표층은 뜨겁게, 심층은 차갑게

국제 학술지 네이처 클라이밋 체인지(Nature Climate Change)에 발표된 연구에 따르면, 주요 경계 해류에서 떨어져 나오는 회오리 형태의 해류인 해양 소용돌이(에디, eddy)가 기후변화로 인해 점점 강해지면서, 아프리카 남부 연안의 아굴라스 해류(Agulhas Current) 인근 해역의 온도 극단 현상을 심화시키고 있다. 해수면 온도는 세계 평균보다 3~4배 빠른 속도로 상승하는 반면, 심층수는 오히려 냉각되는 이중적 현상이 관측됐다.

마이애미대학교 로젠스티엘 해양·대기·지구과학대학의 리사 빌(Lisa Beal) 교수가 남아프리카 연구진과 공동으로 수행한 이번 연구는 아굴라스 해류에 설치된 계류 장치를 통해 2년간 수집한 데이터를 분석한 결과다. 연구진은 소용돌이가 열과 염분을 해류 중심부로 수렴시키면서 인접 연안의 해수를 냉각시키고, 동시에 해류를 더 넓게 층화(stratification)시킨다는 사실을 밝혀냈다.

왜 이게 중요한가

아굴라스 해류는 남반구에서 가장 강력한 서안 경계류(western boundary current) 중 하나로, 남아프리카 동쪽 해안을 따라 극지방을 향해 흐르는 좁고 빠른 해류다. 전 지구적 해양 순환, 이른바 '기후 컨베이어 벨트'의 핵심 구성 요소이기도 하다.

연구에 따르면 소용돌이의 강화는 이 해류 구조를 두 가지 방식으로 변형시킨다. 해류 안쪽 가장자리에서는 약 10킬로미터(km) 규모의 전선 불안정성이 빈번하게 발생하며, 차갑고 영양분이 풍부한 심층수를 연안으로 끌어올리는 용승(upwelling) 현상을 일으킨다. 반면 해류 바깥쪽에서는 약 100km 규모의 곡류(meander)가 따뜻한 물을 연안 방향으로 밀어낸다.

이로 인해 표층과 심층 사이의 수온 차가 극단적으로 벌어지는 수온 층화가 심화되고 있다. 이는 단순히 수온 변화의 문제가 아니다. 연안 어장을 유지하는 생태계 순환, 남아프리카 지역의 여름철 강수량과 폭염, 나아가 인도양 전반의 기상 패턴에까지 영향을 미칠 수 있다는 점에서 파급력이 크다.

빌 교수는 이 소용돌이가 일으키는 현상을 "숨겨진 용승(hidden upwelling)"이라고 표현했다. 전체 해류의 강도는 안정적으로 유지되고 있어 위성 관측만으로는 이 현상을 포착하기 어렵기 때문이다. 겉으로는 평온해 보이는 해류 내부에서 열 재분배가 조용히 진행되고 있다.

이전과 무엇이 달라졌나

이번 연구의 핵심 발견 중 하나는 해류 강도의 안정성이 연안 해역의 안전을 보장하지 않는다는 점이다. 기존 기후 모델 상당수는 서안 경계류의 강도 변화에 주목해왔으나, 이번 연구는 강도가 일정하게 유지되는 가운데서도 소용돌이의 강화만으로 연안에 극단적 영향이 발생할 수 있음을 실증적으로 보여준다.

이 흐름은 언제부터?

해양 소용돌이와 기후변화의 관계에 대한 연구는 최근 수십 년간 급격히 진전됐다. 1990년대 위성 고도계(altimeter) 기술이 보급되면서 전 지구적 해양 소용돌이 관측이 가능해졌고, 2000년대 들어 서안 경계류 인근 소용돌이 활동이 증가하고 있다는 징후가 포착되기 시작했다.

2016년 전후로 발표된 복수의 연구들은 걸프 스트림(Gulf Stream), 쿠로시오 해류(Kuroshio Current), 브라질 해류(Brazil Current) 등 전 세계 주요 서안 경계류 인근에서 소용돌이 활동이 강화되고 있음을 보고했다. 이번 아굴라스 해류 연구는 이 흐름의 연장선에 있다.

기후변화로 인한 해수 온도 상승과 바람 패턴 변화가 소용돌이 에너지를 증폭시키고 있으며, 이는 단순한 지역적 현상이 아닌 전 지구적 해양 순환 체계의 구조적 변화를 반영한다. 아굴라스 해류의 경우, 남아프리카 연안의 급격한 온난화는 이미 2010년대 중반부터 위성 데이터에서 뚜렷하게 나타나기 시작했다. 이번 연구는 그 원인 메커니즘을 현장 관측으로 최초로 규명했다는 점에서 의의가 크다.

연구진은 "아굴라스 해류에서 관측된 소용돌이 강화 패턴이 걸프 스트림을 포함한 모든 아열대 서안 경계류에서 유사하게 나타날 것"이라고 밝혔다. 걸프 스트림은 북미 동부 해안과 유럽의 기후를 조절하는 핵심 해류로, 이 발언은 이번 연구가 특정 해역에 국한된 문제가 아님을 시사한다.

앞으로 어떻게 될까 [AI 분석]

이번 연구의 함의는 여러 층위에서 분석된다.

연안 생태계 및 어업: 수온 층화 심화와 용승 패턴 변화는 어종 분포와 생산성에 직접적인 영향을 미칠 가능성이 높다. 남아프리카 연안 어업은 이미 수온 변화로 인한 스트레스를 받고 있으며, 소용돌이 강화가 지속될 경우 어획량 불안정성이 증가할 가능성이 있다.

기상 패턴: 아굴라스 해류의 열 방출은 남아프리카의 여름 폭염과 강수량에 영향을 미친다고 알려져 있다. 표층 온난화가 가속될 경우, 해당 지역의 극단 기상 현상 빈도와 강도가 높아질 가능성이 있다.

기후 모델 재보정 필요성: 현재 대부분의 전 지구 기후 모델(GCM)은 소용돌이를 충분히 해상도 있게 표현하지 못한다. 이번 연구는 소용돌이의 열·염분 재분배 기능을 기후 모델에 보다 정밀하게 통합해야 할 필요성을 제기한다. 이는 미래 기후 예측의 불확실성을 줄이는 데 핵심적인 과제가 될 가능성이 높다.

글로벌 파급 시나리오: 연구진의 분석을 확장하면, 걸프 스트림 인근 소용돌이 강화가 유사한 메커니즘으로 진행될 경우, 북유럽과 북미 동부 해안의 기후 극단 현상도 심화될 가능성을 배제할 수 없다. 향후 연구는 더 많은 서안 경계류 해역에 계류 장치를 설치해 장기 데이터를 축적하는 방향으로 전개될 가능성이 높다.