그린란드 동부 빙류 관통 빙핵, 바닥암층에 도달

 (news.ku.dk)
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  • 코펜하겐대가 이끄는 국제 공동연구 EGRIP가 7년간의 시추 끝에 그린란드 동부 빙상 아래 2670m 지점의 바닥암층에 도달함
  • 깊은 빙핵이 빙류를 끝까지 관통한 첫 사례로, 해안 방향으로 미끄러지는 거대한 얼음 흐름을 직접 분석할 수 있게 됨
  • 연구진은 2670m 두께의 얼음 전체가 연 58m 속도로 블록처럼 움직이고, 젖은 진흙층 위를 흐르며 바닥에서는 얼음이 녹는다는 측정 결과를 얻음
  • 빙핵은 지난 12만 년의 기후 기록을 담고 있으며, 하부 얼음은 오늘보다 그린란드 상공 기온이 5°C 높았던 마지막 간빙기까지 거슬러 올라감
  • 그린란드 빙상 손실의 절반은 아직 충분히 이해되지 않은 빙류에서 나오므로, 이번 시추 결과는 해수면 상승 예측 모델을 개선하는 데 쓰일 수 있음

EGRIP의 빙류 관통 시추 성공

  • 코펜하겐대 빙핵 과학자들이 이끄는 국제 공동연구 EGRIP가 그린란드 동부 연구기지에서 빙상 바닥까지 시추하는 목표를 달성함
  • 7년간의 시추 끝에 2670m 두께의 얼음을 관통해 바닥암층에 도달함
  • 이번 성과는 거대한 얼음이 해안 방향으로 미끄러지는 빙류에서 깊은 빙핵을 끝까지 시추한 첫 사례임
  • 바닥에서 나온 진흙은 약 100만 년 동안 빛을 보지 못했던 물질이며, 흰빛이 빙핵 재료를 손상할 수 있어 붉은빛 아래에서 회수됨
  • 마지막 빙핵은 즉시 밀봉·냉동 처리됐고, Kangerlussuaq Airport를 거쳐 덴마크로 이동할 예정임

얼음은 어떻게 움직였나

  • 시추 결과는 빙류가 주변의 느리게 움직이는 빙상에서 떨어져 나와 얼음의 강처럼 흐른다는 점을 보여줌
  • 2670m 두께의 얼음 덩어리 전체가 하나의 블록처럼 연 58m 속도로 움직이는 것으로 측정됨
  • 이 얼음 블록은 바닥암 위의 젖은 진흙층 위에 떠 있으며, 진흙층은 유사 모래층처럼 작용해 얼음이 바닥암 위를 비교적 방해받지 않고 흐르게 함
  • 빙상 바닥 근처에서는 얼음 안에 박힌 암석과 모래가 발견됐고, 측정 결과 바닥에서 얼음이 녹고 있음
  • 이 관측은 얼음 이동 방식의 기본 이해를 바꿔 기후 모델 재보정으로 이어질 수 있음

마지막 4m와 장비 위기

  • 마지막 빙핵은 2023년 7월 21일에 시추됨
  • 최종 4m 구간은 얼음 안의 자갈 때문에 암석 코어링 시스템으로 뚫어야 했음
  • 암석 드릴이 바닥의 젖은 진흙에 걸리면서 마지막 코어와 드릴을 모두 잃을 수 있는 상황이 발생함
  • 연구진은 드릴을 빼내는 데 성공했고, 빙류를 완전히 관통한 뒤 얼음 아래에서 진흙을 확인함

2670m 길이의 기후 기록

  • 전체 빙핵은 지구 기후가 지난 12만 년 동안 어떻게 변했는지 담은 2670m 길이의 기록임
  • 바닥 쪽 얼음은 12만 년 이상 된 것으로, 마지막 간빙기까지 거슬러 올라감
  • 그 시기는 그린란드 상공의 대기 온도가 오늘보다 5°C 높았던 때임
  • 빙핵의 품질이 높아, 연구진은 마지막 빙하기 이후 11,700년 동안의 따뜻한 시기와 추운 시기, 인간 개발로 인한 인위적 변화까지 문서화할 수 있을 것으로 기대함
  • 마지막 빙핵 분석은 연구진이 코펜하겐으로 돌아오는 가을에 시작됨
  • EGRIP 빙핵은 코펜하겐 교외 Brøndby의 덴마크 빙핵 저장소에 보관되며, 이곳에는 그린란드 심부 빙핵 대부분이 함께 보관됨
  • 이전 연도에 시추된 빙핵 샘플은 30개 이상의 연구소에서 분석됐고, 첫 53편의 논문이 출판됨

