1. 서 론
인간 활동으로 인한 대기 중 온실가스 농도의 증가는 지구온난화를 초래하며, 이는 남극해의 극심한 환경 변화를 유발하고 있다(IPCC, 2019, 2023; Rignot et al., 2019). 특히 남극 대륙은 평균 두께 약 2.16 km에 달하는 지구상 최대 규모의 얼음 덩어리인 남극 빙상(Antarctic ice sheet)에 뒤덮여 있으며, 이들이 모두 융해될 경우 전 지구 해수면은 약 58.3 m 상승할 것으로 예상된다(Fretwell et al., 2013; Rignot et al., 2011). 한편, 남극 빙상은 중력에 의해 연안으로 흘러내려 바닷물 위에 떠 있는 구조를 이루는데, 이를 빙붕(ice shelf)이라고 한다. 이러한 빙붕은 하부로 유입되는 고온의 해수로 인해 기저부가 용융(melting)되거나, 중력에 의해 붕괴(calving)하여 유빙(iceberg)을 형성하게 된다. 남극 빙상의 부피는 강설량 증가로 확대되기도 하지만, 연안에서의 빙붕의 용융 및 붕괴 가속화로 감소하기도 한다. 특히 해수의 어는점보다 약 4℃ 높은 환남극 심층수(Circumpolar Deep Water)가 남극 연안으로 유입되면 빙붕 하부의 급격한 융해가 발생하며, 이는 전 지구 해수면 상승을 초래한다(Jacobs et al., 1996; Rignot et al., 2013; Jenkins et al., 2010).
인공위성 관측에 따르면, 1992년부터 2017년까지 약 2,720억 톤의 빙하가 남극에서 손실되었으며, 이는 전 지구 해수면을 약 7.6 mm 상승시킨 것으로 추정된다(Shepherd et al., 2018). 특히 서남극 일부 지역에서는 빙상 생성량보다 용융 및 붕괴량이 더 많아, 빙붕 하부와 기반암이 만나는 지점인 접지선(Grounding Line)이 대륙 쪽으로 급격히 후퇴하고 있다. 위성 관측 결과, 1992~2017년 동안 남극 전체 빙상은 연평균 109 ± 56 Gt year-1(연간 10억 톤) 속도로 감소하였으며, 2012~2017년 사이에는 감소 속도가 219 ± 43 Gt year-1로 가속화되었다(Shepherd et al., 2018). 지역적으로는 1992~2017년 동안 동남극에서 5 ± 46 Gt year-1의 빙상 증가가 나타난 반면, 서남극과 남극반도에서는 각각 94 ± 27 Gt year-1, 20 ± 15 Gt year-1의 속도로 감소하였다(Shepherd et al., 2018). 이러한 서남극 빙상의 급격한 손실은 환남극 심층수가 해저를 따라 대륙붕으로 다량 유입되어 빙붕 하부의 용융을 가속화시키기 때문인 것으로 보고되었다(Jenkins et al., 1997; Nitsche et al., 2007; Pritchard et al., 2012).
1990년대 이후 아문젠해(Amundsen Sea) 빙붕들의 평균 기저 용융 속도는 약 7 m year-1로, 이는 남극 전체 평균보다 세 배 이상 빠른 수치이다. 특히 파인아일랜드 빙하(Pine Island Glacier)와 쓰웨이트 빙하(Thwaites Glacier)의 기저 용융 속도는 16 m year-1 이상이다(Rignot et al., 2013; Paolo et al., 2015). 아문젠해 빙붕은 장기적으로 용융 가속화 추세를 보이는 동시에, 수년~수십 년 규모의 뚜렷한 변동성을 나타내며, 이는 해수 수온과 대기 패턴의 장주기 변화에 기인하는 것으로 밝혀졌다(Holland et al., 2010; Dutrieux et al., 2014; Jenkins et al., 2018; Silvano et al., 2018). 따라서 아문젠해 빙상의 불안정성과 해수면 상승의 원인을 규명하기 위해서는 해수 수괴 및 순환과 그 변동 요인에 대한 이해가 필수적이다. 이에 따라 많은 연구자들이 현장 관측, 원격 탐사, 수치 모델링 등을 활용해 연구를 수행해왔으나, 여전히 불확실성이 크다(Yoon, 2023).
본 연구는 최근 수십 년간 아문젠해 해수 순환 및 수괴 변동성에 관한 기존 문헌을 통합적으로 검토하고, 이를 바탕으로 새로운 연구 프레임과 종합적 시사점을 제시함으로써, 향후 아문젠해 및 남극 해양 연구의 방향성을 제안하는 것을 목적으로 한다. 이를 위해 기존 문헌과 최신 연구 동향을 검토하여 아문젠해의 지리적·해양학적 특성을 개괄하고, 대륙붕에서의 해수 순환 및 수괴 변동성을 논의하며, 다양한 시간 규모의 변동 원인과 기후변화와의 연관성을 분석하고자 한다. 마지막으로, 결론에서는 이러한 고찰을 토대로 종합적인 시사점을 제시한다.
2. 아문젠해의 지역적·해양학적 특성
아문젠해는 동쪽의 벨링스하우젠해(Bellingshausen Sea)와 서쪽의 로스해(Ross Sea) 사이에 위치하며, 대략적인 경도 범위는 서경 100°-135°, 위도 범위는 남위 71° 이남이다. 남쪽 경계는 마리버드랜드(Marie Byrd Land)에 인접한 서남극 빙상(West Antarctic Ice Sheet, WAIS)으로 규정된다(Nitsche et al., 2007) (Fig. 1). 이 해역 남쪽의 넓은 만은 아문젠해 임베이먼트(Amundsen Sea Embayment)라 불리며, 파인아일랜드 만(Pine Island Bay)을 비롯한 여러 만과 빙붕이 이를 둘러싸고 있다. 아문젠해 임베이먼트는 서남극 빙상의 약 20%에 해당하는 얼음이 바다로 배출되는 지역으로, 전 세계에서 빙권 변화가 가장 활발히 일어나는 곳 중 하나이다(Mouginot et al., 2014). 실제로 대표적인 쓰웨이트 빙하와 파인아일랜드 빙하는 빠른 후퇴와 불안정성을 보이며, 두 빙하가 완전히 붕괴할 경우 해수면을 최대 약 1 m 상승시킬 잠재력을 지닌다(Rignot et al., 2019; De Rydt and Naughten, 2024).
Fig. 1.
Bathymetry of the Amundsen Sea, West Antarctica, showing the locations of major troughs and ice shelves. From east to west, five primary troughs are present in the Amundsen Sea: the Abbot–Cosgrove Trough, the Pine Island–Thwaites East Trough, the Pine Island–Thwaites West Trough, the Dotson–Getz Trough, and the Siple Trough.
