기초과학연구원(IBS) 기후물리 연구단 악셀 팀머만 단장 연구팀은 초고해상도 지구 시스템 모델 시뮬레이션을 통해 인간 활동에 따른 온난화가 북극과 남극의 해빙을 빠르게 감소시키고 그로 인해 바닷물의 ‘중규모 수평 교란 현상’이 강화되는 경향을 확인했다고 5일 밝혔다.

‘중규모 수평 교란’은 바람·해류·해양 소용돌이 등에 의해 바닷물이 수십~수백㎞ 규모로 수평 방향으로 섞이는 현상이다.

이 과정은 열과 영양물질 분포, 플랑크톤·어란·유생 이동, 미세 플라스틱과 같은 오염물 확산에도 영향을 미치는 중요한 해양 역학 작용으로 알려져 있다.

그러나 극지 해역은 접근성이 낮아 직접 관측이 쉽지 않고 위성 자료만으로는 중규모 해양 변화를 정밀하게 파악하기 어렵다.

이에 연구진은 IBS 슈퍼컴퓨터 ‘알레프’와 초고해상도 기후모델(CESM-UHR)을 활용해 대기 중 이산화탄소 농도를 현재 대비 2배, 4배로 각각 높인 시나리오 실험을 수행했다.

시뮬레이션 결과, 온난화가 심화될수록 북극과 남극 연안 해역에서 해류와 난류의 수평 교란이 더욱 강해지는 것으로 나타났다.

연구진은 이를 정량적으로 분석하기 위해 두 유체 입자의 분리 속도를 나타내는 ‘유한 크기 리아푸노프 지수(FSLE)’를 활용했다. 지수값이 커질수록 해수의 섞임과 교란이 활발해진다.

또한, 북극과 남극에서 교란이 강화되는 원인이 서로 다르다는 점도 밝혀냈다.

북극의 경우 해빙 감소로 바람이 표층 해수를 더욱 강하게 밀어 순환류와 난류가 강화되는 반면, 남극은 녹은 해빙에서 공급되는 담수가 해수 밀도 차를 키워 해류 세기를 높이는 방식으로 교란이 촉진되는 것이다.

이규석 제1저자는 “지리적 구조가 다른 북극해와 남극 연안은 서로 다른 역학 과정으로 교란이 강화되지만 온난화가 지속될 경우 두 해역 모두에서 수평 교란이 크게 증가할 것으로 예상된다”고 설명했다.

이준이 부산대 기후과학연구소 교수는 “극지 해양 수평 교란 증가는 어란·유생 생존과 같은 해양 생태계 전반에 큰 영향을 미칠 수 있다”고 말했다.

악셀 팀머만 단장은 “현재 기후와 생명의 상호작용을 통합한 차세대 지구 시스템 모델을 개발 중”이라며 “극지 생태계가 온난화에 어떻게 반응하는지에 대한 이해를 더욱 정교하게 높일 수 있을 것”이라고 밝혔다.