미국 콜롬비아 대학(Columbia University) 소속의 연구진은 그린란드 빙상의 하부에 확산된 얼음 결빙의 증거를 발견했다. 이러한 얼음의 결빙 중 일부는 보다 더 빠른 흐름과 동시에 일어나는 특징을 가진다. 새롭게 밝혀진 형태는 과학자들이 빙상(ice sheet)이 어떻게 거동하는지, 빙상이 온난한 기후에 어떻게 반응할 것인지에 관하여 이해하는데 도움을 줄 것이다.

그린란드의 척박한 하얀색 아래의 신비로운 세계가 화두로 떠올랐다. 얼음 투과 레이더(ice-penetrating radar)를 이용하여, 과학자들은 해빙의 매우 깊은 아랫부분에서 맨해튼 섬(island of Manhattan) 크기의 폭과 도시 고층 건물처럼 높은 조각난 얼음을 발견했다. 이 빙상은 얼음 아래의 물이 결빙되고, 주변 얼음이 위로 상승되어 휘돌면서 형성되는 것으로 추정된다. 관련된 연구 결과는 Nature Geoscience 저널 최신 이슈 란에 발표됐다.

거대한 빙상 아래 해빙수(Meltwater)는 해빙수가 상대적으로 온난한 얼음을 형성하기 위하여 융해될 때 유연해지거나 하부에서 미끄러짐에 의해서 얼음 흐름에 영향을 끼칠 수 있다. 재결빙(refreezing)은 동부 남극에서 거대한 하부 얼음 유닛(basal ice unit)을 생성했다. 거품이 없는 하부 얼음 유닛은 그린란드 빙상의 가장자리에서 노출된다. 그러나 재결빙의 정도와 그린란드의 얼음 흐름 역학에 끼치는 재결빙의 영향은 규명되지 않았다.

이 연구에서 연구진은 융해수의 재결빙이 1,100미터의 두께까지 북부 그린란드 전역에서 뚜렷한 하부 얼음 유닛을 생성한다는 사실을 증명했다. 연구진은 이러한 하부 유닛이 얼음이라는 것을 보여주기 위하여 모형화된 중력 이상치(gravity anomalies)를 갖춘 대기 중 중력 자료를 비교했다. 레이더 자료를 이용하여, 연구진은 층으로 가로놓인 빙상을 상당히 파열시키는 유닛의 정도를 결정했다.

빙상이 어느 지점에서 신속하게 이동하기 시작하는지와 관련된 이러한 특징을 우리가 더 많이 보게 될 것이라고 이 연구의 주저자인 콜롬비아 대학 산하 라몬트-도허티 지구 관측소(Lamont-Doherty Earth Observatory) 소속의 지구물리학자인 Robin Bell은 밝혔다. 결빙 공정 증가, 변형 및 얼음 위 부분의 온난화 등이 더 부드럽고 용이한 흐름을 만드는 것으로 연구진이 생각하고 있다고 Bell은 밝혔다.

이러한 구조는 그린란드 북부의 약 1/10 가량을 덮고 있는 것으로 연구진은 추정하고 있다. 한편 이러한 구조는 빙상이 빙하류(ice streams) 또는 빙하(glacier)로 좁아져 바다로 향할 때 더 크고 더 일반적인 구조가 된다. 해빙수가 수천 년에 걸쳐 하부에서 재결빙될 때, 연구진은 용해수가 열을 반사하여 주변 빙상으로 조사되어, 얼음이 더 부드러워지고, 훨씬 더 용이하게 흐르게 된다는 사실을 알게 해주었다.

1970년대 이후 및 최근인 1998년까지, 이 지역에 대한 연구진의 저공비행은 언덕에 대한 이러한 구조의 레이더 이미지를 잘못 판단했다. 양쪽 극지대에서 얼음 소실에 대한 지도를 제작하기 위해 나사의 IceBridge 캠페인(IceBridge campaign)이 수행되는 동안 비행한 보다 더 새로운 도구는 바위 대신 얼음으로 만들어진 언덕을 발견했다. 동부 남극 빙상 하부에서 유사한 얼음 특성을 발견한 Bell은 얼음으로 만들어진 언덕을 즉시 인식했다.

2008년과 2009년에 남극 대륙의 얼음으로 덮인 Gamburtsev 산악 지대(Gamburtsev Mountains)에 대한 지도 제작이 수행될 때, Bell과 동료 연구진은 가파른 분지 암벽과 산등성이를 따라 광범위한 융해와 결빙을 발견했다. 비록 연구진은 압력과 마찰이 빙상의 하부를 융해시킬 수 있다는 것을 오랫동안 인식했다고 하더라도, 결빙된 물이 층을 이루는 케익 같은 구조를 변형시킬 수 있다는 것을 확인했다. 2011년 Science에 게재된 연구에서, Bell과 동료 연구진은 일반적으로 내리는 눈이 위에서 아래로 축적되는 것이 아니라 빙상이 하부에서 위로 성장할 수 있다는 사실을 제안했다.

현재의 연구는 보다 더 신속한 빙상의 흐름에 대한 하부 특성의 연관관계를 가지는 남극에 대한 연구 결과를 구축했다. 연구진은 100평방마일에 이르는 얼음 덩어리가 해수로 미끄러져 들어가는 사건으로 2010년에 헤드라인을 장식했던 그린란드 북부에 위치한 페이테르만 빙하(Petermann Glacier)를 조명했다. 연구진은 재결빙 공정이 바다 위에 떠다니는 페이테르만 빙하로부터 빙하가 수백 마일에 이르는 영역에 영향을 끼친다고 제안했다.