아문젠해는 연중 두터운 해빙에 덮여 있어 남극 연안 중에서도 가장 외딴 해역으로 분류되며, 1980년대까지는 거의 탐사되지 않았다(Nitsche et al., 2007). 1994년 파인아일랜드 빙하 말단 빙붕에서 로스 빙붕(Ross Ice Shelf) 및 필히너-론네 빙붕(Filchner-Ronne Ice Shelf)에 비해 수십 배 이상 빠른 기저 융해가 보고되면서, 이 지역에 대한 관심이 급격히 높아졌다(Jacobs et al., 1996; Jenkins et al., 1997; Hellmer et al., 1998). 이후 파인아일랜드 빙하의 유동 속도 증가, 두께 감소, 접지선 후퇴가 관측되었고(Rignot, 1998; Rignot and Jacobs, 2002), 접지선 부근에서는 연간 40 m를 초과하는 매우 높은 기저 융해율이 보고되었다(Rignot and Jacobs, 2002). 이러한 급격한 아문젠해 빙붕의 융해는 상대적으로 고온인 환남극 심층수의 대륙붕 유입이 주도하는 것으로 밝혀졌다(Holland et al., 2008; Dinniman et al., 2011; Nakayama et al., 2018). 지형적으로, 아문젠해 대륙붕의 폭은 수백 km에 달할 만큼 광대하며 평균 수심은 약 500 m로 비교적 깊다. 특히 과거 빙하기에 여러 빙하가 합류해 흐르며 형성된 해저 골(trough)이 대륙붕 깊숙이 발달해 있어 상대적 고온의 심해수가 대륙붕 내부까지 유입되는 통로로 기능한다(Kellogg and Kellogg, 1987; Nitsche et al., 1997; Lowe and Anderson, 2002; Evans et al., 2006). 이에 따라 이들 골을 통해 환남극 심층수가 아문젠해 연안 빙붕의 기저부까지 도달하여 빙붕 하부의 융해를 유발하는 것으로 알려져 있다.
아문젠해는 남반구 여름철을 제외한 대부분의 기간 동안 해빙으로 덮여 있으나, 전년 12월부터 이듬해 3월 사이에는 연안과 빙붕 주변으로 광범위한 폴리냐(Polynya)가 형성된다(Yager et al., 2012). 특히 닷슨 빙붕(Dotson Ice Shelf)과 파인아일랜드 빙붕(Pine Island Ice Shelf) 전면에는 아문젠해 폴리냐와 파인아일랜드 폴리냐가 나타나 해양-대기 간 열·물질 교환이 활발히 일어난다(Macdonald et al., 2023). 특히, 아문젠해 폴리냐는 남극 연안 폴리냐 중 생산성이 가장 높은 곳으로 보고되었으며, 폴리냐 형성 시기에 일시적인 대규모 식물플랑크톤 대증식(bloom)이 발생하는 등 생태학적으로도 중요한 지역이다(Arrigo et al., 2012). 여름철 일시적으로 형성되는 폴리냐는 해양으로의 태양복사 에너지 유입량을 증가시켜 표층 수온 상승을 야기하고, 바람 응력 컬의 작용으로 상층 혼합층 구조를 변화시켜 해양 물리·생태 환경에 큰 영향을 미친다. 특히 최근 연구는 폴리냐 가장자리에서 바람 응력의 공간적 불균형이 해양 수층 구조와 해류를 조절할 수 있음을 보여준다(Kim et al., 2017; Yang et al., 2022). 또한 아문젠해 해양 환경은 빙붕 융해에 의해 배출되는 저염의 융빙수 영향을 크게 받는다(Randall-Goodwin et al., 2015; St-Laurent et al., 2017). 파인아일랜드 빙붕, 쓰웨이트 빙하 설상(Thwaites Glacier Tongue), 닷슨 빙붕에서 주변 해양 상층으로 유출되는 다량의 융빙수는 수괴 분포를 변화시키고 성층을 강화하며, 해양 순환에도 영향을 미친다. 더불어 연안의 강한 동풍이 유발한 남북 방향 해수면 경사로 형성되는 서향의 남극 연안 해류(Antarctic Coastal Current)는 융빙수를 서쪽 해역으로 수송하여(Kim et al., 2016) 아문젠해 서측에 위치한 로스해의 해양 환경에도 영향을 미칠 것으로 예상된다(Nakayama et al., 2014).
아문젠해의 해양학적 특성은 지형학적 특성과 더불어 대기 시스템의 영향에 크게 좌우된다. 아문젠해 상공에는 아문젠해 저기압대(Amundsen Sea Low)가 상존하며, 이는 바람 패턴과 해빙 분포, 해수 순환을 조절한다(Raphael et al., 2016). 최근 수십 년 동안 아문젠해 저기압대는 기후 변화와 남반구 환형 모드(Southern Annular Mode)의 변화에 따라 점차 강화(심화)되는 경향을 보였고(Turner et al., 2013), 그 결과 극지 편서풍의 강화와 계절풍의 변화에 의해 아문젠해의 해빙 면적은 감소하고 기온은 상승하는 추세가 나타났다(Gao et al., 2021). 반면 특정 시기에는 바람 패턴의 변화로 대륙붕 내부로의 고온수 유입이 감소하는 현상도 관측되었다(Dotto et al., 2019). 이러한 변동성은 엘니뇨-남방 진동(El Niño-Southern Oscillation)과 같은 원격 기후 요인과도 연관되는 것으로 보고된다(Fogt et al., 2011; Hosking et al., 2013). 종합하면, 아문젠해는 해저 골, 상시적인 저기압대, 광범위한 폴리냐와 해빙 변동성, 그리고 빙붕 융해로 기인한 대규모 융빙수 유출이 복합적으로 얽힌 매우 독특한 해양 시스템이다. 이러한 지리적·해양학적 특성은 서남극 빙상의 불안정성과 직결되며, 아문젠해가 전 지구 해수면 상승 연구에서 핵심적 위치를 차지하는 이유이기도 하다.
3. 아문젠해 수괴분포
아문젠해 대륙붕에는 남극 주변 해역에서 흔히 관찰되는 여러 수괴가 층을 이루며 분포하며, 차가운 대륙붕수가 우세한 다른 해역과 달리 평균 수온이 상대적으로 높다(Silvano et al., 2018). 표층에는 여름철 태양복사와 해빙 융해로 형성된 남극 표층수(Antarctic Surface Water)가 분포하고, 그 아래에는 겨울철 표층 냉각과 해빙 생성으로 형성된 겨울수(Winter Water)가 -1.5°C 이하의 상대적 저온·고염 특성을 유지한 채 여름철에도 약 100-300 m 수층에 잔류한다(Randall-Goodwin et al., 2015; Rignot et al., 2013) (Fig. 2). 그 하부에는 변형된 환남극 심층수(modified Circumpolar Deep Water)가 분포하는데, 이는 고온·고염의 환남극 심층수가 대륙사면을 넘어 대륙붕으로 유입되는 과정에서 상대적으로 저염·저온의 주변 해수와 혼합되어, 원래의 환남극 심층수에 비해 수온·염분이 낮아지고 밀도도 소폭 감소한 수괴이다(Wåhlin et al., 2010). 변형된 환남극 심층수는 남극 표층수와 겨울수보다 수온이 높지만 염분 또한 높아 밀도가 커 이들 수괴의 하부에 분포하며, 대륙붕 유입 시 수온은 대체로 약 1°C 내외를 보이나 내륙 쪽으로 이동하면서 주변 해수와의 섞여 열을 잃는다. 특히 빙붕 하부로 유입된 변형된 환남극 심층수는 빙붕 하부 용융의 산물인 융빙수(Melt water)와 혼합된 뒤 주변 해역으로 재배출되며, 이때 유입수와 배출수 사이의 수온 차이가 약 1°C에 달하는 것으로 보고되었다(Naveira Garabato et al., 2017; Yang et al., 2024). 한편, 빙붕 하부에서 생성·배출된 융빙수는 염분이 낮아 주변 해수보다 상대적으로 밀도가 작으므로, 등밀도면을 따라 상승·재배치되지만 수온·염분이 주변 해수와 일치하지 않아 빠르게 혼합된다(Jacobs et al., 2011). 닷슨 빙붕의 경우 변형된 환남극 심층수는 해저 골의 동쪽 사면을 따라 빙붕 하부로 유입되어 약 2개월 머무르며 빙붕을 융해시키고, 생성된 융빙수는 서쪽 사면을 따라 주변 해역으로 배출된다(Yang et al., 2022).