이동식 캠프와 시추 기술

  • EGRIP 캠프는 이동식으로 설계됨
    • 주 건물인 “The Dome”은 스키 위에 있음
    • 나머지 장비와 인프라는 썰매 위에 있음
    • 전체 캠프는 궤도 차량으로 끌어 그린란드 빙상의 새 시추 지점으로 옮길 수 있음
  • 시추 트렌치와 과학 트렌치는 눈 아래에 구축됨
    • 지름 5m, 길이 45m 풍선을 깊이 7m 트렌치 안에서 부풀림
    • 풍선 위로 눈을 덮은 뒤 며칠 후 풍선을 빼내 시추 작업과 빙핵 분석 공간을 만듦
  • 덴마크산 드릴에는 새 전자 항법 패키지가 탑재돼, 드릴러가 빙핵 드릴의 기울기를 제어하고 같은 시추공에서 향후 반복 코어링을 할 수 있게 함

해수면 상승 예측과 국제 협력

  • 그린란드 빙상 손실은 해수면 상승의 주요 원인 중 하나이며, 그린란드의 기온이 계속 오르면서 증가할 것으로 예상됨
  • 이 손실의 절반은 그린란드의 빙류에서 나오지만, 빙류의 행동은 아직 충분히 이해되지 않음
  • 빙류가 어떻게 움직이는지에 대한 지식은 향후 해수면 상승을 이해하고 예측 정확도를 높이는 데 중요함
  • 얼음이 떨어져 나가는 것이 아니라 진흙 위를 블록처럼 미끄러진다는 관측은 재보정된 모델을 통한 해수면 예측 개선에 기여할 수 있음
  • EGRIP는 12개국이 참여한 국제 프로젝트임
    • 참여 국가는 Denmark, United States, Germany, Japan, Norway, Switzerland, China, Canada, France, South Korea, United Kingdom, Sweden임
    • 물류는 University of Copenhagen과 US National Science Foundation이 담당함
    • 600명 이상 현장 참여자 중 40% 는 EGRIP의 국제 연구 환경에서 훈련받은 젊은 과학자들임
    • Denmark는 프로젝트 예산의 55% 를 부담하는 최대 파트너임
  • 관련 정보는 EGRIP homepage에서 확인할 수 있으며, 출판물 목록은 EGRIP Publications에 있음

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Hacker News 의견들

  • 중요한 프로젝트임. 얼음 밑 진흙을 보려면 2년 기다려서 얼음이 녹게 두면 되지 않느냐는 농담도 가능하지만, 기사에 나온 “얼음이 어떻게 움직이는지에 대한 기본 이해를 재정의하므로 기후 모델을 바꿀 것”이라는 Dorthe Dahl-Jensen의 말이 핵심임
    기후과학의 상당 부분, 어쩌면 대부분은 지구 기후를 만드는 큰 구성요소들의 “영향에 대한 반응”을 설명하는 모델, 주로 미분방정식을 만드는 일임. 모델이 좋아질수록 다음에 무슨 일이 일어날지 더 잘 추정할 수 있고, 입력 변수를 마음대로 통제할 수 없는 시스템에서는 특히 필요함
    큰 미지수 중 하나는 “구름이 어디에 생기느냐”임. 온도에 따른 공기의 수분 보유 능력 이해에서 나오며, 기온 상승은 공기가 더 많은 물을 품게 하고 물은 구름 형성의 기반임. 낮은 구름은 알베도를 높여 온도를 낮추고, 높은 구름은 반거울 표면처럼 작용해 지표에서 반사된 빛을 다시 아래로 되돌려 열을 만들 기회를 한 번 더 줌
    IPCC 작업의 많은 부분이 MATLAB으로 되어 있어[1,2], 적당히 강력한 워크스테이션이 있으면 여러 초기 조건과 설정을 직접 바꿔보며 미래를 실험할 수 있음
    먼 미래가 어떻든 가까운 미래에는 더 격렬한 폭풍이 온다는 점은 변하지 않음. 폭풍은 공기·땅·바다의 온도 차이에서 에너지를 얻기 때문임
    개인적으로 흥미로운 점은 빙하기가 어떻게 시작되는지에 대한 좋은 모델이 없다는 것임. 온난화가 어느 임계점을 넘으면 구름을 만들고, 핵 없는 “핵겨울” 시나리오 같은 냉각을 유발할 수 있다는 논문들이 있지만, 핵겨울 연구가 많이 정교해진 뒤로는 요즘 출판되는 흐름상 그 시나리오는 대체로 가능성이 낮아 보임. Turco의 작업[3]과 이를 인용한 글들이 출발점으로 좋음. 연기와 그을음은 구름이 아니므로 완벽하진 않지만, 대기 중 차폐물의 축적과 확산 자체는 탄탄한 내용임
    [1] IPCC 보고서의 그래프 생성에 쓰인 일부 코드와 정보 -- https://github.com/IPCC-WG1/Chapter-9
    [2] Mathworks의 기후 데이터 도구상자 홍보 -- https://www.mathworks.com/discovery/climate-stress-testing.h...
    [3] Climate and Smoke: an Appraisal of Nuclear Winter -- https://www.science.org/doi/abs/10.1126/science.11538069

