남극 빙하 아래 깊은 곳에서 지하수 발견

문광주 기자 / 기사승인 : 2022-05-08 21:10:29
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- 깊은 지하수 시스템은 얼음 바닥에서 물을 흡수하거나 방출해 얼음 흐름에 영향
- 퇴적물은 두께가 최대 1.3km이고 물로 가득 차 있다.
- 퇴적물 속으로 수백 미터의 녹은 물이 침투.
- 미생물과 유기 물질은 또한 이 물과 함께 빙하 바닥에 도달할 수 있다.

남극: 깊은 지하수 발견
남극 얼음 아래 퇴적물에 깊은 물이 있다는 첫 번째 증거


숨겨진 물:
얼음과 남극의 기반암 사이에는 수백 미터의 두꺼운 퇴적층이 있다. 연구원들은 이제 그 안에 깊은 지하수가 있다는 것과 빙하에서 녹은 물이 깊은 곳까지 스며들 수 있다는 것을 처음으로 증명했다. 이것은 남극 대륙의 수문 지질학 및 빙하 흐름에 영향을 미치는 요인에 대한 이전 관점을 변경한다고 팀은 Science에 보고했다. 

▲ 남극의 얼음 아래 퇴적물인 이곳 West Antarctic Whillans Ice Stream에는 연구팀이 처음으로 시연한 것처럼 깊은 지하수가 있다. © Kerry Key/ Lamont-Doherty Earth Observatory, Columbia University

남극은 1km 두께의 빙상으로 덮여 있다. 그 아래에 있는 것은 부분적으로만 알려져 있다. 중력장과 레이더 측정은 얼음 대륙 아래의 지각이 어떤지, 기반암의 위상, 화산과 거대한 협곡이 숨겨져 있는지를 보여주었다. 이들 측정으로 빙상의 밑면과 얼음 자체가 무수한 채널, 빙하 호수 및 녹은 물흐름에 의해 십자형으로 교차하고 있음을 밝혔다.

배경의 "하얀 반점“

이전의 측정은 빙하 밑 남극 대륙의 한 지역, 즉 기반암과 빙하 밑면 사이에 놓여 있는 깊은 퇴적물에 대해 거의 눈에 띄지 않았다. 두께가 수백 미터에 달하는 이 층이 어떻게 구성되어 있는지, 얼마나 많은 물을 함유하고 있으며, 예를 들어 용융수가 모공을 얼마나 깊이 침투할 수 있는지는 알려지지 않았다. 후자는 특히 빙하의 거동과 유속에 결정적일 수 있다.

"이 퇴적물에 깊은 지하수가 있을 수 있다는 의혹이 오랫동안 있었다." 수석 저자인 뉴욕 컬럼비아 대학의 클로이 구스타프슨(Chloe Gustafson)의 설명이다. "이러한 깊은 지하수 시스템은 얼음 바닥에서 물을 흡수하거나 방출해 얼음 흐름에 영향을 줄 수 있다." 퇴적물이 건조하고 투과성이 낮을 때 더 많은 물이 빙하 바닥에 모여 윤활유처럼 작용하기 때문이다.

자기 텔루릭 형광 투시

이제 처음으로 Gustafson과 그녀의 팀은 남극 얼음 흐름 아래의 깊은 퇴적물을 밝히는 데 성공했다. 2018년 남부 여름에 그들은 빙상 비행기를 타고 남극 서부 로스 빙붕으로 흘러드는 두께 800미터, 폭 거의 100미터에 달하는 빙하인 윌란스 빙류(Whillans Ice Stream)에 떨어뜨렸다. 연구팀은 6주 동안 얼음 흐름의 다양한 지점에서 측정을 수행했다.