Fig. 2.
(a) Potential temperature (θ)–salinity (S) diagram obtained from CTD (Conductivity–Temperature–Depth) observations in the Amundsen Sea and adjacent northern waters by the Korean icebreaking research vessel ARAON during 1996–2020, and (b) the locations of the observation stations. The Amundsen Sea is characterized by a stratified distribution of Circumpolar Deep Water (CDW), Winter Water (WW), and Antarctic Surface Water (AASW).
아문젠해의 수괴들은 공간적으로 뚜렷한 분포 패턴을 보인다(Fig. 3). 대륙사면 북쪽의 외해에서는 환남극 심층수가 수심 약 200 m에서 광범위하게 분포한다(Fig. 3b; Thoma et al., 2008; Turner et al., 2017). 반면 대륙사면과 그 남쪽에서는 겨울수와의 혼합으로 환남극 심층수의 상부 경계가 수심 약 400 m까지 깊어지고, 이 과정에서 형성된 변형된 환남극 심층수가 사면을 넘어 대륙붕으로 유입된다(Wåhlin et al., 2010; Kim et al., 2017). 대륙사면 북쪽 표층에서는 해빙 용융으로 희석된 냉수와 외해의 한류성 표층수가 혼합되어 수온이 상대적으로 낮으며, 대륙붕 내부에서는 여름철 대규모 폴리냐 형성으로 태양복사 에너지 유입이 증가하여 표층 수온이 상대적으로 높게 나타난다(Randall-Goodwin et al., 2015; Yager et al., 2016). 대륙사면을 넘어 대륙붕으로 유입된 변형된 환남극 심층수는 해저 골을 따라 빙붕 전면까지 도달하며, 심층수의 유입량과 수온·염분은 지형에 따라 달라진다(Fig. 3b-3d). 아문젠해에서 가장 깊은 동쪽 해저 골을 통해 파인아일랜드 만으로 직접 유입되는 변형된 환남극 심층수는 수온이 약 1°C로 다른 해저 골을 통한 유입보다 더 따뜻하고, 유입량 또한 가장 많다(Fig. 3d; Nakayama et al., 2013; Assmann et al., 2013). 반면 입구 수심이 비교적 얕은 닷슨 빙붕 연결된 해저 골을 통해 유입된 변형된 환남극 심층수의 수온은 상대적으로 낮고 유입량도 작다(Fig. 3b; Ha et al., 2014; Yang et al., 2022). Assmann et al. (2019)은 2016-2018년 서부 겟츠 빙붕 전면 계류 관측 자료를 분석한 결과, 빙붕과 연결된 해저 골을 따라 최대 약 1.5°C의 환남극 심층수가 빙붕 전면까지 간헐적으로 도달함을 보였다. 이러한 지형적 차이에 기인한 변형된 환남극 심층수의 수온·염분 공간 분포 차이는 각 빙붕으로 공급되는 해양 기원 열에너지의 불균형을 초래한다(Azaneu et al., 2023). 즉, 파인아일랜드 빙붕과 쓰웨이트 빙하 설상 전면 해저에는 고온의 변형된 환남극 심층수가 두껍게 분포하여 빙하 하단에 직접 접촉함으로써 융해를 가속화하는 반면, 유입량이 상대적으로 작아 고온수가 해저에 얇게 분포하는 닷슨 빙붕 하부에서는 더 차가운 해수만이 빙붕 하단과 접촉하여 기저 융해율이 상대적으로 낮다(Jenkins et al., 2010; Rignot et al., 2013).
Fig. 3.
(a) Spatial distribution of the maximum subsurface temperature observed in the Amundsen Sea during 1996–2020, with vertical temperature and salinity profiles obtained using CTD (Conductivity–Temperature–Depth) at the black dots; (b) vertical sections of temperature and salinity along the Dotson–Getz Trough; (c) vertical sections of temperature and salinity along the Pine Island–Thwaites Trough West and Pine Island–Thwaites Trough; and (d) vertical sections of temperature and salinity along the Pine Island–Thwaites Trough East and Pine Island–Thwaites Trough.
최근 수십 년 사이 아문젠해의 수괴 구조에는 유의미한 변화가 관측되었다(Jacobs et al., 2011; Dutrieux et al., 2014; Webber et al., 2017; Jenkins et al., 2018; Kim et al., 2021; Dundas et al., 2022). 아문젠해 동부에서 Jacobs et al.(2011)은 1994년부터 2009년까지 수행된 네 차례의 현장 관측 자료를 분석하여 2009년 파인아일랜드 만의 환남극 심층수 수온과 부피가 이전 관측에 비해 증가했음을 보고하였다. 또한 2009년의 융빙수 생성량이 1994년에 비해 약 50% 증가했으며, 이를 빙붕 기저 용융의 가속화로 해석하였다. 이러한 증가의 근본 원인으로 Jacobs et al.(2011)은 대륙붕-외해 경계역에서 해양 순환이 강화되면서, 고온·고염 환남극 심층수의 대륙붕 유입양과 빈도가 증가했기 때문이라고 제시하였다. 이어서 Dutrieux et al.(2014)은 파인아일랜드 만에서 추가로 확보한 관측 자료를 분석한 결과, 2010년 1월부터 2012년 사이 동안 빙붕 기저 용융이 이전 대비 약 50% 감소했으며, 이는 2012년에 나타난 강한 라니냐와 연관된 대기 강제력의 영향으로 해석하였다. Webber et al.(2017)은 2009-2014년 파인아일랜드 빙붕 전면에서 확보한 5년간의 장기 계류 관측 자료를 분석하여, 저층 수온이 2010년 중반부터 2012년 후반까지 냉각된 뒤 2013-2014년에 다시 상승하는 변동을 보였다고 보고하였다. 그들은 이러한 수온의 장기 변동성이 환남극 심층수 유입량의 변화에 의해 조절되며, 이는 다시 국지적 및 원격 대기 강제력의 변동성에 의해 결정된다고 해석하였다.