    • “구름 쪽 사람”으로서 구름이 기후에 미치는 영향, 특히 높은 구름의 온난화 효과를 조금 보태고 싶음
      모든 구름은 흰색이라 낮에는 햇빛을 우주로 반사해 지구를 식힘. 동시에 모든 구름은 적외선 영역에서는 거의 검은 물체처럼 동작하므로, 적외선으로 방출하는 에너지 양은 구름 온도에 의해 정해짐. 더 차가운 구름은 에너지를 덜 방출함
      거의 모든 구름은 그 아래 지표보다 차갑기 때문에, 맑은 날보다 우주로 나가는 적외선 에너지가 줄어듦. 이는 지구가 우주로 방출하는 에너지를 줄여 기후를 따뜻하게 만듦
      높은 구름은 낮은 구름보다 더 차가워서 온난화 효과가 더 강함. 요약하면 낮은 구름은 햇빛을 반사해 냉각하고 적외선은 많이 가두지 않아 순효과가 냉각이며, 높은 구름은 햇빛 반사 냉각보다 적외선 포획이 커서 순효과가 온난화임
    • 맥락을 잘 보태고 있지만, 기후변화가 실제로 얼마나 복잡한지 보여주기 위해 한 가지를 분명히 하고 싶음. 내 연구 대부분은 그린란드 융해와 관련돼 있고, 기사에 나온 사람들 중 일부를 알지만 eGRIP 현장에는 가본 적 없음. 다만 일주일 뒤 그 근처 그린란드에는 갈 예정임
      “가까운 미래에는 더 격렬한 폭풍이 온다”는 말은 어느 정도 맞지만 뉘앙스가 많이 필요함. 특히 북극 증폭 때문에 극지방과 적도 사이의 온도 구배는 오히려 약해지고 있음. 코로나 실험실 유출설을 믿는 성향이라면 여기서 “그러면 극단적 폭풍은 말이 안 된다”고 뛰어들 수도 있겠지만, 실제로는 상층 대기의 파동인 Rossby 파동이 더 물결치듯 변하고 있음. CO2 온난화로 늘어난 에너지가 더 강한 수송과 더 큰 변동성을 만들고 있다는 뜻이지, 항상 더 큰 구배를 만든다는 뜻은 아님. 물론 때로는 구배도 극단적일 수 있음
      기후는 결국 시간 규모와 공간 규모의 문제임. 대기에 CO2를 잔뜩 넣으면 둘 다 흐트러짐
      또 이것이 그린란드 빙상 바닥까지 판 첫 코어가 아니라는 점도 짚고 싶음. 두 번째도 아님. 일부 댓글은 그렇게 암시하는 듯함. 이런 식으로 맥락을 빼고 보도·발표하는 과학 커뮤니케이션은 별로임. 물론 중요한 작업이지만, 이전의 여러 심부 코어 시추 실험을 뒤따르며 개선하는 연구임. 이전 코어의 샘플도 아직 많이 남아 있음. 연구할 가치가 매우 크고 중요한 새 통찰을 주길 바라지만, 상당한 선행 연구 위에 올라선 작업임[1]. 제목이 모호해서 외부인이나 대중은 이 점을 이해하기 어려울 수 있음
      덧붙여 좀 독하게 말하면, IPCC의 MATLAB 코드는 인류에 대한 범죄이고 Mathworks는 정말 싫음
      [1]https://www.sciencedaily.com/releases/2021/03/210315165639.h...
    • 모델링 상당수가 Julia 쪽으로 옮겨가고 있으니, Mathworks에 돈 주기 싫다면 이런 대안도 있음: https://juliaclimate.github.io/Notebooks/
    • 긴 시간 규모의 기후 모델을 만들려면, 대상의 조성이 시간에 따라 어떤 층을 이루는지 아는 것이 매우 중요해 보임. 그래야 조성층의 흐름을 입자처럼 계산할 수 있음
      빛의 파동/입자 실험을 떠올리면 됨. 빙하·지질 규모에서는 물리적 입자 덩어리로 존재하지만 움직임은 더 파동에 가까움. 전체 덩어리 안의 물질은 입자로 포획된 방식에 따라 매달려 있고 위치하지만, 빙하 질량의 특성은 유체 파동처럼 행동하는 듯 보일 수 있음
      그래서 빙하 흐름의 시간표를 알면, 입자가 가장 많은 빙하 슬러리가 어디에 잡혀 있는지, 즉 특정 사건 때 쓸려온 광물이나 생물학적 잔여물이 어디 있는지도 예측할 수 있을지 모름
    • 현장 연구 일자리는 어떻게 얻는지 궁금함. 센서를 다루면서도 밖에 나가 작업하고 분석까지 하는 종류의 일 말임

