파인 아일랜드 빙하

섬네일|266x266픽셀|파인 아일랜드 지도
파인 아일랜드 빙하(Pine Island Glacier, PIG)는 남극에 위치한 거대한 빙하류로, 현재 남극에서 가장 빠르게 질량을 잃고 있는 빙하 중 하나이다. 이 빙하는 남극 전체 빙하 손실의 약 13%를 차지한다. 파인 아일랜드 빙하는 허드슨 산맥 남쪽을 따라 서북서 방향으로 흐르며, 아문센 해의 일부인 파인 아일랜드 만으로 유입된다. 이 빙하가 배수하는 지역은 서남극 빙상의 약 10%에 해당한다.

위성 관측에 따르면 파인 아일랜드 빙하 분지는 전 세계의 다른 어떤 빙하 배수 분지보다도 바다로 유입되는 빙하 질량의 순 기여도가 더 큰 것으로 나타났으며, 이러한 현상은 최근 수십 년간 빙하류의 가속으로 인해 더욱 심화되었다. 최근 몇 년 사이 빙하의 유속은 지속적으로 증가하였고, 접지선(grounding line) 또한 후퇴하고 있다.

2015년 이후 파인 아일랜드 빙하에서는 매우 큰 빙산이 대략 매년 한 차례씩 분리되는 현상이 관측되고 있다. 이 가운데 가장 큰 빙산인 빙산 B-46은 분리 당시 면적이 약 226제곱킬로미터(87제곱마일)에 달했다.

파인 아일랜드 빙하는 극도로 외딴 지역에 위치해 있으나, 과학자들은 레이더, GPS, 지진 센서 등을 활용하여 이 빙하를 조사해 왔다. 빙하에 관한 대부분의 자료는 항공 관측과 위성 관측을 통해 수집되었다.

인접한 스웨이츠 빙하(Thwaites Glacier)와 마찬가지로, 파인 아일랜드 빙하는 빙하 손실을 완화하기 위해 제안된 여러 공학적 개입 방안의 대상이 되기도 했다.

 위치 및 환경 
파인 아일랜드 빙하는 지구상에서 가장 큰 얼음 덩어리인 남극 빙상의 일부로, 이 빙상에는 전 세계 해수면을 약 57미터(187피트) 상승시킬 수 있는 양의 물이 포함되어 있다. 남극 빙상은 대륙에 내린 눈이 오랜 시간 동안 자체 무게로 압축되면서 형성된다. 이후 얼음은 중력에 의해 대륙의 가장자리 쪽으로 이동한다. 바다로의 얼음 운반은 주로 빙하류와 출구 빙하에 의해 이루어진다.

남극 빙상은 크고 비교적 안정적인 동남극 빙상과, 더 작고 상대적으로 불안정한 서남극 빙상으로 구성되어 있다.

서남극 빙상은 여러 개의 대규모 빙하류를 통해 바다로 흘러들어가며, 이들 대부분은 로스 빙붕이나 필히너-론네 빙붕으로 유입된다. 파인 아일랜드 빙하와 스웨이츠 빙하는 대형 빙붕으로 흘러들지 않는 서남극의 두 주요 빙하류로, 이들은 아문센 해만이라 불리는 지역에 속한다. 서남극 빙상의 약 10%에 해당하는 총 175,000제곱킬로미터(68,000제곱마일)의 면적이 파인 아일랜드 빙하를 통해 바다로 유입되며, 이 지역은 파인 아일랜드 빙하 유역으로 알려져 있다.

파인 아일랜드 빙하는 월그린 해안을 따라 아문센 해의 일부인 파인 아일랜드 만 남동쪽 확장부에 위치한다. 만과 빙하의 북동쪽에는 지상 화산과 빙하 아래 화산으로 이루어진 화산 지대인 허드슨 산맥이 자리하고 있다.

