온난화에 의한 빙설권의 변화

12.4.1 해빙 면적의 감소

해빙(sea ice)은 계절의 변화와 함께 확장과 축소의 과정을 되풀이한다. 봄철에 태양의 고도가 높아지면 녹기 시작해서 여름 동안 계속 축소된다. 가을이 되면 해빙의 범위가 최소가 된 후 태양 복사량이 감소하고 기온이 내려가면 또 다른 해빙이 형성되면서 면적이 확대된다. 북극 해빙의 면적은 3월에 최대가 되고 9월에 최소가 되지만, 남극의 해빙은 남반구에서 겨울철인 9월에 최대로 확장하고 여름철인 2월이나 3월에 최소 범위로 축소된다. 1979년 이후 북극 해빙은 여름에 소멸하는 면적이 겨울에 생성되는 면적보다 더 크다. 해빙의 10년 주기 변화 경향에 따르면 최소로 축소되는 면적은 10~15%씩 증가하는 데 반해, 최대로 확장되는 면적은 2~3%씩 감소한다. 이는 최근 들어 여름철에 소멸하는 범위가 급격하게 확대되고 있음을 말해준다. 해빙이 융해되고 바닷물의 면적이 넓어지면 해면에서 흡수하는 태양 복사 에너지의 양이 증가한다. 이에 따라 수온이 상승하고 해빙의 면적이 더욱 감소하는 선순환 효과가 나타난다.

북극과 남극을 중심으로 하는 해빙 면적의 변화는 공히 온실가스의 농도 증가에 기인하지만 다른 양상으로 나타나고 있다. 2014년 겨울철 북극의 해빙은 1979년 이후 다섯 번째로 작은 면적을 보였으며, 거의 모든 지역과 계절에 걸쳐 축소되고 있다. 반면에, 여름철 남극의 해빙은 1979년 이후 네 번째로 큰 면적을 보였으며, 매년 미소 규모로 확장되고 있다.

12.4.2 적설 면적의 감소

눈은 지구의 기후시스템에 있어서 하나의 중요한 부분이며, 적설 면적(snow cover)은 빙설 권의 가장 큰 요소로 지역적인 기상 패턴에 많은 영향을 미친다. 눈은 0.4~0.95의 알베도를 갖고 입사 태양 복사의 절반 이상을 반사하기 때문에, 지구의 에너지 수지에 영향을 미치고 음의 복사강제력으로 작용한다. 눈은 절연 담요(insulating blanket) 역할을 하는 열적 특성을 갖고 있기 때문에, 눈을 경계 아래에 놓여 있는 지표면과 대기 사이에 이루어지는 열의 순환을 억제하기도 한다. 

눈 덮인 대륙의 면적은 지구 온난화의 영향으로 매년 감소하고 있다. 이는 봄철 눈이 녹는 시기가 빨라지고 겨울철 눈이 내리는 시기가 늦어지는 동시에 적설량이 적어지기 때문이다. 적설 면적은 11~12월을 제외한 모든 달에 감소하지만 봄과 여름에 그 정도가 심하다. 1967년부터 2012년까지 관측한 북반구 봄철(3~4월)의 평균 적설 면적은 1.6% / 10년, 6월의 평균 적설 면적은 11.7% / 10년 정도로 감소한다. 21세기말 북반구 봄철의 평균 적설 면적은 1986년~2005년 동안의 평균 적설 면적 대비, 7%(RCP 2.6)로부터 13%(RCP 4.5), 15%(RCP 6.0) 및 25%(RCP 8.5)까지 감소할 것으로 전망된다. 북반구 적설 면적의 변화로 겨울철에 최대이고 여름철에 최소임을 보여준다.

 

12.4.3 동토 면적의 감소

동토(frozen land)는 암반이나 토양 또는 자갈 사이의 물이 어는 현상으로, 이때 형성되는 공극 빙(pore ice)은 과거의 기후변화를 간접적으로 추정할 수 있는 고온도계(paleo-thermometer)로 사용될 수 있다. 동토에는 영구적으로 얼어있는 영구동토(permafrost)와 계절적으로 변화하는 계절 동토(seasonally frozen ground)가 있다. 영구동토는 근지 표면의 토양이나 암석층이 적어도 2년 이상 0℃ 이하의 온도를 유지하면서 여름철의 가열 현상이 동토의 맨 하부에 도달하지 않는 땅을 말하고, 계절 동토는 겨울철에 연간 15일 이상 어는 땅으로 결빙과 해빙을 반복한다. 현존하는 영구동토의 대부분은 마지막 빙하기(Last Ice Age)에 형성되어 홀로세 기후 최적기(Holocene max)와 중세 온난기(Medieval Warm Period)를 버텨온 것들과 17세기 중반이 절정이었던 소빙하기(Little Ice Age)에 생성된 것으로 보고 있다. 

일반적으로 영구동토는 지리적 연속성에 의해 연속 대(continuous permafrost), 불연속 대(discontinuous permafrost), 선발대(sporadic permafrost) 및 격리대 (isolated permafrost)로 분류된다. 연속 대는 대상 지역의 90~100%, 불연속 대는 50~90%, 선발대는 10~50% 그리고 격리대는 10% 미만이 동토로 구성된 경우를 말한다. 북극 영구동토의 표층 온도는 1980년대 이후 3℃까지 상승하였다. 알래스카 영구동토의 기반 부는 1992년 이후 4cm/ 년, 티베트 고원의 경우는 1960년대 이후 2cm/년 정도 녹고 있다. 1901년부터 2002년까지 북반구 계절 동토의 면적 감소 폭은 월간 약 7%이었고, 봄철에는 15%에 달했다. 모델 예측에 따르면, 21세기말의 근 지표면 영구동토층(연속 대와 불연속 대)은 1986년 ~2005년 동안의 평균 동토 면적에 대비, 37%(RCP2.6)로부터 51%(RCP 4.5), 58%(RCP6.0) 및 81%(RCP 8.5)까지 감소할 것으로 전망된다.