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빙하를 이용한 대기 이산화탄소와 기후변화 연구

2014. 5. 2.

연구진

  • 본 논문의 제1저자 및 책임저자는 서울대학교 지구환경과학부 안진호 교수이며, 공동저자는 오레곤주립대 에드 브룩(Ed Brook) 교수이다.

내용 및 의의

  • 서울대학교 자연과학대학 지구환경과학부 안진호 교수가 주도하고 미국 오레곤주립대(Oregon State University) 에드 브룩(Ed Brook) 교수가 참여한 연구팀은 남극 싸이플돔(Siple Dome) 빙하코어를 이용하여 과거 대기 이산화탄소 농도 변화에 두 가지 방식이 있음을 발견하였다.
  • 본 연구진은 빙하에 공기방울로 포집된 과거 공기를 추출하여 농도를 측정하는 방식으로 과거 대기 중의 이산화탄소 농도를 복원하였다. 기존 연구에 의하여 북반구-남반구 간의 기후변화가 해류순환에 의해서 서로 연결되었고, 대기 이산화탄소 농도는 남극온도와 함께 동일한 방향으로 변한다고 알려져 왔었다.
  • 그러나 동 연구에서 빙하코어를 고해상도 및 고정밀도 방법으로 분석한 결과, 대기 이산화탄소 농도가 북반구 저온 지속기간 또는 남극온도가 증가 정도에 따라서 또 다른 방식의 변화양상이 있다는 것을 확인하였다.
  • 동 연구에서는 남극 싸이플돔(Siple Dome) 빙하코어 시료를 이용하여 고해상도/고정밀도로 대기 농도를 복원하였다. 연구 결과, 이전에 알려진 것처럼 상대적으로 남극온도가 오랫동안 상승한 기간(그린랜드가 오랫동안 아빙기를 유지하는 기간)에는 대기 이산화탄소 농도가 증가하는 것을 확인하였다. 그러나, 이전의 저해상도 연구에서는 볼 수 없었던 것으로서, 남극온도가 짧게 상승한 기간(그린랜드가 짧게 아빙기를 유지하는 기간)에는 대기 이산화탄소 농도가 증가하지 않는다는 것이 발견되었다. 동 연구의 연구자들은 기후교란(예, 북대서양 심층수 형성의 약화)이 대기 이산화탄소 농도에 영향을 주기 위해서는 기후교란 정도가 특정 문턱을 넘어야 한다고 제시하였다.
  • 본 연구결과는 해류순환에 의한 북-남반구간 기후연결성 및 대기 이산화탄소 농도 조절기작에 대한 과학적 이해를 높이고 정확한 미래 기후변화 예측에 활용될 것으로 기대된다. 또한, 최근 남극장보고과학기지 건설과 맞물려 전개될 빙하코어를 이용한 기후변화 연구에 기여할 것으로 전망된다.
  • 화석연료의 사용으로 대기로 방출된 이산화탄소가 앞으로 어떻게 거동할 것인지에 대한 과학적 이해가 많이 부족한 상태이다. 또한, 지구온난화로 인한 해양과 육상에서의 환경변화가 대기 이산화탄소 농도에 어떻게 되먹임효과를 줄 것인가에 대해서 명확한 이해가 필요하다. 예를 들어, 지구온난화로 인해 북대서양에서의 심층수 형성이 약화될 것으로 예상하고 있는데, 이러한 심층수형성 약화가 다시 대기 이산화탄소 농도를 더 높이게 할 것인지 아니면 낮추게 될 것인지에 대한 평가가 어렵다. 이번 연구는 기후변화와 해류순환과 대기 이산화탄소 농도가 어떻게 연결되어 있는 지를 이해하는데 매우 중요한 자료로 활용될 것으로 기대된다.
  • 서울대학교 지구환경과학부 안진호교수가 주도한 본 연구는 극지연구소 국내 학연 극지연구진흥프로그램(PAP) 사업, 한국연구재단이 추진하는 일반연구자지원사업, 그리고 미국 과학재단의 지원으로 수행되었고, 연구결과는 세계적인 과학전문지 ‘네이처’ 자매지인 ‘네이처 커뮤니케이션스지(Nature Communications)’ 誌 온라인 판에 4월 30일 오전 1시(한국시간)에 게재되었다.(논문명: Siple Dome ice reveals two modes of millennial CO2 change during the last ice age)

연구비 지원 프로그램

  • 본 연구는 극지연구소 국내 학연 극지연구진흥프로그램(PAP) 사업, 한국연구재단이 추진하는 일반연구자지원사업, 그리고 미국 과학재단의 지원을 받아 수행되었다.