  • 흥미로운 대목: “바닥 쪽 얼음은 12만 년 이상 되었고, 그린란드 상공 대기 온도가 오늘보다 5°C 더 따뜻했던 마지막 간빙기까지 거슬러 올라간다”

    • 지난 네 번의 간빙기 시간표도 볼 만함: https://co2coalition.org/wp-content/uploads/2021/09/104-4000...
      예상대로라면 새 빙하기로 들어가야 할 시기에도, 평균 기온이 2~3도 오를 것이라는 전망이 얼마나 비정상적인지 보여줌. 과거에 보지 못한 고온으로 치솟는 셈임
    • 12만 년 전을 맥락에 놓으면 이렇음: 17만 년 전에는 인간이 이미 옷을 입고 있었고, 12만5천 년 전은 Eemian 간빙기의 정점이었으며, 약 12만 년 전에는 뼈에 새긴 상징 사용의 가장 이른 증거일 수 있는 흔적이 있음. 7만5천 년 전에는 Toba 화산 초대형 분화가 있었고, 인간 개체군을 약 1만5천 명까지 줄였을 가능성이 있음
      https://en.wikipedia.org/wiki/Timeline_of_prehistory
      Eemian 기후는 현재의 Holocene보다 더 따뜻했던 것으로 여겨짐. 오늘날과 다른 지구 궤도 요소, 즉 더 큰 자전축 기울기와 이심률, 근일점 변화로 알려진 Milankovitch 주기가 북반구의 계절별 온도 변화를 더 크게 만들었을 가능성이 큼. 북반구 여름에는 북극 지역 온도가 2011년보다 약 2~4°C 높았음
      당시 하마는 라인강과 템스강까지 북상했고, 미국 대평원의 초원-숲 경계는 지금의 Dallas 근처가 아니라 Texas Lubbock 근처까지 더 서쪽에 있었으며, 해수면 정점은 오늘보다 6~9m 높았을 가능성이 큼
      https://en.wikipedia.org/wiki/Eemian
    • 기억이 맞다면, 현재 CO2 농도는 그때보다 더 높게 올려놓은 상태임. 그래서 온도가 잠재적으로 더 높이 치솟을 수 있다는 점이 걱정스러운 부분임
      결론은 대규모 탄소 포집이 빨리 필요하다는 것임. 순배출 제로에 도달해도 CO2가 산업혁명 이전 수준으로 내려가려면 수천 년이 걸림
      덧붙이면 “산업혁명 이전 수준” 자체에만 초점을 맞출 필요는 없고, 요점은 지금 농도가 너무 높으니 가능한 한 빨리 낮춰야 한다는 것임
    • 과학자가 아니라서 왜 이 부분이 흥미로운지 궁금함

  • 지름 10m, 깊이 2.7km처럼 보이는 구멍 사진을 안 보여준 게 믿기지 않음

    • 빙핵은 지름이 몇 인치 정도임. 기사 맨 위 사진은 시추공이 아니라 실제로 시추할 얼음에 접근하기 위해 눈 속에 판 구덩이임
      최종 빙핵 사진[1]을 보면 실제 시추공이 얼마나 작은지 알 수 있음
      [1] https://science.ku.dk/english/press/news/2023/pay-dirt-for-i...
    • 큰 구멍에는 밝은 미래가 있음
      10km 이상을 여기저기 싸게 팔 수 있는 좋은 방법을 찾는다면 손에 넣을 수 있는 것이 많을 것임. 맨틀은 두께가 2000km 이상이고, 가장 깊은 광산도 3~4km 정도임
      이 방식으로 엄청난 열도 얻을 수 있고, 어쩌면 쓰레기 처리에도 쓸 수 있음. Master Of Orion 2에는 Deep Core Mines와 Core Waste Dumps가 있었는데, 그게 길일지도 모름
    • 조금 숨겨져 있지만 “Facts about the EGRIP camp” 섹션에서 + 아이콘을 누르면 멋진 사진이 몇 장 있음
      거기서 실제 구멍은 지름 약 10cm이고, 눈 아래의 실제 시추 현장도 볼 수 있음
    • 실제로는 지름이 5cm쯤에 가까움