매핑을 위해 과학자들은 지진 측정과 소위 자기영양화 이미징의 조합을 사용했다. 여기에서 장비는 심토의 자연 전자기장을 측정하므로 무엇보다도 몇 킬로미터 깊이까지 재료의 전도도를 보여줄 수 있다. 이것은 차례로 퇴적물에 지하수가 포함되어 있는지 여부와 염도에 대한 정보를 제공한다.
▲ 서쪽 남극 대륙의 얼음 흐름 방향과 속도. © NASA/JPL-Caltech, University of California Irvine

퇴적물이 젖어있다

측정 결과:
Whillans Ice Stream 아래의 퇴적물은 두께가 최대 1.3km이고 물로 가득 차 있다.
Gustafson과 그녀의 팀 보고서는 "깊은 지하수에는 얼음 기지의 얕은 수문 시스템보다 최소 10배 많은 물이 포함되어 있다. "이 퇴적물에서 모든 물을 추출하면 이 물은 220~820미터 높이에 있을 것이다.“

이것은 남극 빙상 아래에 깊은 지하수가 있고 빙하 아래 퇴적물이 깊은 곳까지 젖어 있다는 첫 번째 분명한 증거다. "남극 대륙에 깊은 지하수가 있다는 것을 확인하는 것은 또한 얼음 흐름 행동에 대한 우리의 견해를 변화시키고 빙하 아래 물 모델의 조정을 요구한다"고 연구원들은 기술했다. 지금까지 이 물은 그들에게서 발생하지 않기 때문이다.

아래는 화석 해수, 위는 녹은 물

남극 지하수는 어디에서 왔을까? 전도도 측정은 침전물의 염도가 깊이가 증가함에 따라 증가한다는 것을 보여주었다. 민물이 상부 지역에서 우세한 반면 기반암 바로 위 층의 지하수는 바닷물만큼 짠 것이다. 연구팀은 이 소금물이 약 5천 년-7천 년 전 빙하의 흐름이 더 내륙에 있었고 바닷물이 이 지역으로 침투할 수 있었던 시대의 유물이라고 의심하고 있다.
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반면에 상층에 있는 담수는 더 최근에 만들어진 것이다. 담수의 존재는 퇴적물이 투과성이고 얼음 바닥에서 녹은 물을 흡수했음을 시사한다. Gustafson과 그녀의 동료들은 "퇴적물 속으로 수백 미터의 녹은 물이 침투하는 것은 깊고 얕은 빙하 아래 물 시스템이 물리적으로 연결되어 있음을 보여준다"고 설명했다. 따라서 지하수는 전체 시스템의 활성 부분이다.
▲ 자기장 측정을 위해 기기는 각 측정 지점에 묻혔다가 나중에 회수해야 했다. © Kerry Key/ Lamont-Doherty Earth Observatory, Columbia University

브레이크를 먼저 밟고 윤활유를?

서남극 대륙에서 지하수 발견은 남극 빙하의 현재와 미래 행동에 광범위한 영향을 미친다고 연구원들은 지적한다. 현재 퇴적물은 얼음 흐름에서 많은 양의 녹은 물을 흡수하는 것으로 보인다. 이는 배수로 역할을 하고 빙하 바닥의 열 분산에도 기여한다. 이것은 얼음의 흐름을 느리게 한다.

예를 들어 빙하의 해빙으로 인해 얼음에 가해지는 하중이 감소하면 이 효과가 역전될 수 있다. 감소된 압력으로 인해 더 깊은 물이 얼음 바닥까지 올라갈 수 있다. "그렇다면 지하수는 잠재적인 물과 ​​열의 공급원이 되어 얼음 바닥의 해동을 가속화할 수 있다"고 팀은 썼다.

미생물과 유기 물질은 또한 이 물과 함께 빙하 바닥에 도달할 수 있고, 녹은 물과 함께 바다로 들어갈 수 있으며, 이는 남극해의 민감한 영양 순환을 변화시킬 것이다. 지하수의 유출이 증가함에 따라 수천 년 동안 저장되어 있던 탄소도 바다로 흘러 들어간다. 이는 기후에 부정적인 영향을 미칠 가능성이 있다. 따라서 이제 남극 지하수를 계속 연구하고 그 결과를 유체 역학 모델에 통합하는 것이 중요하다고 팀은 말했다.
(Science, 2022; doi:10.1126/science.abm3301)
출처: 컬럼비아 대학교

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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