이 빙하는 1960년부터 1966년까지 미국 지질조사국(USGS)의 조사와 미국 해군(USN)의 항공 사진을 통해 지도화되었으며, 남극 명칭 자문위원회(US-ACAN)에 의해 파인 아일랜드 만과의 연관성을 반영하여 명명되었다.[1]

 중요성 
파인 아일랜드 빙하와 스웨이츠 빙하는 남극에서 가장 큰 다섯 개의 빙하류 가운데 두 곳에 해당한다. 과학자들은 최근 수년간 이들 빙하류의 흐름이 가속화되고 있음을 확인했으며, 만약 이 빙하들이 붕괴되거나 대규모로 소실될 경우 전 세계 해수면이 약 1.5미터(59인치) 상승할 것으로 예측하고 있다. 이러한 변화는 서남극 빙상 전체와 동남극 빙상의 일부를 불안정한 상태로 만들 가능성이 있다.
왼쪽|섬네일|292x292픽셀|빙산의 탄생
파인 아일랜드 빙하는 빙하의 기저부가 해수면 아래에 위치해 있으며, 지형이 내륙 방향으로 점차 낮아지는 구조를 가지고 있기 때문에 빙하 손실이 가속될 위험에 특히 취약하다. 이러한 지형적 특성은 빙하의 후퇴가 일단 시작될 경우 이를 저지할 수 있는 지질학적 장벽이 존재하지 않음을 의미한다. 시뮬레이션 연구에 따르면, 빙하 후퇴가 개시되면 그 과정은 수세기에 걸쳐 지속될 수 있는 것으로 나타났다.

파인 아일랜드 빙하는 1979년부터 2017년 사이에 약 1,066기가톤의 순 얼음 손실을 겪었다. 같은 기간 동안 이 빙하의 얼음 유출량은 1979~1989년 연평균 약 80기가톤에서 2009~2017년에는 연평균 약 133기가톤으로 크게 증가하였다. 이러한 순 손실은 강설을 통해 축적되는 얼음의 양보다 바다로 유입되는 얼음의 양이 훨씬 많다는 것을 의미한다.

파인 아일랜드 빙하에서 발생한 순 얼음 손실만으로도 남극 대륙 전체 빙하 손실의 약 13%를 차지하며, 이로 인해 1970년대부터 1990년대까지 전 세계 평균 해수면이 약 0.34밀리미터 상승한 것으로 추정된다. 보다 상세한 시뮬레이션 연구에 따르면, 파인 아일랜드 빙하는 향후 100년 동안 전 세계 해수면을 약 3센티미터(1.2인치) 상승시키는 데 기여할 것으로 예상된다.

1940년대에 파인 아일랜드 빙하의 후퇴가 시작되었을 당시, 빙하의 접지선은 2023년 기준 접지선 위치보다 약 47킬로미터(29마일) 하류에 위치한 해저 능선 위에 있었다. 이러한 접지선 후퇴 가운데 약 31킬로미터(19마일)는 1992년부터 2011년 사이에 발생한 것으로 나타났다.
섬네일|272x272픽셀|파인 아일랜드 빙하에서 분리된 빙산 B-46(면적 226km² 또는 87제곱마일)
파인 아일랜드 빙하는 후퇴가 진행됨에 따라 유속이 점차 빨라지고 있으며, 2015년 이후로는 면적이 최대 226제곱킬로미터(87제곱마일)에 달하는 대형 빙산을 비정상적으로 자주 분리해 내고 있다. 파인 아일랜드 빙하의 유속은 1974년부터 2013년 말까지 총 77% 증가했으며, 이 증가분의 약 절반은 2003년부터 2009년 사이에 발생했다. 2020년에는 빙하의 이동 속도가 하루 10미터(33피트)를 초과한 것으로 관측되었다.

GPS를 이용해 빙하류 중심부를 측정한 결과, 이러한 가속 현상은 해안선으로부터 내륙 방향으로 약 200킬로미터(120마일) 떨어진 지역에서도 여전히 높은 수준을 유지하고 있는 것으로 나타났다. 2007년에 측정된 유속은 1996년과 비교해 26~42% 더 빠른 것으로 분석되었다.

빙하류의 가속과 함께 빙하의 두께 또한 점차 감소하고 있다. 중앙 줄기(main trunk)에서의 두께 감소율은 1995년부터 2006년 사이에 약 4배 증가한 것으로 보고되었다. 현재와 같은 속도가 유지될 경우, 빙하의 주 줄기는 100년 이내에 부유 상태로 전환될 가능성이 있는 것으로 평가된다.