  • 과학 연구를 위한 큰 구멍 시추에 관심 있다면, 지진과 쓰나미 관련해서 https://usoceandiscovery.org/wp-content/uploads/2016/06/Casc...를 읽어볼 만함
    요약하면, 봉인된 시추공 안의 지구물리·수문 관측소는 지각 형성물의 수문학을 이해하는 강력한 도구이고, 체적 변형 변화에서 나오는 수문 신호를 측정하는 수단이며, 고품질 지진·측지 장비를 위한 안정적 위치를 제공함
    이 데이터는 단독으로도 유용하지만 다른 연구와 상관시킬 때도 유용함. 예를 들어 400여 년 전 미국 태평양 북서부 해안 앞바다에서 발생한 대지진(https://en.wikipedia.org/wiki/1700_Cascadia_earthquake)과 일본의 대응 쓰나미가 참고됨

  • 계산하면 시간당 약 4.3cm 속도임. 왜 이 과정이 이렇게 오래 걸리는지 설명해줄 수 있나?

    • 구멍이 깊어질수록 코어 구간을 끌어올리고 드릴을 다시 내려보내는 시간이 커짐. 여기에 짧은 현장 시즌까지 겹침. 특히 이렇게 외딴 장소에서는 수백 미터 이상 시추하는 것만으로도 물류적으로 매우 어려워짐
    • 24시간 365일 계속 진행되는 과정이 아님. 매년 시추 시즌이 있고, 아마 6~8주 정도일 것임. 두 곳의 다른 현장에서 시추했고, 팬데믹으로 중단되기도 했음
    • 종횡비가 매우 큰 구멍이라서(267:1) 펙 드릴링을 해야 하고, 끝에 쌓인 절삭 부스러기를 제거하려면 드릴비트를 끌어올리는 데 아주 오래 걸림
    • 지름 10m 구멍을 파본 적은 없지만, 아마 코어를 채취하고 연구하는 데 훨씬 더 조심했을 것임
    • 얼음층이 깊을수록 더 단단해지는 것으로 알고 있음. 표면에서는 비교적 쉽게 뚫리지만, 그 깊이에서는 강철을 뚫는 것과 비슷할 수도 있음

  • 거의 같은 깊이까지 시추한 남극 사례로는 Dome C의 EPICA가 8번의 간빙기를 보여줌[0]
    [0] https://en.wikipedia.org/wiki/European_Project_for_Ice_Corin...

  • 얼음 녹이는 슬러리 봇 설계도 가능해 보임. 시추공 바깥 지름은 열이나 레이저로 녹이고, 레이저·열을 시추 장비 앞쪽 원뿔 방향으로 쏘며, 중앙 파이프는 진공으로 두어 녹은 슬러리를 빨아올리는 방식임

    • 수 km 아래에서 슬러리를 진공으로 빨아올리기는 불가능함
    • 그렇게 하면 코어 샘플이 망가짐

  • 이론적으로 12만 년 된 냉동 동물을 온전한 DNA와 함께 찾는 게 가능할까?

    • 가능함. 얼음 속 DNA의 반감기는 백만 년이라서 충분히 가능해 보임
    • 발견된 가장 오래된 냉동 마스토돈도 3만 년 전 정도에 불과함
      이건 실제 “냉동 동물”이라기보다 모든 것이 어느 정도 섞여 있어서, 남은 조각들을 기존 염기서열과 비교해야 했던 경우임
      https://www.nytimes.com/2022/12/07/science/oldest-dna-greenl...
    • 동물도, 빙핵도 아니고 그렇게 오래된 것도 아니지만, 영구동토층 씨앗에서 고대 식물을 키워낸 적은 있음[0]. 그러니 모든 빙핵에서 무엇을 찾아 분석할 수 있을지는 모를 일임
      [0] https://www.theguardian.com/world/2012/feb/21/russian-scient...

  • 인간이 좋음. 어떻게든 시추를 시작하기로 하고, 7년 동안 포기하지 않고 자금을 얻어냈음
    우리는 미쳤지만 흥미로운 생물들임

    • 우리는 사회적 동물이기 때문임. 자신만을 위해서가 아니라, 우리가 사는 사회에 기여하기 위해서도 무언가를 하는 경향이 있음
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