관련사진(연구책임자 안진호 교수 및 연구관련 사진)

서울대학교 지구환경과학부 안진호 교수
서울대학교 지구환경과학부
안진호 교수

빙하에 포집된 공기방울. 공기방울에서 공기를 추출하면 과거 대기 조성을 복원할 수 있다
그림 1. 빙하에 포집된 공기방울. 공기방울에서 공기를 추출하면 과거 대기 조성을 복원할 수 있다 (서울대학교 빙하/고기후 연구실 제공).

남극 빙하코어 시추지역. 빨간색은 동 연구에 사용된 싸이플돔(Siple Dome) 빙하코어 시추지역, 파란색은 최근 완공된 장보고과학기지를 보여준다.
그림 2. 남극 빙하코어 시추지역. 빨간색은 동 연구에 사용된 싸이플돔(Siple Dome) 빙하코어 시추지역, 파란색은 최근 완공된 장보고과학기지를 보여준다.

과거 대기 이산화탄소 농도 복원을 위한 빙하코어 공기 추출장치 (서울대학교 빙하/고기후 연구실 제공).
그림 3. 과거 대기 이산화탄소 농도 복원을 위한 빙하코어 공기 추출장치 (서울대학교 빙하/고기후 연구실 제공).

과거 대기 메탄 농도 복원을 위한 빙하코어 공기 추출장치 (서울대학교 빙하/고기후 연구실 제공).
그림 4. 과거 대기 메탄 농도 복원을 위한 빙하코어 공기 추출장치 (서울대학교 빙하/고기후 연구실 제공).

시추 드릴과 빙하코어
그림 5. 시추 드릴과 빙하코어(자료출처: http://www.waisdivide.unh.edu/)

해류순환 모식도. 빨간색은 표층수, 파란색은 심층수의 흐름을 나타낸다. 노란 타원은 심층수가 형성되는 지역을 표시한다. 북대서양에서 심층수 형성이 차단되면, 남반구에서 북반구로 해양에 의한 열 수송이 차단되에 북대서양 인근 온도는 하강하고 남대서양 온도는 상승하게 된다. 그림출처: Kuhlbrodt et al. (2007, Review of Geophysics)
그림 6. 해류순환 모식도. 빨간색은 표층수, 파란색은 심층수의 흐름을 나타낸다. 노란 타원은 심층수가 형성되는 지역을 표시한다. 북대서양에서 심층수 형성이 차단되면, 남반구에서 북반구로 해양에 의한 열 수송이 차단되에 북대서양 인근 온도는 하강하고 남대서양 온도는 상승하게 된다. 그림출처: Kuhlbrodt et al. (2007, Review of Geophysics)

빙하코어를 이용하여 복원한 최근 빙하기 동안의 그린랜드 온도변화(a), 메탄농도(b), 이산화탄소 농도(c), 그리고 남극온도(d) 변화 (Ahn and Brook, 2014, 본 연구자료)
그림 7. 빙하코어를 이용하여 복원한 최근 빙하기 동안의 그린랜드 온도변화(a), 메탄농도(b), 이산화탄소 농도(c), 그리고 남극온도(d) 변화 (Ahn and Brook, 2014, 본 연구자료)

최근 빙하기 동안 남극온도 변화(가로축)와 대기 이산화탄소 농도 변화(세로축). 가로축 온도변화는 수소동위원소값 변화로 표시되어 온도 절대량 변화와는 차이가 있음. (Ahn and Brook, 2014, 본 연구자료)
그림 8. 최근 빙하기 동안 남극온도 변화(가로축)와 대기 이산화탄소 농도 변화(세로축). 가로축 온도변화는 수소동위원소값 변화로 표시되어 온도 절대량 변화와는 차이가 있음. (Ahn and Brook, 2014, 본 연구자료)