지구 온난화가 인도양과 태평양 사이의 400년 된 연결을 깨뜨리다

인도양의 기후 조건은 일반적으로 태평양의 흐름을 따라가는데, 과학자들은 이 관계를 결합(coupling)이라고 부릅니다. 1980년대 이후 연구자들은 이 관계가 무너지고 있음을 관찰해 왔으며, 이러한 변화는 기후 변화와 관련이 있는 것으로 여겨집니다. Nature Communications에 발표되고 우즈홀 해양연구소(Woods Hole Oceanographic Institution, WHOI) 연구자들이 주도한 한 연구는, 현대 관측 기록이 100년도 채 되지 않기 때문에 이 단절이 실제로 얼마나 이례적인지를 밝히고자 했습니다.

더 긴 시간대를 확보하기 위해 WHOI 연구팀은 과거 기후 조건을 기록한 자연 아카이브인 산호, 나무 나이테, 그리고 동굴 안에서 오랜 시간에 걸쳐 쌓이는 광물 형성물인 석회 기둥(stalagmite)에 주목했습니다. 이러한 고기후(paleoclimate) 아카이브를 통해 연구자들은 인도양과 태평양의 기후 조건을 1600년대 초반, 즉 약 400년 전까지 복원할 수 있었습니다. 여기에 지난 천 년을 포괄하는 컴퓨터 기후 시뮬레이션을 결합함으로써, 연구팀은 오늘날의 단절을 과거에 기록된 모든 단절 사례와 비교할 수 있었습니다.

복원 결과에 따르면 두 대양 유역은 지난 400년 중 대부분의 기간 동안 대체로 결합 상태를 유지했으며, 이는 현대 관측 자료가 이미 시사하던 바와 일치합니다. 그러나 1810년에서 1850년에 이르는 한 이전 시기에는 그 관계가 눈에 띄게 다른 모습을 보였습니다.

연구자들은 1810~1850년의 단절을 일련의 대규모 열대 화산 폭발과 연결짓습니다. 대규모 화산 폭발은 대기 중으로 황 입자를 뿜어내어 이후 수년간 전 지구적 기온과 순환 패턴을 바꿀 수 있으며, 이 연구의 기후 모델 시뮬레이션은 이러한 화산 폭발이 그 시기 인도양-태평양 관계의 이례적인 양상을 일으켰다는 견해를 뒷받침합니다. 개별 화산 폭발이 태평양이 인도양에 미치는 영향을 얼마나 약화시켰는지는 폭발의 강도와 당시 이미 존재하던 기후 조건에 따라 달랐습니다.

WHOI의 시니어 과학자이자 이 연구의 공동저자인 Caroline Ummenhofer는 "이 연구는 태평양과 인도양 사이의 연결 단절을 과거 기후 증거, 현대 관측 자료, 그리고 기후 모델을 함께 활용해 살펴본 최초의 연구 중 하나입니다"라고 말했습니다. WHOI의 전 대학원생이자 박사후연구원으로 현재 University of Colorado Boulder에 재직 중인 주저자 Shawn Wang은, 고기후 증거와 모델링 증거를 함께 활용함으로써 연구자들이 오늘날의 변화가 이례적이라는 점을 더 확신 있게 말할 수 있게 되었다고 밝혔습니다. "우리가 가진 현대 데이터는 제한적이고 충분히 먼 과거까지 거슬러 올라가지 않습니다. 기후 모델과 고기후 기록을 통해, 우리는 지금 목격하고 있는 최근의 변화가 실제로 상당히 예외적이라는 것을 더 확신 있게 말할 수 있게 되었습니다."

이 연구에 따르면 19세기 사례와 오늘날의 핵심적인 차이는 그 원인에 있습니다. 화산 폭발은 대기 중 입자가 가라앉으면 사라지는 일시적인 단절을 일으킵니다. 반면 인간이 유발한 온실가스 배출은 연구자들이 전례 없고 "예외적"이라고 부르는, 400년 기록 전체에서 선례를 찾을 수 없는 단절을 일으키고 있습니다. Ummenhofer는 "핵심적인 발견은 지구 온난화와 인간이 유발한 배출이 이제 태평양이 인도양에 미치는 자연적인 영향력을 압도하고 있다는 것입니다"라고 말했습니다.