아문젠해 서부에서 Jenkins et al.(2018)은 2000-2016년 닷슨 빙붕 전면과 인근 대륙붕에서 반복 수행된 현장 관측을 바탕으로 변형된 환남극 심층수의 장기 변화를 분석하였다. 그 결과, 환남극 심층수의 두께 변화가 빙붕에 도달하는 해양 열량을 직접적으로 조절하며, 이에 따라 기저 용융률이 크게 변동함을 확인하였다. 2009년 전후에는 환남극 심층수 부피가 증가하여 더 많은 고온수가 빙붕에 접근함으로써 기저 용융률이 상승하였으나, 2011년 이후에는 환남극 심층수 부피가 감소하고 겨울수와의 경계층 수심이 깊어져 빙붕 하부로 유입되는 환남극 심층수의 양이 급격히 줄어드는 경향을 보였다. 이러한 수년 규모의 변동은 단순한 온난화 추세의 산물이 아니라, 대륙붕 바람장의 변화가 환남극 심층수 유입량을 조절하고, 이 바람장의 지역적 변동성이 열대 태평양에서 기원한 원격 기후 모드와 연계됨을 시사한다. Kim et al.(2021)은 2007-2018년 닷슨-겟츠에서 수행된 7차례의 관측 자료를 분석하여 변형된 환남극 심층수의 경년 변동 특성을 규명하였다(Table 1). 대륙붕 입구에서는 환남극 심층수 부피의 경년 변동 폭이 크지 않았으나, 골을 따라 남쪽으로 이동할수록 부피 변화가 뚜렷하게 증폭되었고, 특히 닷슨 빙붕 전면에서 수년 규모의 현저한 변동이 관측되었다. 2007년 닷슨-갯츠 골에서 변형된 환남극 심층수의 부피는 약 8,000 km3였으나, 2014년에는 약 4,700 km3으로 급격히 감소하였다가 2018년에는 약 7,000 km3로 다시 증가하였다. 이러한 부피 변동은 골을 따른 에크만 용승과 밀접하게 연관되었으며, 이는 관측 해역의 바람장과 아문젠해 저기압대의 변동성에 좌우됨을 제시하였다. 종합하면, 아문젠해에서 환남극 심층수의 유입량과 이에 따른 고온수의 부피 및 수온의 변동성은 대기-해양 상호작용에 의해 강하게 조절되며, 특히 아문젠해 저기압대, 엘리뇨-남방진동, 남반구 환형모드 등 원격 기후 모드와 긴밀히 연계되어 있다. 이로 인한 해양 순환 변화는 빙붕 기저 용융의 수년-수십 년 규모 변동성을 야기하며, 이는 서남극 빙상의 안정성과 전지구 해수면 변화에 영향을 미칠것으로 전망된다.
Table 1.
ADmCDW (Absolute depths of modified Circumpolar Deep Water (mCDW)) within the Dotson–Getz Trough (DGT), derived from field observations conducted seven times in the Amundsen Sea between 2007 and 2018, and the corresponding mCDW volume estimates (The surface area of the DGT is 25,600 km2, and its mean depth is 664.5 m). All values presented in this table are taken from Kim et al. (2021)
| Year | Mean ADmCDW in DGT (m) | Volume of mCDW in DGT (km3) |
| 2007 | 353.6 | 7,958 |
| 2009 | 353.7 | 7,956 |
| 2011 | 404.2 | 6,664 |
| 2012 | 405.1 | 6,640 |
| 2014 | 478.8 | 4,754 |
| 2016 | 468.4 | 5,021 |
| 2018 | 379.0 | 7,310 |
4. 아문젠해 해수 순환
남극해에 광범위하게 작용하는 서풍은 북향의 에크만 수송을 유발하여 해수면 경사를 형성하고, 남극 대륙을 둘러싸고 서에서 동으로 흐르는 지구 최대 규모의 지형류인 남극 순환류(Antarctic Circumpolar Current)를 구동한다(Nowlin and Klinck, 1986). 드레이크 해협(Drake Passage)에서 남극 순환류의 평균 수송량은 134 ± 13 Sv (Sverdrup, 106 m3 s-1)로 알려져 있다(Whitworth and Peterson, 1985). 남극 순환류는 아남극 전선(Subtropical Front), 극전선(Polar Front), 남부 남극 순환 전선(Southern Antarctic Circumpolar Current Front)을 동반하며, 이들 전선으로부터 남극 대륙사면에 이르는 광범위한 해역은 상대적으로 고온·고염의 환남극 심층수로 채워져 있다(Orsi et al., 1995). 반면 대륙사면 남쪽에는 차갑고 염분이 낮은 대륙붕수(Shelf Water)가 분포한다. 이러한 수괴의 공간 분포는 남극 대륙사면을 경계로 상대적으로 해수의 밀도가 낮은 대륙붕과 밀도가 높은 대양 사이에 뚜렷한 수평 밀도 구배를 형성하며, 이는 남극 사면류(Antarctic Slope Current)를 발생시킨다(Jacobs, 1991; Thompson et al., 2018). 또한 남극 연안의 강한 동풍은 에크만 수송을 통해 해수를 남극 연안으로 집적시키며, 해수면을 높여 남북 방향으로 해수면 경사를 증대시키고, 그 결과 남극 사면류를 가속한다(Jacobs, 1991).
남극 연안을 따라 부는 동풍은 남극 사면류와 남극 사면전선(Antarctic Slope Front)을 구동하는 주된 원동력이지만, 그 강도와 지속성은 지역별로 크게 다르다(Thompson et al., 2018). 동남극의 일부 지역에서는 강한 동풍에 의해 연안으로의 에크만 수송이 강화되어 해수면 높이 경사가 커지고, 그 결과 남극 사면류와 남극 사면전선이 매우 강하게 발달하며, 서남극에서는 약한 동풍 또는 서풍의 영향으로 남극 사면전선이 상대적으로 미약하다(Whitworth et al., 1998; Thompson et al., 2018). 따라서, 대륙붕 위 해수의 물리적 특성과 외해와의 교환은 남극 사면전선 및 바람의 패턴에 의해 좌우되며, 이러한 지역적 차이에 따라 저염 대륙붕(Fresh Shelf), 고밀도 대륙붕(Dense Shelf), 온난 대륙붕(Warm Shelf)으로 구분된다(Fig. 4; Thompson et al., 2018). 저염 대륙붕 지역에서는 강한 동풍으로 인해 형성된 해수면 경사와 강한 전선이 대륙사면을 따라 나타나 외해와의 물질 교환을 차단하고, 대륙붕에는 차고 염분이 낮은 대륙붕수가 주로 분포한다(Heywood and King, 2002). 반면 온난 대륙붕 지역에서는 약한 동풍 또는 서풍의 영향으로 외해와의 해수면 경사가 작고, 남극 사면전선이 미약하게 발달하여, 고온·고염의 환남극 심층수가 대륙붕으로 쉽게 유입되어 빙붕 하부까지 도달할 수 있다(Orsi and Whitworth, 2005). 이러한 유형의 대표적 사례로는 벨링스하우젠해와 아문젠해가 있다. 한편, 고밀도 대륙붕 지역은 대륙붕 내에서 남극 저층수(Antarctic Bottom Water)가 형성되는 지역으로, 대륙붕에서 생성된 고밀도 대륙붕수(Dense Shelf Water)가 해저면을 따라 흘러나와 대륙사면에서 환남극 심층수와 혼합되며 남극 저층수를 형성한다(Thompson and Heywood, 2008).