 관찰 

 얼음 
섬네일|293x293픽셀|파인 아일랜드 빙하에서의 지진 탐사
관측된 얼음 위에서 빙하류를 직접 방문한 최초의 탐험대는 1961년 1월 미국 설상 횡단 탐험대로, 이들은 파인 아일랜드 빙하(PIG) 지역에 약 일주일간 머물렀다. 탐험대는 눈 축적량을 측정하기 위해 눈 구덩이를 파고, 빙하 두께를 산출하기 위해 지진 조사를 수행하였다. 이 횡단 탐험에 참여한 과학자 가운데 한 명은 Charles R. Bentley였으며, 그는 당시를 회상하며 “그때는 우리가 빙하를 건너고 있다는 사실조차 알지 못했다”고 말했다. 파인 아일랜드 빙하는 탐험대가 방문한 지점에서 폭이 약 50킬로미터(31마일)에 달했으며, 지상에서는 주변의 빙하와 시각적으로 구별하기 어려웠다. 이 탐험은 “엘스워스 하이랜드 횡단 탐험대(Ellsworth Highland Traverse)”로 불린다.
섬네일|277x277픽셀|이 애니메이션은 파인 아일랜드 빙붕의 시추 지점 위치와 유속에 따라 색으로 표시된 해류를 보여준다.
영국 남극 조사단의 연구팀은 2006년 12월 8일 빙하류에 도착하여 두 차례에 걸친 현장 조사 시즌 가운데 첫 번째 시즌을 시작하였다. 두 번째 현장 조사 시즌은 2007년 11월부터 2008년 2월까지 약 3개월간 진행되었다. 이 기간 동안 수행된 연구에는 레이더 관측과 지진 조사가 포함되었다.

2008년 1월에는 NASA의 Bob Bindschadler가 이끄는 연구팀이 파인 아일랜드 빙하의 부유 빙붕에 착륙하여, 약 500미터(1,600피트)에 이르는 얼음을 관통해 그 아래의 해양 공동(ocean cavity)에 계측기를 하강시킬 수 있는지 여부를 평가하기 위한 정찰 임무를 수행하였다. 그러나 추가 착륙이 가능한 소규모 균열 없는 지역은 표면이 지나치게 단단한 것으로 판단되어, 추가적인 현장 조사는 연기되었다. 이에 따라 두 대의 GPS 장치와 기상 관측소가 파인 아일랜드 빙하에 최대한 가까운 위치에 설치되었다.

2011~2012년 현장 조사 시즌 동안 캠프 인력은 마침내 새해 직전에 주(主) 캠프를 설치하는 데 성공하였고, 그 다음 주에 Bindschadler와 그의 연구팀이 현장에 도착할 수 있었다. 그러나 추가적인 기상 악화로 헬리콥터가 예정된 시점에 도착하지 못하면서, 해당 현장 조사 시즌은 결국 취소되었다.

2013~2014년에는 영국 남극 조사단이 지상 레이더를 활용해 총 1,000킬로미터(620마일)에 이르는 빙상을 지도화하였다. 이 탐험대는 과학자와 장비를 수송하기 위해 차량과 썰매로 구성된 트랙터 트래버스를 사용하였다. 이 탐사 과정에서 채취된 빙핵 분석 결과는 파인 아일랜드 빙하의 후퇴가 이미 1940년대에 시작되었음을 보여주었다.

 바다 
파인 아일랜드 만에 위치한 파인 아일랜드 빙하의 빙붕에 바다를 통해 최초로 도달한 선박은 1985년의 USS/USCGC Glacier였다. 이 선박은 미국 해안경비대가 운용한 쇄빙선으로, ‘딥 프리즈(Deep Freeze)’로 알려진 이 임무에는 과학자들이 승선하여 해저에서 퇴적물 시료를 채취하였다.

2009년 1월부터 2월까지 약 두 달간 진행된 여름 현장 조사 기간 동안, 미국 남극 프로그램의 연구선 나다니엘 B. 팔머호에 탑승한 연구진은 파인 아일랜드 빙하의 빙붕에 도달하는 데 성공하였다. 팔머호가 이 빙하에 접근한 것은 1994년 이후 두 번째 사례였다. 영국 연구진과의 협력 아래, 과학자들은 로봇 잠수정을 이용해 대륙붕에 분포한 빙하가 침식하여 형성한 수로와 빙붕 아래 및 빙하 하부의 해양 공동을 탐사하였다.

이 조사에 사용된 잠수정은 오토섭 3호(Autosub 3)로 알려진 무인 잠수정으로, 영국 국립해양학센터에서 개발·제작되었다. 오토섭 3호는 총 6차례의 임무 동안 빙붕 아래 약 500킬로미터(310마일)를 이동하며 모든 임무를 성공적으로 수행하였다. 이 잠수정은 빙붕 하부와 해저 지형을 지도화할 수 있을 뿐 아니라, 이동 중 다양한 물리·화학적 측정값과 해수 시료를 채취할 수 있다. 오토섭 3호의 성공은 특히 주목할 만한데, 이전 모델인 Autosub 2가 두 번째 임무 수행 중 Fimbul 빙붕 아래에서 항로를 상실했기 때문이다.

