빙하 이동의 이해: 전 지구적 관점

거대한 얼음의 강인 빙하는 우리 행성의 역동적인 지형입니다. 빙하는 정적인 덩어리가 아니라 중력과 환경 조건에 반응하여 끊임없이 움직이는 질량체입니다. 빙하 이동을 이해하는 것은 지구의 기후 시스템, 지형 발달, 그리고 기후 변화가 수자원과 해수면 상승에 미치는 영향을 파악하는 데 매우 중요합니다.

빙하란 무엇인가?

빙하 이동에 대해 자세히 알아보기 전에 빙하를 구성하는 요소를 정의하는 것이 중요합니다. 빙하는 다년간에 걸쳐 형성되고 자체 무게로 움직이는 얼음, 눈, 그리고 만년설(적어도 한 번의 여름 융해기를 거친 부분적으로 압축된 눈)의 영구적인 질량체입니다. 빙하는 호주를 제외한 모든 대륙에서 극지방부터 고산지대까지 발견됩니다.

빙하의 주요 특징은 다음과 같습니다:

• 크기와 두께: 빙하의 크기는 작은 권곡 빙하에서부터 수천 평방 킬로미터를 덮고 두께가 수 킬로미터에 이르는 거대한 빙상에 이르기까지 다양합니다.
• 얼음 형성: 빙하 얼음은 시간이 지남에 따라 눈이 압축되고 재결정화되어 형성됩니다. 눈이 쌓이면서 아래층을 압축하여 눈 결정체를 더 밀도가 높은 만년설로, 결국에는 빙하 얼음으로 변형시킵니다.
• 이동: 자체 무게로 흐를 수 있는 능력은 빙하의 결정적인 특징입니다.
• 질량 수지: 빙하는 축적(강설)을 통해 질량을 얻고 삭마(융해, 승화, 분리)를 통해 질량을 잃습니다. 축적과 삭마 사이의 균형은 빙하가 전진하는지, 후퇴하는지, 또는 평형 상태에 있는지를 결정합니다.

빙하 이동의 메커니즘

빙하는 크게 다음과 같이 분류되는 과정의 조합을 통해 이동합니다:

• 내부 변형
• 기저부 활주

내부 변형

크리프(creep)라고도 알려진 내부 변형은 빙하 내의 얼음 결정이 중력의 힘으로 변형되고 서로 미끄러지는 과정입니다. 내부 변형 속도는 여러 요인에 의해 영향을 받습니다:

• 온도: 따뜻한 얼음은 차가운 얼음보다 더 변형되기 쉽습니다. 빙하 내의 온도 구배는 내부 변형 속도에 영향을 미치며, 더 따뜻한 기저부 얼음이 더 쉽게 변형됩니다.
• 얼음 두께: 위에 쌓인 얼음의 무게는 얼음 결정에 가해지는 압력을 증가시켜 변형을 촉진합니다. 더 두꺼운 빙하는 더 큰 내부 변형 속도를 보입니다.
• 얼음 결정 방향: 얼음 결정의 방향은 변형의 용이성에 영향을 미칩니다. 변형에 유리한 방향으로 정렬된 얼음 결정은 빙하 이동에 더 많이 기여합니다.

옆에서 밀리는 카드 덱을 생각해보세요. 카드들이 서로 미끄러집니다. 빙하에서는 얼음 결정이 이 카드의 역할을 합니다.

기저부 활주

기저부 활주는 빙하가 그 기반 위에서 미끄러질 때 발생합니다. 이 과정은 얼음-기반 경계면에 물이 존재함으로써 촉진됩니다. 이 물의 출처는 다음과 같습니다:

• 압력 융해: 위에 쌓인 얼음의 압력이 물의 녹는점을 낮추어 기반의 얼음이 녹게 합니다.
• 지열: 지구 내부의 열이 빙하 기반의 얼음을 녹일 수 있습니다.
• 표면 융해수: 빙하 표면의 융해수가 크레바스와 물랭(수직 통로)을 통해 기반으로 스며들 수 있습니다.