아문젠해에서 환남극 심층수는 수심 500 m 이상의 깊은 해저 골을 따라 대륙붕으로 유입된다(Fig. 5). 특히, 아문젠해에는 동쪽부터 에보트 골(Abbot Trough), 파인아일랜드-쓰웨이트 동쪽 골(Pine Island-Thwaites East Trough), 파인아일랜드-쓰웨이트 서쪽 골(Pine Island-Thwaites West Trough), 닷슨-겟츠 골(Dotson-Getz Trough), 사이플 골(Siple Trough)이 동쪽부터 순서대로 위치한다(Fig. 1; Jenkins et al., 2016). 이 가운데 수심이 깊은 파인아일랜드-쓰웨이트 동쪽 골을 따라 0.5°C 이상 고온의 변형된 환남극 심층수가 대륙붕으로 유입되고, 해수 유동의 변동성이 상대적으로 큰 파인아일랜드-쓰웨이트 서쪽 골을 통해 유입된 환남극 심층수와 합류한 뒤 남쪽으로 흐르면서, 에보트 골에서 기원한 환남극 심층수와도 합쳐져 파인아일랜드만으로 집중된다(Thoma et al., 2008). 이렇게 유입된 변형된 환남극 심층수는 파인아일랜드 빙붕과 쓰웨이트 빙하 설상 하부까지 도달하여 빙하의 저면 융해와 후퇴를 가속하는 주요 원인으로 작용한다(Jacobs et al., 2011). Walker et al. (2007)은 파인아일랜드-쓰웨이트 서쪽 골 관측에 근거해, 환남극 심층수 유입을 통해 약 2.8 TW의 열이 공급되며 그 대부분이 빙하 하부 융해에 소비됨을 보고하였다. 한편, 대륙붕 입구 수심이 상대적으로 얕은 닷슨-겟츠 골을 통해 유입된 변형된 환남극 심층수는 닷슨 빙붕과 동 겟츠 빙붕(East Getz Ice Shelf) 하부로 흘러 빙붕 융해를 유도하며(Ha et al., 2014), 아문젠해 서단(서경 128° 부근)의 사이플 골을 통해 유입된 변형된 환남극 심층수 역시 남쪽으로 흘러 서 겟츠 빙붕(West Getz Ice Shelf) 하부에 도달해 융해를 촉진하는 것으로 보고되었다(Assmann et al., 2019).
이와 같이 여러 해저 골을 따라 대륙붕 내부 및 빙붕 하부까지 유입되는 환남극 심층수는 빙붕의 저면 융해와 후퇴를 가속하며, 그 메커니즘을 규명하기 위한 다양한 연구가 수행됐다(Wåhlin et al., 2012, 2013; Walker et al., 2013; Dotto et al., 2020; Kim et al., 2017). Wåhlin et al.(2012)는 해양 상층의 에크만 수송이 대륙사면을 따라 고온·고염 해수를 대륙붕으로 유입시킬 수 있음을 제시했고, 2년간의 계류 관측자료를 분석한 후속 연구(Wåhlin et al., 2013)에서는 닷슨-겟츠 골을 따르는 남향류의 평균 속도가 대륙붕 경계에서의 서풍 강도에 크게 좌우됨을 밝혔다. 동일한 계류 자료를 활용한 Kim et al. (2017)은 해저를 따라 유입되는 환남극 심층수의 두께가 계절에 따라 변화하며, 이 변동성이 에크만 용승의 영향을 받는다고 해석하였다. 최근 Dotto et al.(2020)은 닷슨-겟츠 골의 다년간 계류 관측을 통해 환남극 심층수의 대륙붕 유입 변동과 그 원인을 분석한 결과, 대륙붕 경계에서 동풍이 강화될 때 아문젠해로의 환남극 심층수 유입이 약화된다는 결론을 제시했고, 이러한 현상이 아문젠해 저기압대의 변동성과 연관됨을 보고하였다. 한편, 이러한 닷슨-겟츠 골에서의 연구 결과는 아문젠해 동부 연구 결과들과도 유사하다. Dutrieux et al.(2014)는 파인아일랜드-쓰웨이트 골을 따라 유입되는 환남극 심층수와 이에 따른 해양 열 함량의 변동성이 대륙붕 경계의 동풍 변화에 민감하게 반응함을 보였으며, 대륙사면에서의 동풍 약화 또는 서풍으로의 전환이 환남극 심층수의 대륙붕 유입을 촉진할 수 있다고 주장하였다. Walker et al.(2013)은 대륙붕 해저 골이 대륙사면을 가로지를 때 환남극 심층수 유입이 강화될 수 있음을 제시하였다. 또한, 이전에 보고되지 않았던 저층 해류(undercurrent)가 대륙사면을 따라 동쪽으로 흐르다 해저 골 입구에서 골을 따라 남쪽으로 전향되며, 이에 따라 유입된 환남극 심층수가 빙하 하부에 도달해 기저 융해를 가속한다고 설명하였다. 특히 이 흐름에 수반되는 용승은 해저 지형에 의해 차단되어 있던 저층 환남극 심층수(Lower Circumpolar Deep Water)가 대륙붕 내부로 유입될 수 있는 경로를 제공하는 것으로 나타났다.
또한 수치모델을 활용해 변형된 환남극 심층수의 대륙붕 유입과 그 변동 원인을 규명하려는 연구가 활발히 진행됐다(Thoma et al., 2008; Kimura et al., 2017; Dotto et al., 2019). Thoma et al.(2008)은 지역적 바람장의 변화가 파인아일랜드만 인근 대륙붕으로의 환남극 심층수 유입에 영향을 미치며, 특히 대륙사면에서의 서풍 강화가 저층수 용승과 대륙붕 경계를 따른 환남극 심층수 유입 증가와 밀접하게 연관됨을 보였다. Kimura et al.(2017)은 지역 해양 순환모형을 이용해 바람장과 해빙 이동이 파인아일랜드-쓰웨이트 골 및 닷슨-겟츠 골을 통한 환남극 심층수의 연안 수송에 미치는 영향을 분석한 결과, 골을 따른 열 수송이 표층 바람 응력 컬과 유의미한 상관관계를 가진다는 점을 제시하였다. Dotto et al.(2019)는 Kimura et al. (2017)의 결과를 바탕으로 해당 수치모델을 추가 분석하여, 닷슨-겟츠 골의 해양 열 함량 변화는 동일 등 밀도면 상에서의 수괴 특성 변화에 의해 주로 조절되는 반면, 파인아일랜드-쓰웨이트 골에서는 등 밀도면의 수직 이동이 더 큰 역할을 한다고 제안하였다. 더불어 닷슨-겟츠 골을 따라 대륙붕 경계를 넘어 유입되는 환남극 심층수의 유량이 대륙붕 경계에서의 바람장 및 대기순환 변동성의 영향을 받는다고 결론지었다. 한편, 아문젠해 상공의 대기순환은 남극해 다른 지역에 비해 훨씬 큰 시·공간적 변동성을 보이며(Connolley, 1997), 이는 아문젠해 저기압대의 위치와 중심기압 변동성과 밀접하게 연관된다(Hosking et al., 2013). 특히 아문젠해 저기압대의 경도상 위치는 계절성과 연간 변동성을 함께 보이며, 남반구 환형 모드와 엘니뇨-남방 진동의 위상 변화에 따라 영향을 받는 것으로 보고되었다(Fogt et al., 2011). 따라서 빙붕 하부로의 환남극 심층수 유입 변동성을 이해하기 위해서는 바람·해빙 등 지역적 강제력의 변화뿐 아니라, 남반구 환형 모드와 엘니뇨-남방 진동과 같은 원격 대기 강제력의 영향도 함께 고려하는 것이 필수적이다(Jenkins et al., 2018; Kim et al., 2021).