2012년 강한 라니냐 현상이 발생한 시기에는 해수 온도 관측 결과 수온이 낮아지면서 빙저 융해가 감소한 것으로 나타났다. 이러한 연구 결과는 파인 아일랜드 빙하의 빙붕 후퇴가 기후 변동성에 민감하게 반응한다는 점을 보여준다.

 항공 및 위성 
파인 아일랜드 빙하는 지리적으로 매우 외딴 지역에 위치해 있기 때문에, 빙하류에 관한 대부분의 정보는 항공 관측 또는 위성 기반 측정을 통해 수집되고 있다.

2004~2005년 현장 조사 시즌 동안에는 얼음 투과 레이더를 장착한 영국 남극 조사단(BAS)의 트윈 오터 항공기가 파인 아일랜드 빙하와 인접한 빙상 지역에 대한 항공 조사를 수행하였다. 조사팀은 1월 18일까지 파인 아일랜드 빙하 상공을 약 30킬로미터 간격의 격자 형태로 비행하였으며, 이를 통해 50만 제곱킬로미터(190,000제곱마일)를 넘는 광범위한 지역의 빙하 하부 지형을 지도화하는 데 성공하였다.
섬네일|IceBridge 항공 조사에서 관측된 빙하의 균열
파인 아일랜드 빙하는 2009년부터 2019년까지 NASA의 IceBridge 항공 임무의 주요 관측 대상 가운데 하나였다. IceBridge 항공기는 레이저 고도계, 레이더, 중력계, 자력계 등 다양한 계측 장비를 탑재하고 있었다. 2011년에 수행된 IceBridge 조사에서는 빙상 내부에서 대규모 균열이 발견되었다. IceBridge 임무는 이후 ICESat-2 위성 임무로 대체되었다. ICESat-2는 2019년부터 91일 주기로 빙하 표면의 고도 변화를 지속적으로 추적하고 있다.

2015년부터 본격화된 파인 아일랜드 빙하의 광범위한 붕괴 과정은 Terra MODIS 장비(2019년까지), Landsat 8, 그리고 Sentinel-1 위성을 통해 추적되었다. 이 밖에도 TerraSAR-X와 같은 고해상도 특수 위성들이 빙하와 빙상의 균열 분포를 정밀하게 측정하는 데 활용되었다.

 빙하 아래 화산 
참고 항목: 빙하 아래 화산, 빙하 아래 분출, 빙하 화산 활동

2008년 1월, 영국 남극 조사단(BAS)의 과학자들은 약 2,200년 전 남극 빙상 아래에서 화산 분출이 발생했음을 보고하였다. 이 분출은 지난 10,000년 동안 남극에서 발생한 화산 폭발 가운데 가장 큰 규모로 평가된다. 해당 화산은 파인 아일랜드 빙하 인근의 허드슨 산맥에 위치해 있다.

이 분출로 인해 화산재와 테프라가 빙상 표면 전반에 퍼졌으며, 이후 눈과 얼음 아래에 매몰되었다. 분출 시점은 화산재가 묻혀 있는 깊이를 분석함으로써 추정되었고, 이 과정에는 인근에서 채취한 빙핵 자료를 통해 산출된 연대가 활용되었다. 이러한 화산의 존재는 과거의 화산 활동이 빙하의 흐름 가속에 영향을 미쳤을 가능성, 또는 향후에도 영향을 미칠 수 있다는 가능성을 제기한다.

2018년에는 파인 아일랜드 빙하 아래에 아이슬란드의 활화산인 Grímsvötn의 약 절반 규모에 해당하는 상당한 화산 열원이 존재한다는 사실이 밝혀졌다. 같은 해 발표된 또 다른 연구에서는 서남극 빙상(WAIS) 아래의 기반암이 이전에 추정되었던 것보다 더 빠른 속도로 융기하고 있다는 결론이 제시되었으며, 연구진은 이러한 지각 융기가 장기적으로는 빙상을 안정화하는 데 기여할 수 있다고 제안하였다.