물이 존재하면 빙하와 기반 사이의 마찰이 줄어들어 빙하가 더 쉽게 미끄러질 수 있습니다. 기저부 활주 속도는 다음과 같은 요인에 의해 영향을 받습니다:

• 수압: 높은 수압은 마찰을 줄이고 활주 속도를 증가시킵니다.
• 기반의 거칠기: 매끄러운 기반은 더 쉬운 활주를 가능하게 하는 반면, 거친 기반은 마찰을 증가시킵니다.
• 퇴적물: 기반에 퇴적물이 있으면 그 특성에 따라 활주를 촉진하거나 방해할 수 있습니다.

기저부 활주는 하루에 수 미터의 속도로 움직일 수 있는 빠르게 흐르는 빙하와 빙류에 특히 중요한 메커니즘입니다.

빙하 흐름의 유형

내부 변형과 기저부 활주가 빙하 이동의 기본 메커니즘이지만, 빙하는 그 특성과 환경 조건에 따라 다양한 흐름 행동을 보입니다. 여기에는 다음이 포함됩니다:

• 층류
• 플러그 흐름
• 확장 및 압축 흐름
• 빙하 서지

층류

층류는 얼음 층이 섞이지 않고 부드럽게 서로 미끄러질 때 발생합니다. 이 유형의 흐름은 상대적으로 유속이 낮은 차가운 빙하에서 일반적입니다. 층류의 속도 분포는 기반과의 마찰 때문에 기반의 얼음이 표면의 얼음보다 더 느리게 움직이는 특징을 가집니다.

플러그 흐름

플러그 흐름은 빙하 전체가 상당한 내부 변형 없이 단일 블록으로 움직일 때 발생합니다. 이 유형의 흐름은 상대적으로 매끄러운 기반과 높은 수압을 가진 빙하에서 흔합니다. 플러그 흐름의 속도 분포는 층류보다 더 균일하며, 표면과 기반의 얼음이 비슷한 속도로 움직입니다.

확장 및 압축 흐름

확장 및 압축 흐름은 빙하 기반의 경사가 변하는 지역에서 발생합니다. 기반 경사가 증가하는 지역(확장 흐름)에서는 빙하가 늘어나고 얇아집니다. 기반 경사가 감소하는 지역(압축 흐름)에서는 빙하가 압축되고 두꺼워집니다. 이러한 흐름 패턴은 확장 지역에 크레바스(얼음의 깊은 균열)를, 압축 지역에 오자이브(빙하 표면의 띠무늬)를 만들 수 있습니다.

크레바스는 얼음의 인장 응력이 그 강도를 초과하는 곳에서 형성됩니다. 이는 등반가와 연구자에게 위험할 수 있습니다.

빙하 서지

빙하 서지는 빙하 흐름이 급격히 가속되는 기간으로, 이 동안 빙하는 하루에 수십 또는 수백 미터의 속도로 움직일 수 있습니다. 서지는 일반적으로 빙하 기반의 수압 축적에 의해 촉발되며, 이는 마찰을 줄여 빙하가 빠르게 미끄러지도록 합니다. 서지를 유발하는 정확한 메커니즘은 아직 연구 중이지만, 물 공급의 변화, 기반 지형, 얼음 두께와 같은 요인이 역할을 하는 것으로 생각됩니다.

가장 잘 기록된 서지형 빙하 중 하나는 알래스카의 배리게이티드 빙하로, 수십 년간의 정체기 후 1995년에 대규모 서지를 겪었습니다. 이 서지로 인해 빙하의 기하학적 구조와 흐름 패턴에 상당한 변화가 있었습니다.

빙하 이동에 영향을 미치는 요인

많은 요인이 빙하 이동의 속도와 방식에 영향을 미칩니다. 여기에는 다음이 포함됩니다:

• 기후
• 지형
• 지질
• 빙하 크기와 두께

기후

기후는 빙하 이동의 주요 동인입니다. 온도와 강수량의 변화는 빙하의 질량 수지에 영향을 미치며, 이는 다시 유속에 영향을 줍니다. 따뜻한 온도는 융해를 증가시키고 축적을 감소시켜 빙하가 얇아지고 후퇴하게 합니다. 반대로, 서늘한 온도와 증가된 강수량은 축적을 증가시키고 빙하를 전진시킵니다.