한편, 아문젠해 대륙붕으로 유입되는 환남극 심층수는 계절적으로 뚜렷한 변동성을 보이며, 이를 규명하기 위한 다양한 연구가 수행됐다(Assmann et al., 2013; Wåhlin et al., 2013; Kim et al., 2017). Assmann et al. (2013)은 파인아일랜드-쓰웨이트 서쪽 골에서 2009-2011년 계류 관측을 통해, 수온이 3월부터 10월까지 상대적으로 높고 11월부터 1월까지 낮은 계절 패턴을 보고하였다. 이 지역 환남극 심층수의 수온은 연중 0.8°C 이상이고, 두께는 약 150 m이며, 겨울철에 일시적으로 수층의 두께가 증가하는 경향을 보였다. 다만 유입량과 수온 간에는 뚜렷한 상관관계가 나타나지 않았다. 반면, 약 500 km 서쪽에 위치하고 골 입구 수심이 비교적 얕은 닷슨-겟츠 골에서는 상반된 양상의 수온 및 수층 두께의 계절 변화가 관측되었다. Wåhlin et al.(2013)은 2010-2012년 계류 관측자료를 분석하여, 환남극 심층수 유입이 3-4월에 최대에 도달하고 이 시기에 수층 두께가 증가하며 최대 수온은 1.2°C에 이른다고 보고하였다. 그러나 이들의 연구에서는 이러한 계절 변동성이 국지적 바람장과 유의미한 상관관계를 보이지 않았다. 이에 대해 Kim et al.(2017)은 동일 자료를 추가 분석하여, 환남극 심층수 유입을 조절하는 주요 기작으로 해빙과 바람의 상호작용에 따른 에크만 펌핑을 제안하였다. 이 연구는 바람 응력만으로는 관측된 환남극 심층수의 계절 변동성을 설명하기 어렵고, 해빙이 바람-해양 간 응력 전달을 조절함으로써 고온수의 대륙붕 유입에 큰 영향을 미친다고 밝혔다. 특히 해빙과 바람의 변화를 반영해 계산한 에크만 용승이 관측된 수온 변동성과 유의미한 상관관계를 보였다. 이러한 이론은 이후 Yang et al.(2022)의 수직적으로 수온·염분의 관측 해상도가 약 50 m인 고해상도 계류 관측에서도 확인되었다. 그들은 2014-2016년 닷슨 빙붕 전면 관측을 바탕으로, 변형된 환남극 심층수가 주로 닷슨-겟츠 골의 동측을 따라 유입되며, 여름철 열 수송이 겨울철보다 약 3배 크게 증가함을 보였다. 이러한 계절 변동성은 해빙 분포와 바람장의 상호작용으로 형성되는 해양 표면 응력 컬(Ocean Surface Stress Curl)의 변화에 의해 조절되며, 여름철 해빙 후퇴와 강한 바람은 해양 표면 응력 컬을 증가시켜 빙붕 전면의 해수면 경사를 증폭하고 환남극 심층수의 빙붕 하부 유입을 촉진하는 반면, 해빙으로 덮이는 겨울철에는 표면 응력의 공간적 차이가 감소하여 해양 표면 응력 컬이 약화되고 환남극 심층수의 유입이 저하되는 것으로 결론지었다.
더불어, 남극 아문젠해에서 환남극 심층수의 순환은 경년(interannual) 및 장기 시계열에서 복합적 변동을 보이며, 이는 빙붕 하부 용융, 열·염분 수송 등 주요 기후-해양 연계 과정에 중대한 영향을 미친다(Jenkins et al., 2018; Bett et al., 2020; Kim et al., 2021; Park et al., 2024). Jenkins et al. (2018)은 2000-2016년 닷슨 빙붕 인근 관측자료의 온도, 염분, 용존 산소, 해류 변화를 분석하여, 수십 년 규모(decadal)의 해수 순환·수온 변동성이 빙붕 기저 용융률 변화에 매우 민감하게 작용함을 보였다. 특히 2009년 온난 국면(Warm Phase)에는 빙붕 접지선이 급격히 후퇴했지만, 2011년 이후 냉각 국면(Cold Phase)에는 용융이 약화되었으며, 빙붕 전면 수온 상승은 용융률을 비선형적으로 증폭시키는 것으로 나타났다. Kim et al.(2021)은 닷슨-겟츠 골 내부의 환남극 심층수 경년 변동성을 정량적으로 평가하고 그 원인을 규명하였다. 이들은 바람장과 해빙 변동이 환남극 심층수의 아문젠해 유입량에 미치는 영향을 명시적으로 분석하여, 유입의 시공간적 변동 메커니즘을 제시하고 기존 이론을 보완하였다. 또한, 아문젠해 수괴 및 해수 순환의 장기 변동성을 규명하고자 수치모델 기반의 연구가 활발히 수행되었다(Bett et al., 2020; Park et al., 2024). Bett et al.(2020)은 수치모델 결과의 분석을 통해 빙붕·해빙 용융으로 인한 담수 유입이 표층 염분과 수층 안정도 및 수직 혼합에 영향을 미쳐, 환남극 심층수의 대륙붕 유입을 조절함을 밝혔으며, 이러한 담수 유입량과 그 영향이 연간 변화를 보임을 확인하였다. Park et al.(2024)는 고해상도 해양 모델을 활용해 파인아일랜드 빙붕 및 쓰웨이트 빙하 설상 인근에서의 지역적 해수 순환이 환남극 심층수와 겨울수 경계층 수심의 경년 변동을 유발하고, 이러한 변화가 빙붕 용융의 장기 변동성에 영향을 미친다고 제시하였다. 이는 대륙사면 바람 변동이 아문젠해 내부의 해양 기원 열에너지와 빙붕 용융률의 경년 변동성을 주도한다는 기존 이론(Dutrieux et al., 2014)을 보완하는 결과이다.