 기후 공학 
파인 아일랜드 빙하와 더 잘 알려진 스웨이츠 빙하는 모두 향후 전 세계 해수면 상승을 크게 악화시킬 잠재력을 지닌 빙하로 평가되고 있다. 이러한 위험성으로 인해, 특히 마이클 J. 월로빅과 존 C. 무어를 비롯한 일부 과학자들은 해양에서 유입되는 따뜻한 물의 흐름을 차단하는 것을 목표로 한 기후 공학적 개입을 통해 이들 빙하를 안정화할 수 있다는 방안을 제안하였다.

이들이 처음 제시한 구상은 스웨이츠 빙하에 초점을 맞춘 것으로, 해류의 흐름을 차단하기 위한 대규모 구조물을 새로 건설하지 않더라도, 빙하의 가장 취약한 지점을 물리적으로 보강하는 것만으로도 해당 사업은 “인류가 시도한 가장 거대한 토목 공학 프로젝트 가운데 하나”가 될 것이라고 평가되었다. 또한 이 제안의 성공 가능성은 약 30%에 불과할 것으로 추정되었다.
왼쪽|섬네일|297x297픽셀|빙하로 향하는 따뜻한 해수 흐름의 약 50%를 차단하는 것으로 제안된 ‘수중 실(sill)’ 구조물은, 빙하 붕괴와 그에 따른 해수면 상승을 수세기 동안 지연시킬 잠재력이 있는 것으로 제시되었다.
2023년에는 유연한 재질로 제작되어 아문센 해 해저에 고정되는 수중 커튼을 설치함으로써, 따뜻한 해수가 빙하 하부로 유입되는 흐름을 차단할 수 있다는 제안이 제시되었다. 이 접근 방식은 보다 견고한 고정 구조물에 비해 비용을 절감할 수 있고, 재료의 수명 또한 연장할 수 있는 것으로 평가되었다. 구체적으로는 커튼 요소의 수명을 보수적으로 약 25년, 해저에 고정되는 기초 구조물의 수명을 최대 100년으로 추정하였다.

이러한 수중 커튼이 설치될 경우, 스웨이츠 빙붕과 파인 아일랜드 빙붕이 약 1세기 전의 상태로 다시 성장할 수 있으며, 그 결과 빙하 전체가 안정화될 가능성이 있는 것으로 제안되었다.
섬네일|290x290픽셀|제안된 ‘커튼’ 구조물의 개념도
이를 실현하기 위해서는 수중 커튼을 약 600미터(0.37마일) 깊이에 설치해야 하는데, 이는 상부에서 주기적으로 이동하는 빙산으로 인한 손상을 방지하기 위함이다. 또한 커튼의 전체 길이는 약 80킬로미터(50마일)에 달해야 한다. 연구자들은 이러한 규모의 공사가 전례가 없으며, 극야 현상과 현재 부족한 전문 극지선 및 수중 작업 선박 등으로 인해 남극 환경에서 상당한 어려움에 직면할 것임을 인정하였다. 그럼에도 불구하고, 이 계획을 실행하는 데 완전히 새로운 기술이 필요한 것은 아니며, 이미 유사한 수심에서 해저 파이프라인을 설치한 경험이 존재한다는 점이 강조되었다.

저자들은 이 프로젝트의 건설에 약 10년이 소요되며, 초기 건설 비용은 400억~800억 달러에 이를 것으로 추산하였다. 또한 설치 이후에도 지속적인 유지·보수를 위해 연간 약 10억~20억 달러의 비용이 필요할 것으로 평가하였다. 그러나 이와 비교해 볼 때, 뉴욕 전체를 보호할 수 있는 단일 방파제를 건설하는 데 드는 비용은 이보다 두 배에 이를 수 있는 것으로 지적되었다. 더 나아가, 빙하 붕괴로 인한 해수면 상승에 전 세계가 적응하는 데 필요한 비용은 연간 약 400억 달러에 달할 것으로 추정된다.

저자들은 또한 자신들의 제안이 성층권 에어로졸 주입(stratospheric aerosol injection, SAI)이나 이산화탄소 제거(carbon dioxide removal, CDR)와 같은 다른 기후 공학 제안들과 비교해도 경쟁력이 있을 수 있다고 주장하였다. 이러한 접근법들은 훨씬 더 광범위한 기후 변화의 영향을 완화할 잠재력을 지니고 있으나, 연간 예상 비용은 SAI의 경우 약 70억~700억 달러, 그리고 파리 협정의 1.5 °C(2.7 °F) 목표 달성에 기여할 수 있을 정도로 대규모인 CDR의 경우에는 약 1,600억 달러에서 최대 4조 5,000억 달러에 이를 것으로 추산된다.

 각주 

분류:빙하
분류:남극