극지방의 온도가 서서히 증가되는 것이 관찰됨에 따라, tidewater glacier(썰물 때 빙하가 바다로 떨어져 나와 만들어진 빙산)의 갑작스런 후퇴와 빙붕(ice shelf)의 갑작스런 붕괴를 설명하는 빙산분리(iceberg calving)에 대한 새로운 관점을 제시하는 연구결과가 Nature Geoscience지에 게재되었다.
핀란드-스웨덴-미국-중국 연구팀이 함께 진행한 본 연구결과와 이론적 기반은 미래 해수면의 높이를 예측하는 능력을 향상시키는데 도움을 줄 것으로 기대된다.
해수면 상승은 기후변화에 의한 가장 큰 위협 중 하나이다. 향후 100년 동안, 빙상(ice sheet) 및 빙하는 녹거나 빙산의 분리를 통해 해수면 상승의 주요한 원인 중 하나가 될 것이다. 분리된 빙산의 양은 컴퓨터 시뮬레이션으로 쉽게 예측될 수 없으며, 이는 빙산 분리가 빠르게 발생하고 비선형적인 변동성을 보이고 있기 때문이다. 빙산분리 시뮬레이션은 미래 기후변화를 예측하는데 해결해야 할 가장 큰 도전과제 중 하나로 남아있다.
본 연구에서 스발바르(Svalbard), 알래스카, 그린란드 및 남극의 현장자료와 이론 및 컴퓨터 시뮬레이션 자료를 통합하였다. 그 결과 분리된 빙하 및 빙상은, 기후 및 지리학적 조건의 변화에 반응하여 임계점 주위를 오르내리는 핵심적인 시스템 역할을 하는 것으로 나타났다.
관찰된 빙산 분리의 빈도는 1~ 1조 입방미터 범위의 우주적인 스케일링 법칙(universal scaling laws)으로 분포하였다. 즉, 분리 확율은 크든 작든 간에 특정한 패턴에 따른다는 것을 의미한다. 마치 지진과 관련된 구텐베르크-리히터 법칙(Gutenberg-Richter law)의 경우와 매우 유사하다고 핀란드 과학IT센터(IT Center for Science)의 Jan Astrom 박사는 밝혔다.
또한 조사한 것과, 수 백만 개의 개별 얼음 블럭으로 나눠지는 모델을 이용한 빙산 분리에 대한 컴퓨터 시뮬레이션 결과와 일치하였다. 균열은 얼음 블럭을 통해 갑자기 진행되어, 자기조직화 임계성(self-organised criticality)이라는 전통적인 이론에 의해 예측된 바와 유사한 형태로 빙산 분리를 촉발시킨다. 이 이론은 원래 아벨리안 모래쌓기 모형(Abelian sandpile model)이다.
즉, 빙산 분리는 환경에 매우 민감하다는 의미로, 약간의 기후변화는 분리가 거의 없는 상태와 완벽하게 전체 빙붕이 분리되는 것 간의 차이를 만들어낸다고 웁살라대학 Dorothee Vallot은 밝혔다. 빙산분리에 대한 이러한 새로운 관점은, 극지방의 온도가 서서히 올라감에 따라 빙붕의 갑작스런 붕괴 및 tidewater glacier의 갑작스런 후퇴 현상을 설명해 준다.
연구팀은 본 연구결과와 이론적 토대가 향후 해수면의 높이변화를 예측하는데 도움을 주게 될 것이라고 제안하였다.
그림> 스발바르 제도 Kronebreen 의 2014년 9월 사진
원문정보: Astrom, J.A., D. Vallot, M. Schafer, E.Z. Welty, S. O`Neel, T.C. Bartholomaus, Y. Liu, T.I. Riikila, J. Timonen, T. Zwinger and J. C. Moore (2014), "Termini of calving glaciers as self-organised critical systems," Nature Geoscience. DOI: 10.1038/ngeo2290
The authors in this Finnish-Swedish-US-Chinese collaboration suggest that their results and
theoretical framework will guide improvements in our ability to estimate future sea levels.
Sea level rise is among the greatest threats due to
climate change. Over the next century, ice sheets and glaciers will be one of the main contributors, through melting and calving of ice into the oceans. The amount of calved ice is not easy to reproduce in computer simulations, and due to the rapid and non-linear variability of calving fluxes, they are usually difficult to include in models forced by evolving climatic variables. Simulation of
iceberg calving remains one of the grand challenges in preparing for future climate change.
In their new work the researchers combine field data from Svalbard, Alaska, Greenland, and Antarctica with theory and computer simulations.
Their results suggest that calving glaciers and ice sheets behave as self-organised critical systems that fluctuate around a critical point, readily flipping between states of sub-critical advance and super-critical retreat in response to changes in climate and geometric conditions.
"We found that the frequency of observed calving events, ranging from 1 to 1 trillion m3, follow universal scaling laws. This means that the probability of calving events obey a particular pattern no matter if they are small or large events – much like the Gutenberg-Richter law for earthquakes," says Dr. Jan Åström of the CSC – IT Center for Science, Ltd. in Finland.
The observations also agree with their
computer simulations, where calving events are modelled as the fracture of millions of individual ice blocks. Cracks will suddenly propagate through the ice blocks, triggering calving events whose size and inter-event time distributions share a striking resemblance to those predicted by a classic theory of self-organised criticality, originally developed as a model of a growing sandpile [the Abelian sandpile model].
"This means that calving is extremely and unavoidably sensitive to its environment: a slight climate change can mean the difference between very little calving and the complete disintegration of entire
ice shelves," says Dorothée Vallot at Uppsala University, Department of Geoscience.
This new view of iceberg calving explains the observed, sudden collapse of
ice shelves and sudden retreat of tidewater glaciers as the polar regions slowly warm.
The authors suggest that their results and theoretical framework will guide improvements in our ability to estimate future sea levels.
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