[사이언스 데일리] 5000만 년 전, 카우보이 주 (와이오밍 주의 별칭) 에는 악어들이 어슬렁거리고 있었다. 화석 기록을 보면 악어는 백악기와 에오세에 와이오밍 남서부에서 캐나다 남쪽에 이르기까지 야자나무 그늘에서 느긋하게 지내고 있었다는 것을 알 수 있다. 북아메리카대륙의 한가운데 — 바다에 접해있지도 않아서 바다 덕분에 따뜻해질 수도 없는 곳 — 에 위치한 장소가 겨울에도 온화한 기후를 유지했는지 과학자들도 오랫동안 이해하지 못했다.

(2015년 9월 2일 사이언스 데일리 기사 번역)

정보출처: 하버드대학 공학및응용과학부

1980-1999 년의 표면 대기 기온과 2080-2099 년의 기온 변화 예측치를 보여주는 그림. Credit: Timothy Cronin

5000만 년 전, 카우보이 주 (와이오밍 주의 별칭) 에는 악어들이 어슬렁거리고 있었다. 화석 기록을 보면 악어는 백악기와 에오세에 와이오밍 남서부에서 캐나다 남쪽에 이르기까지 야자나무 그늘에서 느긋하게 지내고 있었다는 것을 알 수 있다. 북아메리카대륙의 한가운데 — 바다에 접해있지도 않아서 바다 덕분에 따뜻해질 수도 없는 곳 — 에 위치한 장소가 겨울에도 온화한 기후를 유지했는지 과학자들도 오랫동안 이해하지 못했다.

최근 수십 년 동안 연구자들은 와이오밍과 비슷한 북아메리카와 아시아의 고위도 지역이 다른 곳에 비해 훨씬 빨리 따뜻해지고 있다는 것을 알게 되었다.

하버드 공학 및 응용과학부와 하버드대학 환경센터(HUCE)의 연구자들이 수행한 새로운 연구에 따르면 북극 지방의 기온이 올라가면서 낮은 고도의 구름이 증가하고, 이것이 고위도 지역에서 겨울 동안 온난화 효과를 증폭시킬 수 있다고 한다. 이러한 메커니즘이 과거는 물론 미래에도 대륙 내부 지역에서 겨울에 온난화가 일어나는 것에 대한 설명을 제공해 줄 수 있다.

HUCE 의 박사후 연구원인 티모시 크로닌과 하버드 해양 및 응용물리학, 그리고 지구행성과학과 교수인 엘리 지퍼만이 최근 이에 대한 모델을 ‘미국 국립과학원회보(Proceedings of the National Academy of Science)’ 에 발표했다.

캐나다와 미국 북부에 사는 대부분의 사람들은 북극에서 내려오는 공기가 얼마나 차가운지 잘 알고 있다. 차디찬 북극기단은 고위도의 바다 위에 있던 그렇게까지 차갑지는 않던 공기가 겨울 동안 해가 비치치 않는 북극 위를 이동하면서 만들어진다. 북극기단은 열을 바깥으로 발산하면서 얼음과 눈으로 덮인 표면에서 급격히 식어서 정신이 번쩍 들 만큼 차가운 공기가 된 후 남쪽으로 이동한다.

크로닌과 지퍼만이 던진 질문은 단순했다. 만일 고위도 지방의 바다가 훨씬 따뜻했다면 바다 위에서 시작해 대륙으로 이동하게 될 북극기단이 어느 정도 빠르게 형성되는가 하는 질문이었다. 현재 해수 표면 온도는 어는 점인 섭씨 0 도에 가깝다. 공기기둥이 하나 있는 단순화된 모델을 이용해 크로닌과 지퍼만은 해수 표면 온도를 에오세와 백악기 동안의 온도와 비슷한 섭씨 20도로 높여 보았다. 이들의 시뮬레이션에서 공기기둥이 북극 위를 이동하며 냉각되었을 때 낮은 고도에 두꺼운 구름이 형성되었다. 이 구름은 단열재처럼 작용해 냉각 과정을 눈에 띄게 늦춰주었다.

시작점에서 온도를 20 도 올렸지만 시뮬레이션이 끝날 무렵 표면 대기 온도는 40 도나 더 높았다.

“고위도의 구름이 표면의 온도를 높여주는 효과가 강력합니다.” 크로닌의 말이다. “맑은 날 밤에 비해 구름이 많은 밤에 공기가 냉각되는 속도가 느려진다는 것은 다들 알고 있습니다. 그것과 동일한 과정입니다. 온난화 덕분에 낮은 고도에 형성된 구름은 북극 기단의 형성을 늦춰주게 됩니다. 만일 태평양이 아주 따뜻했다면 낮은 고도의 구름 때문에 이 기단이 북아메리카에 도달할 때까지 표면 온도가 어는 점 아래로 떨어지지도 않게 유지될 수 있을 겁니다.”

이러한 단열효과는 차디찬 북극 기단이 거의 형성되지 못하도록 억제할 수도 있으며, 와이오밍에 악어가 살았던 것을 설명할 수 있으리라고 크로닌은 말한다. 고위도의 지표면에서 공기가 냉각되는 속도가 느려지게 되면 최근에 볼 수 있었던 것처럼 중위도 지방에서 극단적으로 추워지는 일도 훨씬 더 적게, 약하게 나타날 것이다. 최근 보스턴의 겨울은 예외로 하고.

공기기둥 하나 짜리 모델은 상대적으로 단순하고 빨리 실행할 수 있는 것이었기 때문에 연구팀은 넓은 범위의 바다 표면 온도 초기값과 구름 형성 모델에서 여러 가지 다른 가정들을 이용해 시뮬레이션을 해볼 수 있었다. 온난화로 인해 낮은 고도의 구름이 늘어나게 되면 북극 기단의 형성이 느려진다는 이들의 발견은 전반적으로 넓은 범위의 온도 초기값 및 구름 형성 모델의 가정에 걸쳐 참인 것으로 나타났다.

연구의 다음 단계는 이 계의 더 복잡한 모델을 살펴보는 것이다.

“겨울 동안 바다의 얼음이 줄어든 것과 같이 기후 변화와 관련된 요인들을 추가하면 향후에는 북극 기단의 형성이 더 강하게 억제되는 것을 볼 수 있을지도 모르빈다.” 크로닌의 말이다.

이 연구는 미국 해양대기청(NOAA)의 기후 및 지구 변화 박사후 장학금, 하버드대학 환경센터, 그리고 미국 국립과학재단의 지원으로 이루어졌다.

참고문헌

Timothy W. Cronin, Eli Tziperman. Low clouds suppress Arctic air formation and amplify high-latitude continental winter warming. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2015; 201510937 DOI: 10.1073/pnas.1510937112

카테고리:번역, 사이언스 데일리, 신생대, 현생, 지질학

태그:북극기단, 기후변화, 지구온난화