한편, 빙붕 전면에서는 연안을 따라 서쪽으로 흐르는 연안성 흐름이 존재하여 융빙수의 확산을 가속화 하는데, 이를 남극 연안 해류(Antarctic Coastal Current)라고 한다(Fig. 5; Schubert et al., 2021). 남극 연안 해류는 해빙, 바람, 해수의 밀도 경사, 해저지형의 상호작용에 의해 형성·조절되며, 대륙붕에서 열·담수 수송을 유도하여 파인아일랜드, 쓰웨이트, 닷슨 빙붕의 하부 융해에 직접적으로 영향을 미친다(Kim et al., 2016; Park et al., 2024). Kim et al.(2016)은 닷슨 빙붕 전면에서의 장기 계류 관측을 통해 남극 연안 해류의 뚜렷한 계절성 및 수일~수주 규모의 단기 변동성을 확인하였으며, 이러한 시간적 변동성이 빙붕 근처로의 환남극 심층수 유입을 좌우한다고 주장하였다. 여름철 빙붕 전면에서의 동풍은 표층해수를 남쪽으로 수송하여 남북 방향으로 해수면 경사(남쪽의 해수면이 높은)를 키워 서쪽으로 순압성 흐름을 유도한다. 하지만, 빙붕 전면에 축적된 해수로 인해 하강류가 발생하여 밀도약층의 아래에서는 동쪽으로 흐르는 경압성 흐름이 발생 서향의 순압성 흐름을 상쇄한다. 최근 Park et al.(2024)는 고해상도 수치모델 연구에서는 남극 연안 해류가 대륙붕 상부로의 저층 용승과 수온약층의 깊이 변화를 조절하여 파인아일랜드와 쓰웨이드 빙붕의 하부 융해 가속화와 강하게 관련됨을 주장하였다. 이는 남극 연안 해류가 단순한 연안을 따라 서향하는 해류를 넘어 빙붕 안정성의 핵심 제어인자임을 시사한다. 종합하면, 아문젠해 해수 순환의 경년 및 장기 변동성은 바람 및 해빙의 변동성, 융빙수 유입, 지형적 제약, 수괴 혼합, 환남극 심층수 유입량 등 다양한 구조적·기작적 인자의 상호작용으로 형성된다. 이러한 복합성은 빙붕 기저 용융의 가속화와 해양 열에너지·융빙수 수송을 직접적으로 좌우하며, 기후학적으로 중요한 의미가 있다.
Fig. 5.
Schematic diagram of ocean circulation. The red solid line represents the circulation of Circumpolar Deep Water, and the green dashed line represents the circulation of Meltwater. The blue solid and dashed lines depict the circulation of the Antarctic Coastal Current and Antarctic Slope Current, respectively, while the orange dashed line shows the circulation of the Undercurrent.
5. 기후변화의 영향
아문젠해의 해양 및 빙붕 변동성을 이해하려면, 남반구 환형 모드와 엘니뇨-남방 진동 등 남반구 바람장과 기압 패턴을 변화시키는 대기 강제력의 역할과 그 변동성에 대한 정교한 고찰이 필수적이다(Fogt et al., 2011; Hosking et al., 2013; Dutrieux et al., 2014; Jenkins et al., 2018). 남반구 환형 모드는 남반구 중·고위도 간의 기압 경도차로 규정되는 남극 주변 서풍대의 강도를 나타낸다(Marshall, 2003). 양(+)의 남반구 환형 모드에서는 서풍대가 평시보다 강화되어 남쪽으로 수축하고, 음(-)의 위상에서는 서풍이 약화하여 북쪽으로 팽창한다. 지난 수십 년 동안 온실가스 증가와 성층권 오존 감소의 영향으로 남반구 환형 모드 지수는 평균적으로 상승(양의 방향)하는 경향을 보였고, 그에 따라 특히 아문젠해와 베링스하운젠해에서 서풍이 강화된 것으로 보고되었다(Bracegirdle, 2013). 이 변화는 남극 연안의 동풍을 약화시켜 환남극 심층수의 대륙붕 유입을 가속한다(Thoma et al., 2008). 구체적으로, 서풍이 강화되면 대륙사면에서의 에크만 수송에 의해 표층수가 북쪽으로 흐르고, 그 빈자리를 저층의 환남극 심층수가 용승하여 채운 뒤 대륙사면 골을 따라 대륙붕으로 유입된다(Wåhlin et al., 2010; Kim et al., 2017). 아울러 강화된 서풍은 대륙사면을 따라 동향하는 저층 해류를 증폭시켜 환남극 심층수의 연안 유입을 한층 가속한다(Spence et al., 2014; Dotto et al., 2019). 반대로 음(-)의 남반구 환형 모드 국면에서는 대륙사면 상의 서풍이 약화되고 동풍 계열의 바람이 강화되어, 환남극 심층수의 대륙붕 유입이 감소하는 경향을 보인다(Steig et al., 2012).
열대 태평양의 엘니뇨-남방 진동은 아문젠해 지역의 대기·해양 변동성에 원격상관(teleconnection)을 미치는 것으로 잘 알려져 있다(Steig et al., 2012; Turner et al., 2013; Dutrieux et al., 2014). 엘니뇨 시기에 아문젠해 저기압대의 약화는 연안 동풍의 약화 및 서풍 성분의 강화를 야기하여(Steig et al., 2012; Turner et al., 2013) 환남극 심층수의 연안 유입을 용이하게 한다(Dutrieux et al., 2014). 그리고 이는 빙붕 기저 융해를 가속한다고 보고되었다(Jacobs et al., 2011). 반대로 라니냐 시기에는 아문젠해 저기압이 강화되고(Hosking et al., 2013; Raphael et al., 2016) 북서풍 계열의 바람이 발달하여(Fogt et al., 2011; Hosking et al., 2013) 환남극 심층수의 연안 유입이 제약되며(Nakayama et al., 2018; Webber et al., 2019), 그 결과 빙붕 기저 융해가 완화될 수 있다(Dutrieux et al., 2014; Jenkins et al., 2016). Dutrieux et al.(2014)는 관측 자료 분석을 통해, 파인아일랜드 빙붕의 해양기원 열에너지 유입에 따른 하부 융해는 2009-2010의 약 80-105 km3 yr-1 수준에서 2012에 약 37 km3 yr-1로 급감했으며, 이는 2011년 이후 발생한 라니냐의 영향으로 환남극 심층수의 아문젠해의 유입이 차단됐기 때문이라고 결론지었다. 한편 Paolo et al.(2018)은 위성 레이더 고도계를 이용해 아문젠해 빙붕의 고도 변화를 분석한 결과, 2015-16년의 강한 엘니뇨 동안 온난·습윤한 대기의 유입에 따른 적설량 증가가 빙붕 고도의 상승 유발하여, 환남극 심층수 유입 증가에 따른 기저 융해율 가속화가 초래하는 빙붕 고도 감소를 일부 상쇄하는 것으로 드러났다. 이는 엘니뇨-남방 진동이 해양 환경과 빙붕 기저 융해에 중대한 영향을 미치지만, 그 영향이 직접적으로 빙붕 두께 변화나 후퇴의 변화로 나타나지 않을 수 있음을 시사한다. 또한, 남반구 환형 모드와 엘니뇨-남방 진동의 영향은 두 모드의 상호작용 속에서 증폭되거나 약화되는 경향이 있어, 각각을 독립적으로 보기보다 결합 효과를 고려할 필요가 있다(Fogt et al., 2011). 실제 서남극해에서는 두 모드의 신호가 합성되어 나타나는 경우가 빈번하며, 특정 조합이 해양 응답을 증폭시키기도 한다.
