을 연구해 왔으나 그린란드 주변의 해양에 대한 데이터는 매우 적다.

 

이는 빙상에 대한 데이터도 마찬가지이다. 20에서 30년 전에 위성을 이용한 관측이 수행되기 전, 빙하에 대한 관측은 거의 수행되지 못하였고, 연구자들은 매우 적은 수의 사진 데이터로만 빙하 후퇴를 추측할 뿐이었다.

연구진은 해양이 빙하에 영향을 미친다는 것을 이해하는 데에 있어서 가장 힘든 부분 중 하나는 빙하 주변의 해수 조건에 대한 관측 결과가 거의 없다는 것이라고 덧붙였다.

 

심지어 오늘날에도 빙하와 해양이 만나는 지점에 대해서는 관측 결과가 거의 없다. 무인관측기와 같은 장비들이 사용되기도 하지만 그러한 방법은 제한된 재정적인 지원 하에서는 시도하는 데에 비용 부담이 높다.

이러한 연유로 연구진은 보다 장기적인 데이터 수집이 진행되기 위해서는 더 많은 자원과 기술이 필요하다고 주장하고 있다. 만약 장기적으로 이러한 데이터들을 수집하지 않는다면 오늘날에 해결하려고 애쓰는 이러한 문제들을 다음 세대에도 동일하게 겪도록 남겨두는 것이 된다.

연구진은 이러한 문제를 알리기 위하여 다른 해양학자, 기후학자, 빙하학자들과 함께 데이터 수집에 대한 연구 의제가 선행되어야 함을 확인하였다.

 

그들의 목표는 해양과 대기의 변화가 그린란드 빙하에 어떻게 영향을 미치는가와 이러한 변화가 기후에는 어떠한 변화를 초래할 것인지를 예측할 수 있는 충분한 데이터베이스를 구축하는 것이다. 연구진은 이것이 후세에 남기고 싶은 유산 중 하나이며, 이러한 투자는 다음 세대의 해양학자들을 위한 것이라고 덧붙였다.

 

 

 

 

 

over the past two decades, ice loss from the Greenland Ice Sheet increased four-fold contributing to one-quarter of global sea level rise. However, the chain of events and physical processes that contributed to it has remained elusive. One likely trigger for the speed up and retreat of glaciers that contributed to this ice loss is ocean warming.

 

A review paper by physical oceanographers Fiamma Straneo at Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI) and Patrick Heimbach at MIT published in Nature explains what scientists have learned from their research on and around Greenland over the past 20 years and describes the measurements and technology needed to continue to move the science forward.

 

The Greenland Ice Sheet is a 1.7 million-square-kilometer, 2-mile thick layer of ice that covers Greenland. At its edge, glaciers that drain the ice sheet plunge into coastal fjords that are over 600 meters deep -- thus exposing the ice sheet edges to contact with the ocean.

 

The waters of the North Atlantic Ocean, which surround southern Greenland, are presently the warmest they have been in the past 100 years.

 

This warming is due to natural climate variability and human induced climate change, and climate models project that it will keep getting warmer. Therefore, it is important to understand if the present ocean warming has contributed to ice loss from the Greenland Ice Sheet and how future warming may result in even more ice loss.

 

The paper describes the mechanisms causing the melting of the ice sheet, particularly at its margin, where the glaciers extend into the ocean. This so-called "submarine melting" has increased as the ocean and atmosphere have warmed over the past two decades.

 

"What a lot of research around Greenland and the fjords has shown is that if the North Atlantic Ocean warms, then these warm waters will rapidly reach the fjords and hence the margins of Greenland's glaciers," says Straneo.

 

But scientists today know that the situation is more complex than just "a warmer ocean melts ice."

 

A warmer atmosphere is resulting in increased surface melting above the ice sheet, and this runoff too enhances submarine melting. Surface melt water falls through cracks in the glacier creating a freshwater river that rushes out into the ocean at the base of the glacier, sometimes 600 meters (1,800 feet) below sea level.

 

This river mixes rapidly with the dense, salty seawater, contributing to the heat transfer from the ocean to the ice, resulting in even more submarine melting beneath the sea surface.

 

Straneo describes it as follows: "If you put an ice cube in a glass of water and don't touch it, it will take a few minutes to melt. But if you stir it, you are making it easier for the warmer water to reach the ice surface, which makes the ice melt faster."

 

In a warming climate when both the ocean and atmosphere are warming, Straneo says, "it's like a double hit on submarine melting. It increases because the ocean is warming, but also because there's increased surface melt that flows to the ice-ocean boundary and increases submarine melting even more."

 

As Greenland continues to lose more ice, it releases more fresh water into the North Atlantic Ocean. Oceanographers are concerned that this increase in fresh water at the surface of the North Atlantic Ocean can act like a cap, preventing the transfer of heat from the ocean to the atmosphere in the conveyor-like ocean circulation system.

 

Typically, oceanographers have mostly been concerned about anomalous pulses of freshwater that come from the Arctic Ocean. But now, Greenland's excess fresh water is reaching levels comparable to these Arctic anomalies.

 

"Greenland will not only affect sea level rise, but it could also start to impact climate by changing the ocean circulation with the addition of so much fresh water in the North Atlantic," Straneo says.

 

Due to the lack of hard data from measurements, many questions remain such as how fast will the ice sheet melt and how much mass will be lost.

 

Although oceanographers like Straneo have been studying the sub-polar North Atlantic for more than 20 years, they began with very little historical data from the ocean around Greenland.

 

The same is true for the ice sheet itself. Prior to the onset of satellites about 20-30 years ago, observations of glaciers are very scarce and scientists have mostly relied on a limited number of historical photos to infer glacial retreat over time.

 

"Part of what we struggled with, in understanding how the ocean can affect the glaciers, was there were hardly any measurements of ocean conditions near the glaciers before everything started changing," says Straneo.

 

Even today, she says: "We have very few measurements where the ice and the ocean meet. Autonomous vehicles might help some and so may moorings deployed through the ice. It's just that they are expensive and funding is limited."

 

That's why she believes it is important to find more resources and technology that will continue to build a longer historical record of data.

 

"If we don't start collecting these measurements for longer periods of time, we're leaving the same questions that we're struggling with today for the next generation to answer," she says.

 

To begin to address this problem, Straneo and co-author Heimbach are working with other oceanographers, climatologists, and glaciologists to identify a prioritized research agenda for collecting the needed data.

 

Their goal is to build a long enough record that it will help predict how ocean and atmospheric changes will affect Greenland's glaciers and how those changes in turn impact our climate, she says.

 

"This is the sort of legacy I would like to leave. Our investment is for the future generation of oceanographers," she says.