약 100만 년 전 남극의 거대 빙상이 기후 변화에 극단적으로 민감해지는 전환점을 넘었다는 연구 결과가 학술지 Nature Geoscience에 발표됐다. 이 연구는 특정 기후 문턱을 넘은 후 남극 빙상의 거동이 점진적인 방식에서 벗어나 환경 변화에 증폭된 반응을 보이기 시작했다는 점을 밝혀냈다. 이 현상은 그동안 거의 문서화되지 않았으며, 현재 기후 모델의 가장 큰 불확실성 중 하나인 해수면 상승 전망에 직접적인 함의를 지닌다. 연구진은 지난 300만 년간 지구 기후의 진화를 재구성해 빙상이 상대적 안정성을 잃은 정확한 시점을 확인했다.
중기 플라이스토세 전환기의 빙상 반응
연구는 약 120만 년에서 70만 년 전 사이에 발생한 중기 플라이스토세 전환(Mid-Pleistocene Transition)에 초점을 맞췄다. 이 전환 이전에는 지구의 빙기와 온난기 순환이 약 4만 1000년 주기로 비교적 예측 가능하게 교대했다. 하지만 전환 이후에는 그 순환이 약 10만 년으로 늘어나면서 한랭기가 훨씬 더 길고 강해졌다. 과학계는 이 변화의 존재 자체는 알고 있었지만, 특히 오래된 기후 기록이 부족해 빙상이 이 과정에서 어떻게 반응했는지에 대한 상세한 증거는 확보하지 못하고 있었다.
고해상도 모델이 밝힌 전환점
이러한 정보의 공백을 메우기 위해 부산대학교 기후물리센터의 윤경숙(Kyung-Sook Yun) 연구팀이 고해상도 컴퓨터 모델을 활용했다. 연구자들은 기온과 강수량 데이터를 남극 빙상의 거동을 시뮬레이션하도록 특화된 모델에 입력했으며, 이 모델은 흐름, 두께, 내부 가열 및 해양과의 상호작용 같은 과정을 추적할 수 있다. 이 시뮬레이션을 실행하기 위해 한국의 가장 진보된 과학용 슈퍼컴퓨터 중 하나가 사용됐다. 그 결과, 연구진은 그동안 알려지지 않았던 전환점 하나를 발견했다.
CO₂ 240ppm 문턱과 세 가지 요인
모델 결과에 따르면, 대기 중 이산화탄소 농도가 약 240ppm 이하로 떨어졌을 때 빙상의 반응 패턴이 근본적으로 바뀌었다. 이 전환은 점진적이 아니라 상대적으로 급격했으며, CO₂ 농도가 그 한계치에 도달한 이후부터 빙상은 환경 자극에 증폭된 방식으로 반응하기 시작했다. 연구 저자들은 이러한 급변에 기여한 세 가지 주요 요소를 지목했다. 첫째는 빙하기 동안 해양이 냉각되면서 빙하 바닥의 융해가 줄어든 점이고, 둘째는 전 지구적 해수면 하강으로 지각에 가해진 압력이 줄어들어 남극 대륙 밑의 기반암이 서서히 융기한 점이다.
안정성과 민감성의 역설적 결합
이러한 기반암 융기는 차가워진 해수와 결합해 해안 지역에 얼음이 축적되고 더 두껍고 안정적인 빙상이 형성되는 것을 촉진했다. 세 가지 요인이 함께 작용해 새로운 기후 상태를 만들어냈는데, 이 상태에서는 빙상이 더욱 견고해짐과 동시에 환경 조건의 변동에 훨씬 더 민감해졌다. 과학자들은 이러한 조합이 전환점을 촉발하는 데 결정적이었다고 설명한다. 이 발견은 거대 빙상이 외부 힘에 비선형적으로 반응할 수 있다는 개념을 강화한다.
과거의 교훈, 현재의 경고
분석된 사건이 약 100만 년 전에 일어난 일이지만, 이 연구의 결론은 현재 상황에 직접적인 시사점을 준다. 이 결과는 기후 시스템이 급격하고 되돌릴 수 없는 방식으로 변할 수 있는 소위 기후 전환점(tipping points)의 존재를 재확인해준다. 만약 남극 빙상이 냉각에 반응해 민감성을 극적으로 바꿀 수 있었다면, 지구 온난화에 직면해서도 급격한 변화를 보일 가능성이 있다. 공동 저자인 악셀 티머만(Axel Timmermann) 연구원은 이 연구가 남극 빙상이 이전에 생각했던 것보다 외부 힘에 더 강하게 반응할 수 있음을 보여주며, 일부 현재의 전망이 시스템의 빠른 변화를 완전히 포착하지 못할 수 있음을 시사한다고 말했다.
남극은 금세기 해양 상승 추정치에서 가장 큰 불확실성 원천 중 하나로 간주된다. 따라서 빙상의 반응 메커니즘을 이해하는 것은 기후 모델을 개선하는 데 필수적이다. 이번 연구의 주요 기여는 이미 과거에 얼음이 결정적 한계를 넘은 적이 있다는 증거를 제공했다는 점이다. 전환점이 확인됨으로써 과학자들은 온난화하는 행성에서 해안 지역의 운명에 대한 예측을 더욱 정밀하게 다듬을 수 있는 새로운 도구를 얻게 됐다.