전체적으로 이러한 관측은 하부 결빙이 이전에는 조사되지 못했던 가능성인 페이테르만 빙하의 거대한 규모의 흐름에 대한 핵심적인 제어라고 텍사스 대학(University of Texas) 연구원인 Joseph MacGregor는 제안했다.

그린란드 빙하는 기후 온난화에 따라 바다 방향으로 더 급속하게 이동하는 것처럼 보인다. 그러나 재결빙 공정이 이러한 동향에 어떻게 영향을 끼칠 것인지는 불명확하게 남아 있다고 연구진은 밝혔다.

하부 얼음 유닛은 눈에서 유래하는 심하게 변형된 지질학적 얼음으로 일반적으로 둘러싸여 있는 하부 물의 재결빙으로 이루어진다. 연구진은 하부 융해가 유일한 물 공급원인 내부뿐 아니라, 표면 융해가 가장 큰 물 공급원인 빙상 가장자리를 따라 이러한 유닛에 대한 지도를 제작했다. 페이테르만 빙하(Petermann Glacier) 아래, 하부 유닛은 떠다니는 빙상에서 빠른 흐름과 수로(channel)의 발생이 동시에 일어난다. 연구진은 융해수 재결빙(refreezing of meltwater)과 그 결과로 얻어지는 주변 하부 얼음이 그린란드 빙상 주변에서 발생하는 변형(deformation), 서릿발(ice column)의 온도 구조의 조절 및 얼음 흐름에 미치는 영향 등을 제안했다.

그림1> 빙상 하부에서 융해와 재결빙이 위쪽 층을 이루는 케익 구조를 변형시킨다.(그린란드 레이더 이미지)
그림2> 그린란드 상공의 비행기에서 보는 평평한 지형

[출처 = KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 / 2014년 6월 20일]

 

IMAGE: Melting and refreezing at the bottom of ice sheets warps the layer-cake structure above, as seen in this radar image from Greenland. Click here for more information.

Beneath the barren whiteness of Greenland, a mysterious world has popped into view. Using ice-penetrating radar, researchers have discovered ragged blocks of ice as tall as city skyscrapers and as wide as the island of Manhattan at the very bottom of the ice sheet, apparently formed as water beneath the ice refreezes and warps the surrounding ice upwards.

The newly revealed forms may help scientists understand more about how ice sheets behave and how they will respond to a warming climate. The results are published in the latest issue of Nature Geoscience.

"We see more of these features where the ice sheet starts to go fast," said the study's lead author, Robin Bell, a geophysicist at Columbia University's Lamont-Doherty Earth Observatory. "We think the refreezing process uplifts, distorts and warms the ice above, making it softer and easier to flow."

The structures cover about a tenth of northern Greenland, the researchers estimate, becoming bigger and more common as the ice sheet narrows into ice streams, or glaciers, headed for the sea. As meltwater at the bottom refreezes over hundreds to thousands of years, the researchers believe it radiates heat into the surrounding ice sheet, making it pick up its pace as the ice becomes softer and flows more easily.

Since the 1970s, and as recently as 1998, researchers flying over the region mistook radar images of these structures for hills. Newer instruments flown during NASA's IceBridge campaign to map ice loss at both poles found the hills to be made of ice instead of rock. Bell, who had discovered similar ice features at the base of the East Antarctic ice sheet, recognized them immediately.

While mapping Antarctica's ice-covered Gamburtsev Mountains in 2008 and 2009, Bell and colleagues discovered extensive melting and refreezing along ridges and steep valley walls of the range. Though researchers had long known that pressure and friction can melt the bottom of ice sheets, no one knew that refreezing water could deform the layer-cake structure above. In a 2011 study in Science, Bell and colleagues proposed that ice sheets can grow from the bottom up, not just from the top-down accumulation of falling snow.

The current study builds on the findings from Antarctica by linking the bottom features to faster ice sheet flow. The researchers looked at Petermann Glacier in the north of Greenland, which made headlines in 2010 when a 100-square mile chunk of ice slipped into the sea. They discovered that Petermann Glacier is sweeping a dozen large features with it toward the coast as it funnels off the ice sheet; one feature sits where satellite data has shown part of the glacier racing twice as fast as nearby ice. The researchers suggest that the refreeze process is influencing the glacier's advance hundreds of miles from where Petermann floats onto the sea.

		IMAGE: The flat topography seen from a plane over Greenland is in sharp contrast to the jagged features found to be underlying much of the ice sheet. Click here for more information.

"Overall, these observations suggest that basal freeze-on is a key control on the large-scale flow of Petermann Glacier, a possibility that has not been explored previously," writes University of Texas researcher Joseph MacGregor in the same issue of Nature Geoscience.

Greenland's glaciers appear to be moving more rapidly toward the sea as climate warms but it remains unclear how the refreeze process will influence this trend, the researchers said.

They expected to find bottom features in the ice sheet's interior, as they did in Antarctica, but did not expect to see features at the edges, where lakes form and rivers flow over the surface, they said. Water from those lakes and rivers appears to fall through crevasses and other holes in the ice to reach the base of the ice sheet, where some of it apparently refreezes. Their discovery indicates that refreezing and deformation at the base of the ice sheet may be far more widespread than previously thought. Bell and her colleagues believe that similar features may come to light as other parts of Greenland and Antarctica are studied in closer detail.

Flying over northern Greenland during the 2011 Ice Bridge season, Kirsty Tinto, a geophysicist at Lamont-Doherty, sat up straight when the radar images began to reveal a deformed layer-cake structure. "When you're flying over this flat, white landscape people almost fall asleep it's so boring—layer cake, layer cake, layer cake," said Tinto, a study coauthor. "But then suddenly these things appear on the screen. It's very exciting. You get a sense of these invisible processes happening underneath."

 

[원문출처 : http://www.eurekalert.org/pub_releases/2014-06/teia-mar061214.php]