미국 애리조나 대학교(University of Arizona) 연구진이 주도한 최신 연구가 고생물학계를 오랫동안 골머리 앓게 했던 두 가지 난제를 해결했습니다. 약 10만 년 전 마지막 빙기를 연 거대한 빙상은 어디에서 왔으며, 어떻게 그토록 빠르게 성장할 수 있었을까요?
북반구 빙상의 주기적인 확장과 후퇴로 나타나는 지구의 빙기-간빙기 주기를 이해하는 일은 결코 쉽지 않습니다. 연구자들은 수천 년에 걸쳐 거대한 얼음 덩어리가 팽창하고 수축하는 과정을 설명하기 위해 오랜 노력을 기울여 왔습니다. 국제 학술지 네이처 지오사이언스(Nature Geoscience)에 게재된 이번 연구는 가장 최근 빙기 동안 북반구 대부분을 뒤덮었던 빙상의 급속한 팽창에 대한 설명을 제시하며, 그 결론은 지구 역사 전반에 걸친 다른 빙하기에도 적용될 수 있을 것으로 기대됩니다.
약 10만 년 전, 매머드가 대륙을 누비던 시절 북반구의 기후는 극도로 한랭해졌고 거대한 빙상이 형성되었습니다. 약 1만 년에 걸쳐 산악 빙하들이 점차 성장해 현재의 캐나다·시베리아·북유럽 대부분을 덮는 초대형 빙상으로 발전했습니다.
태양을 도는 지구 궤도의 주기적인 '요동'이 북반구 여름 기온을 낮춰 광범위한 빙하 작용의 시작을 촉발했다는 것은 학계에서 널리 받아들여지는 이론입니다. 하지만 과학자들은 왜 기온이 상대적으로 온화했어야 할 스칸디나비아와 북유럽 대부분 지역까지 광범위한 빙상에 덮였는지 설명하는 데 어려움을 겪어 왔습니다.
얼음이 쉽게 형성되는 추운 캐나다 북극 제도와 달리, 스칸디나비아는 북서유럽 해안으로 따뜻한 물을 실어 나르는 북대서양 해류의 영향으로 본래 얼음이 잘 생기지 않아야 하는 지역입니다. 연구팀에 따르면 두 지역은 비슷한 위도에 위치하지만 스칸디나비아의 여름 기온은 영하보다 훨씬 높은 반면, 캐나다 북극 대부분 지역의 기온은 여름 내내 영하를 유지한다고 합니다. 연구 제1저자인 마커스 로프베르스트룀(Marcus Lofverstrom)은 이러한 불일치 때문에 기후 모델이 북유럽을 가로질러 진격한 광범위한 빙하를 재현하는 데 어려움을 겪었다고 설명했습니다.
"문제는 그 빙상이 어디에서 왔는지(스칸디나비아인지), 무엇이 그토록 짧은 시간 안에 팽창하게 만들었는지 알 수 없다는 것이었습니다." 애리조나 대학교 지구과학 부교수이자 지구 시스템 역학 연구소 소장인 로프베르스트룀은 이렇게 말했습니다.
답을 찾기 위해 로프베르스트룀은 '커뮤니티 지구 시스템 모델(Community Earth System Model)'이라 불리는 고도로 정교한 지구 시스템 모델 개발에 참여했습니다. 이 모델을 통해 연구팀은 마지막 빙기 초기에 존재했던 조건을 현실적으로 재현할 수 있었습니다. 특히 그린란드에 머물러 있던 빙상 모델의 적용 범위를 확장해 높은 공간 해상도로 북반구 대부분을 포괄했습니다. 연구진은 업데이트된 모델 구성을 활용해 캐나다 북극 제도의 해양 통로가 북대서양 기후를 좌우하고, 궁극적으로 스칸디나비아에서 빙상이 자랄 수 있는지 여부를 결정짓는 핵심 축임을 확인했습니다.
시뮬레이션 결과, 캐나다 북극 제도의 해양 통로가 열려 있는 동안에는 지구 궤도 조건이 북반구를 냉각시켜 캐나다 북부와 시베리아에서는 빙상이 형성될 수 있지만 스칸디나비아에서는 형성되지 않는 것으로 나타났습니다.
두 번째 실험에서 연구진은 해빙이 캐나다 북극 제도의 수로를 막는, 기존에 시도되지 않았던 시나리오를 시뮬레이션했습니다. 이 실험에서 평소 캐나다 북극 제도를 통과하던 북극과 북태평양의 비교적 차가운 해수가 심해 수괴가 자주 형성되는 그린란드 동쪽으로 방향을 바꿨습니다. 이러한 해류 변화는 북대서양 심해 순환의 냉각과 약화, 해빙 확장, 그리고 스칸디나비아의 한랭화로 이어졌습니다.
"기후 모델 시뮬레이션과 해양 퇴적물 분석을 모두 활용한 결과, 캐나다 북부의 결빙이 해양 통로를 막고 수로를 북극에서 북대서양으로 전환시킬 수 있음을 확인했습니다." 로프베르스트룀은 말했습니다. "이는 결국 스칸디나비아 연안의 해양 순환을 약화시키고 한랭 조건을 조성해, 해당 지역에서 얼음이 자라기 시작하기에 충분한 환경을 만듭니다."
"이번 발견은 유럽보다 수천 년 앞서 캐나다 북부에 빙하가 존재했다는 증거를 보여주는 북대서양 해양 퇴적물 기록에 의해서도 뒷받침됩니다." 애리조나 대학교 지구과학과 조교수 다이앤 톰슨(Diane Thompson)은 말했습니다. "퇴적물 기록은 또한 모델 결과와 마찬가지로 스칸디나비아에서 빙하가 형성되기 전에 심해 순환이 약화되었다는 명확한 증거를 보여줍니다."
연구진은 종합적으로 이번 실험이 캐나다 북부의 해빙 형성이 스칸디나비아 빙하 발생의 필수적인 전조였을 가능성을 시사한다고 밝혔습니다.
로프베르스트룀은 미래 기후 예측이라는 전통적인 용도를 넘어 기후 모델을 활용하면 빙상과 기후 사이의 복잡하고 때로는 반직관적인 상호작용처럼 지구 시스템에서 이전까지 알려지지 않았던 메커니즘을 규명할 수 있는 기회가 열린다고 강조했습니다.
"이번에 규명한 메커니즘은 가장 최근의 빙하기뿐 아니라 모든 빙하기에 적용될 가능성이 있습니다." 그는 말했습니다. "마지막 빙기 말기 전반적인 온난화 속에서도 갑작스러운 한파를 가져온 영거 드라이아스(Younger Dryas, 약 12,900~11,700년 전)와 같은 단기 한랭 사건을 설명하는 데도 도움이 될 수 있습니다."