기후 변화의 영향은 전 세계적으로 나타나고 있습니다. 예를 들어, '아시아의 물탑'으로 불리는 히말라야의 빙하는 기온 상승으로 인해 급속히 녹고 있습니다. 이는 이 지역의 수자원과 농업에 중대한 영향을 미칩니다.

지형

빙하가 흐르는 땅의 지형은 그 움직임에 영향을 미칩니다. 가파른 경사는 더 빠른 유속을 촉진하는 반면, 완만한 경사는 흐름을 늦춥니다. 빙하가 위치한 계곡이나 분지의 모양도 흐름 패턴에 영향을 미칩니다. 계곡이 좁아지면 빙하가 가속될 수 있고, 넓어지면 감속될 수 있습니다.

가파른 산벽에 갇힌 계곡 빙하와 비교적 평탄한 평원 위로 퍼져나가는 빙상을 대조해 보세요. 계곡 빙하는 일반적으로 더 가파른 경사 때문에 더 빠른 유속을 보일 것입니다.

지질

빙하 기반의 지질은 기저부 활주 속도에 영향을 미칩니다. 매끄럽고 불투수성인 기반은 더 빠른 활주를 촉진하는 반면, 거칠고 투수성인 기반은 활주를 늦춥니다. 기반에 퇴적물이 있으면 그 특성에 따라 활주 속도에 영향을 줄 수도 있습니다. 예를 들어, 일부 유형의 퇴적물(부드러운 점토 등)은 쉽게 변형되어 빙하가 더 용이하게 미끄러지도록 할 수 있습니다.

빙하 크기와 두께

더 크고 두꺼운 빙하는 일반적으로 더 작고 얇은 빙하보다 빠르게 움직입니다. 이는 얼음의 무게가 얼음 결정에 가해지는 압력을 증가시켜 내부 변형을 촉진하고, 기반의 수압을 높여 기저부 활주를 촉진하기 때문입니다.

빙하 이동의 영향

빙하 이동은 지형, 기후, 그리고 인간 사회에 지대한 영향을 미칩니다.

• 지형 발달
• 기후 조절
• 수자원
• 자연 재해

지형 발달

빙하는 강력한 침식과 퇴적 작용을 합니다. 움직이면서 계곡을 파고, 산을 깎고, 막대한 양의 퇴적물을 운반합니다. 빙하 침식은 다음과 같은 독특한 지형을 만듭니다:

• U자곡
• 권곡(카르, 그릇 모양의 움푹한 지형)
• 아레트(날카로운 능선)
• 호른(피라미드형 봉우리)
• 찰흔(암반 위의 긁힌 자국)

빙하 퇴적은 다음과 같은 지형을 만듭니다:

• 모레인(빙퇴석, 빙하 가장자리에 퇴적된 퇴적물 능선)
• 에스커(빙하 아래 융해수 흐름에 의해 퇴적된 구불구불한 퇴적물 능선)
• 케임(빙하 표면에 퇴적된 퇴적물 둔덕)
• 빙하성 퇴적 평야(빙하 말단 너머의 융해수 흐름에 의해 퇴적된 평탄한 지역)

노르웨이의 피오르드는 과거 빙하기 동안 빙하에 의해 깎인 U자곡의 전형적인 예입니다. 북미의 오대호 또한 빙하 침식에 의해 형성되었습니다.

기후 조절

빙하는 지구의 기후를 조절하는 역할을 합니다. 밝은 표면은 햇빛을 우주로 반사하여 지구를 시원하게 유지하는 데 도움을 줍니다. 또한 다량의 물을 저장하여 하천 유량을 조절하고 가뭄에 대한 완충 역할을 합니다.

그러나 기후 변화로 인해 빙하가 녹으면서 해수면 상승에 기여하고 우주로 반사되는 햇빛의 양을 줄여 온난화를 더욱 가속화할 수 있습니다.

수자원

빙하는 세계 여러 지역에서 중요한 담수원입니다. 빙하에서 녹은 물은 식수, 관개용수, 수력 발전에 사용됩니다. 그러나 기후 변화로 빙하가 줄어들면서 이 물의 가용성이 위협받고 있습니다.

남아메리카의 안데스 산맥에서는 많은 지역 사회가 빙하 융해수에 의존하여 물을 공급받고 있습니다. 이 지역의 빙하가 줄어들면서 물 부족과 수자원을 둘러싼 갈등이 발생하고 있습니다.