최근 연구는 인위적 강제력(anthropogenic forcing)의 상대적 역할에도 주목한다. Holland et al.(2019)는 서남극 빙하의 질량 손실 기록과 기후모델 분석을 통해, 최근 수십 년간의 빙상 손실 가속화가 인간 활동에 의한 장기적 상승 추세뿐 아니라 남반구 환형 모드와 엘니뇨-남방 진동 등 자연 내부 변동성에 크게 기인함을 제시하였다. 기존의 연구들은 인간 활동의 증가가 성층권 오존 감소와 온실가스 농도 상승을 초래하여 남극 주변 편서풍 강화, 양의 남반구 환형 모드 추세, 그리고 아문젠해 저기압의 강화로 이어졌음을 밝혔다(Thompson and Solomon, 2002; Marshall, 2003; Gillett et al., 2006). 1970년대 이후 아문젠해 저기압의 평균 기압이 점차 낮아지며 심화되었고, 이 추세의 상당 부분은 온실가스 배출 등 인위적 강제력에 기인한 것으로 보고된다(Turner et al., 2013; Raphael et al., 2016). 따라서 최근 수십 년간 아문젠해 해양과 빙하에서 관찰되는 급격한 변화는 인간 활동에 의한 기후변화 신호로 해석될 수 있다. 그러나, 자연 내부 변동성 역시 이 지역 해양 환경에 크게 크게 영향을 미친다. 엘니뇨-남방 진동은 열대-중위도 대기-해양계에서 가장 강한 변동성으로서 남극까지 원격 영향을 미치며, 통계적으로 엘니뇨(양의 엘니뇨 남방 진동 국면) 발생 시 서남극 연안의 아문젠해 저기압 패턴이 약화되고 이에 수반된 바람장의 변화가 환남극 심층수 유입량 변화를 유발한다(Fogt et al., 2011; Turner et al., 2013; Dutrieux et al., 2014). 남반구 환형 모드 또한 내부 변동성을 지니며 수주에서 수개월 규모의 변동을 주도하는데, 예컨대 남반구 환형 모드의 일시적인 음의 위상은 남극해 해빙 확장을 유발할 수 있다(Fogt and Marshall, 2020).
종합하면, 아문젠해 해양 환경의 장기 변동성은 지역적 해양-대기 상호작용과 전 지구적 기후 모드의 결합으로 형성되며, 이는 환남극 심층수의 대륙붕 유입 양상 변화로 구체화된다. 남반구 환형 모드와 엘니뇨-남방 진동 등 주요 기후 인자들은 해류의 세기, 환남극 심층수의 두께·수온·염분, 빙붕 기저 융해율 등 여러 요소에 복합적으로 작용해 왔으며, 이러한 역학 속에서 서남극 빙상의 현재 변화가 진행되고 있다. 앞으로 기후변화가 가속화되는 가운데 자연 변동성의 위상은 단기 변화 경로를 좌우할 수 있으므로, 장기 추세뿐 아니라 주요 기후 모드의 위상 예측 역시 아문젠해 및 서남극 빙상의 미래 변화를 전망하는 데 핵심적일 것이다.
6. 결 론
본 연구는 최근 수십 년간 기후변화에 따른 아문젠해 해양 물리적 변동성을 종합적으로 고찰하였다. 아문젠해는 지형적·해양학적 특성으로 환남극 심층수의 대륙붕 유입이 용이하며, 이로 인해 서남극 빙상의 급격한 후퇴와 빙붕 기저 용융이 촉진되어 전 지구 해수면 상승에 직접적으로 기여한다. 대륙붕에는 과거 빙하 유출로 형성된 깊은 해저 골이 존재하여 고온의 환남극 심층수가 연안으로 침투할 통로를 제공하며, 해저 지형은 빙붕 하부로 전달되는 열을 공간적으로 불균질하게 만든다. 그 결과 파인아일랜드 빙하와 쓰웨이트 빙하에서는 하부 융해 및 붕괴가 활발한 반면, 닷슨-겟츠 골과 연결된 닷슨 빙붕에서는 상대적으로 유입 열량이 작다.
아문젠해 수괴 구조는 표층의 남극표층수, 중간층의 겨울수, 하부의 변형된 환남극 심층수로 구분된다. 특히 변형된 환남극 심층수는 빙붕 하부로 직접 유입되어 기저 용융을 유발하며, 대륙사면에서 바람 변동성에 따라 좌우되는 남극 사면전선과 해류 강도는 환남극 심층수 유입량을 조절하는 핵심 요인이다. 서남극에서는 사면전선이 약하게 발달하여 외해와의 물질 교환이 비교적 자유롭고, 이에 따라 고온의 환남극 심층수가 대륙붕 내부까지 깊게 침투할 수 있다. 최근 수십 년간 관측에서는 환남극 심층수의 부피와 수온이 점진적으로 증가하는 추세와 동시에 수개월~수십 년 규모의 변동성이 나타났다. 이는 단순한 온난화 추세가 아니라, 해양-해빙-대기 상호작용에 따른 해양 열 수송의 지속적 변화를 반영한다. 아문젠해 저기압 변동성과 바람 응력 컬은 계절적·경년적 해양 순환 변화를 유도하여 빙붕 기저로 전달되는 열을 크게 변화시킨다. 기후 모드 또한 해양 및 빙붕 변동성에 중요한 영향을 준다. 남반구 환형 모드 음의 국면에서는 동풍이 강화되어 환남극 심층수의 연안 유입을 억제하지만, 최근 인위적 요인으로 양의 국면이 지속되면서 편서풍이 강화되고 환남극 심층수 유입이 가속화되고 있다. 엘니뇨-남방진동은 원격 영향으로 아문젠해 저기압의 강도와 위치를 변화시키며, 엘니뇨 시기 환남극 심층수 유입이 강화되고 라니냐 시기에는 약화되는 양상을 보인다.
아문젠해 빙붕의 급격한 용융은 수십 센티미터 이상의 해수면 상승을 야기할 수 있으며, 이는 전 세계 연안 도시와 해양 생태계에 심각한 위협이 된다. 또한 대규모 융빙수 배출은 남극 주변 해양 순환과 심층수 형성 과정에도 영향을 미쳐 전 지구 열·염 순환 변화를 유발할 수 있다. 이에 아문젠해 해양-빙권 상호작용 연구는 해수면 상승 예측과 지구 기후 시스템 안정성 평가에 결정적 기여를 한다. 그러나 현장 관측은 극한 환경과 접근성의 제약으로 시공간적 범위가 제한되며, 위성 관측은 빙붕 하부나 표층 아래 해양 순환을 직접적으로 파악하기 어렵다. 수치 모델링 연구는 중요한 도구이지만, 해상도, 물리 모수화, 빙하 역학 결합 등에서 여전히 개선이 필요하다. 따라서 관측과 모델을 융합하고 장기 시계열 확보와 고해상도 결합 모델 개발이 병행되어야 한다.
향후 연구에서는 아문젠해 해양 변동성을 보다 종합적으로 이해하고 기후전망 연구로 확장하기 위해 다음과 같은 접근이 필요하다. 첫째, 장기간·고해상도 현장 관측망을 확장하여 계절적·연간 변동성뿐 아니라 장기 추세까지 파악할 수 있는 데이터 확보가 필요하다. 둘째, CMIP6/CMIP7 글로벌 기후 모델과 지역적 결합 모델을 활용하여 해양-빙붕-대기-해빙 상호작용을 정량적으로 분석하고 불확실성을 최소화해야 한다. 셋째, 남반구 환형모드, 엘니뇨-남방진동 등 전 지구적 기후 모드가 해양 변동성에 미치는 영향을 심층적으로 규명하여 내부 변동성과 기후변화 신호를 동시에 고려해야 한다. 넷째, 장기 관측과 고해상도 모델을 기반으로 아문젠해 빙붕 및 주변 해양 환경의 미래 변화를 시뮬레이션하여 기후전망 연구로 확장함으로써, 시나리오별 빙붕 반응과 장기적 기후 리스크 평가에 기여할 수 있다.