이 지점은 인도양 자체가 얼마나 빠르게 온난화되고 있는지에 관한 별도의 연구 흐름과 연결됩니다. Indian Institute of Tropical Meteorology의 M. K. Roxy와 C. Gnanaseelan을 비롯한 연구자들이 저술한 Springer 저서의 한 챕터에 따르면, 열대 인도양은 1951년에서 2015년 사이에 약 1.0°C 온난화되었으며, 이는 같은 기간 전 지구 평균 해양 온난화인 약 0.7°C보다 빠른 속도입니다. 이 자료는 이러한 온난화 경향의 약 90%가 인간이 유발한 배출에 기인한다고 높은 확신도로 밝히고 있습니다. 별도로, 태평양 기후에 대한 인도양의 영향을 다룬 PubMed Central의 한 연구는 인도양이 최근 수십 년간 열대 태평양보다 2~3배 빠르게 온난화되고 있음을 발견했지만, 이러한 더 빠른 온난화의 정확한 원인은 아직 불분명하다고 밝혔습니다.

WHOI의 명예연구원이자 이 연구의 공동저자인 Delia Oppo는 이 결과를 인도양이 독자적으로 작용할 수 있다는 증거로 해석합니다. "인도양은 거대한 열 저장고이며, 태평양이 하는 일과 분리되어 작동할 수 있습니다"라고 그는 말했습니다. "이 연구의 결과는 인도양의 독립적인 행동을 뒷받침해 줍니다."

다른 최근 연구들도 두 대양 유역 사이의 연결에서 관련된 변화들을 지적하고 있지만, 이들은 WHOI 논문과는 다른 메커니즘과 시간 규모를 다룹니다. Frontiers in Marine Science에 발표된 한 연구는, 태평양의 대표적인 연 단위 온난화-냉각 순환인 엘니뇨-남방진동(El Niño-Southern Oscillation, ENSO)과, 인도양에서 이와 유사하게 warm 구역과 cool 구역이 대치하는 패턴인 인도양 다이폴(Indian Ocean Dipole) 사이의 관계가 2000년 이후 급격히 약화되었음을 발견했습니다. 두 현상 사이의 상관관계는 2000년 이전 0.76에서 이후 0.53으로 떨어졌으며, 이 연구는 이러한 약화의 상당 부분을 다이폴의 서쪽이 아니라 동쪽의 변화에 귀속시킵니다.

Nature의 npj Climate and Atmospheric Science에 실린 별도의 모델링 연구는, 태평양의 조건이 인도양 분지 모드(Indian Ocean Basin mode)와 인도양 다이폴이라는 두 가지 인도양 패턴의 연간 변동성을 강하게 좌우한다는 것을 발견했습니다. 연구자들이 모델에서 태평양의 영향을 차단했을 때, 두 인도양 패턴의 절정기 계절 변동은 각각 약 38%와 23% 감소했습니다. 이러한 결과들은 WHOI 연구와는 다른 측면의 인도양-태평양 결합을 다룹니다. WHOI 연구는 ENSO와 다이폴의 짧은 연간 순환보다는 더 긴 시간대에 걸친 유역 전체의 공동 변동성에 초점을 맞추고 있지만, 이 두 연구를 종합해 보면 두 대양 사이의 관계가 여러 방면에서 변화하고 있음을 알 수 있습니다.

과학자들은 인도양과 태평양 사이의 역사적인 연결을 미래의 강우 및 기타 기후 패턴을 예측하는 데 활용해 왔는데, 이는 과거 연구들이 흔히 두 대양 유역을 각각 별도로 다뤄왔기 때문입니다. 이 연결이 약화되거나 끊어지면 그러한 예측의 신뢰도가 낮아집니다. 인도양이 계속 태평양의 흐름을 따라갈 것이라는 가정 위에 세워진 예측이 더 이상 유효하지 않을 수 있기 때문입니다. WHOI 연구자들은 자신들의 연구를 고기후 증거, 현대 관측 자료, 그리고 모델을 결합해 이 특정한 단절을 살펴본 최초의 연구 중 하나라고 설명하며, 이는 이 관계의 다른 측면들도 여전히 탐구되어야 함을 시사합니다.

여기서 검토한 자료들 안에서도 여러 미해결 질문이 남아 있습니다. PubMed Central의 연구는 태평양에 비해 인도양이 최근 더 빠르게 온난화되는 정확한 원인이 여전히 불확실하다고 밝혔습니다. Springer 챕터 역시 1950년대 이후 인도양 온난화의 90% 이상이 인간이 유발한 배출에 기인하지만, 온난화의 지역적 패턴을 형성하는 기저의 해양 역학과 열 재분배 과정은 아직 규명 중이라고 밝히고 있습니다. ENSO-다이폴 약화와 태평양-인도양 결합에 관한 이 별도의 발견들이 WHOI 연구팀의 400년 고기후 결과와 어떻게 연결되는지는, 여기서 다룬 어떤 단일 자료에서도 다뤄지지 않았습니다.