자연 재해

빙하 이동은 자연 재해를 초래할 수도 있습니다. 빙하 서지는 '예퀼라우프(jökulhlaups)'로 알려진 재앙적인 홍수를 유발할 수 있습니다. 이 홍수는 하류 지역을 침수시켜 광범위한 피해와 인명 손실을 초래할 수 있습니다.

아이슬란드의 그림스뵈튼 화산은 바트나이외퀼 빙상 아래에 위치해 있습니다. 그림스뵈튼의 분화는 다량의 얼음을 녹여 예퀼라우프를 유발할 수 있으며, 이는 하류의 기반 시설과 지역 사회를 위협할 수 있습니다.

빙하 이동 모니터링

빙하 이동을 모니터링하는 것은 빙하의 역학과 기후 변화에 대한 반응을 이해하는 데 필수적입니다. 빙하 이동을 모니터링하는 데는 여러 기술이 사용됩니다:

• 위성 원격 탐사
• 지상 기반 측량
• GPS 측정
• 타임랩스 사진 촬영

위성 원격 탐사

위성 원격 탐사는 넓은 지역에 걸쳐 빙하 이동을 모니터링하는 비용 효율적이고 효율적인 방법을 제공합니다. 위성 이미지를 사용하여 빙하 범위, 유속 및 표면 고도의 변화를 추적할 수 있습니다. 간섭 합성 개구 레이더(InSAR)는 지구 표면의 미세한 변화를 고정밀도로 감지할 수 있어 빙하 이동 측정에 특히 유용한 기술입니다.

지상 기반 측량

지상 기반 측량은 토탈 스테이션이나 데오돌라이트와 같은 측량 기구를 사용하여 빙하 이동을 직접 측정하는 것을 포함합니다. 이러한 측정은 빙하 유속과 변형 패턴에 대한 매우 정확한 데이터를 제공할 수 있습니다. 그러나 지상 기반 측량은 노동 집약적이며 원격 및 위험한 환경에서 수행하기 어려울 수 있습니다.

GPS 측정

GPS(전지구 위치 확인 시스템) 측정은 빙하 이동을 비교적 쉽고 정확하게 추적하는 방법을 제공합니다. GPS 수신기를 빙하 표면에 설치하여 시간 경과에 따른 위치를 추적할 수 있습니다. GPS 수신기에서 수집된 데이터는 빙하 유속과 변형률을 계산하는 데 사용될 수 있습니다.

타임랩스 사진 촬영

타임랩스 사진 촬영은 시간 경과에 따라 빙하의 일련의 사진을 찍는 것을 포함합니다. 사진을 비교함으로써 빙하 이동을 시각화하고 빙하 범위 및 표면 특징의 변화를 추적할 수 있습니다. 타임랩스 사진 촬영은 대중의 참여를 유도하고 빙하에 대한 기후 변화의 영향에 대한 인식을 높이는 데 귀중한 도구가 될 수 있습니다.

결론

빙하 이동은 우리 행성을 형성하는 데 중요한 역할을 하는 복잡하고 매혹적인 현상입니다. 빙하 이동의 메커니즘, 이에 영향을 미치는 요인, 그리고 지형, 기후 및 인간 사회에 미치는 영향을 이해하는 것은 기후 변화로 인한 과제를 해결하고 수자원을 지속 가능하게 관리하는 데 필수적입니다.

기후 변화에 대응하여 빙하가 계속 녹고 후퇴함에 따라, 그 움직임을 모니터링하고 미래에 대한 영향을 이해하는 것이 그 어느 때보다 중요해졌습니다.

과학적 연구, 기술 발전, 그리고 대중의 참여를 결합함으로써 우리는 빙하 이동에 대한 더 깊은 이해를 얻고 우리 행성의 더 지속 가능한 미래를 위해 노력할 수 있습니다.

추가 자료

• Paterson, W. S. B. (1994). *The physics of glaciers* (3rd ed.). Butterworth-Heinemann.
• Benn, D. I., & Evans, D. J. A. (2010). *Glaciers & glaciation* (2nd ed.). Hodder Education.