극지방 표류를 따라 흐르는 역동적인 얼음-바다 경로는 시베리아 물질의 분산을 증폭시킵니다.

극지방 표류(Transpolar Drift, TPD)를 통한 시베리아 물질 수송의 계절적 변동성과 메커니즘 분석

극지방 표류(TPD)는 시베리아 대륙붕에서 기원한 담수, 영양염류, 금속, 오염물질 등이 북극해를 가로질러 북대서양으로 이동하는 핵심 경로로, 북극 기후 및 생태계 유지에 중대한 역할을 한다. 그러나 해빙의 표류와 해양 표면 순환이 이러한 물질 이동에 어떻게 작용하는지는 여전히 불확실하다. 본 연구는 2019~2020년 동안 수행된 MOSAiC(북극 기후 연구를 위한 다학문 표류 관측소) 탐사 자료를 기반으로, 안정 동위원소 및 희토류 농도와 같은 **지구화학적 기원 추적자(δ¹⁸O, εNd, REE)**를 활용해 TPD를 따라 흐르는 담수와 물질의 기원을 정량적으로 분석하였다.

 

연구 결과, TPD를 통한 담수 및 물질 이동은 계절에 따라 상당한 시공간적 변동성을 보였으며, 이는 개별 강(레나, 예니세이, 오비 등)에서 기원한 담수가 **대서양 물(Atlantic Water, AAW)**과 다양한 정도로 혼합되며 운반되기 때문이다. 특히 δ¹⁸O–염도 관계를 통해 표층 수괴의 담수 기여도(f_RIV)를 평가한 결과, 겨울에는 최대 15%, 여름에는 21%에 이르는 고농도의 하천수 기여가 확인되었다. 반면, 해빙 융해수의 기여도(f_SIM)는 전반적으로 낮았으며, 특히 해수면 염도에 큰 영향을 미치지 않았다. 이는 시베리아 대륙붕에서의 유빙 생성과 염수 생산이 일부 국지적 염분 구조에 영향을 줄 수 있음을 시사한다.

 

εNd 및 REE 농도 분석을 통해, 해양 표층수에서의 담수 분포는 Nd 동위원소 특징과 밀접한 관련이 있음이 밝혀졌다. 예를 들어, 레나 강은 εNd -16.7~-15, 예니세이 및 오비강은 -6.1~-5.2 범위의 εNd를 나타내며, 표층수의 εNd 분포는 이들의 혼합 경로를 반영한다. 이는 εNd가 비교적 보존적인 특성을 가지며, 경계 교환이나 해수-입자 상호작용으로 인해 단기적으로 크게 변화하지 않음을 보여준다. 이 분석은 표층 담수의 기원을 명확히 밝히고, 물질 수송의 계절적 리듬과 그 원인을 이해하는 데 크게 기여한다.

 

TPD의 물질 이동은 단지 바람에 의한 해빙 표류뿐만 아니라, 에크만 수송, 해양 와류, 지형적 흐름 제한, 그리고 계절적 얼음-해양 교환 등의 복합적 메커니즘에 의해 조절된다. 특히 수심 50m 이내의 상층수에서, 해류는 시기별로 3~22km/day에 이르는 다양한 속도로 이동하며, 이는 표층 담수 분포의 계절적 격차를 야기한다. 겨울에는 담수가 AAW에 의해 희석되면서 표면 염도가 증가하고, 여름에는 해빙 융해 및 하천 유입 증가로 인해 다시 염도가 감소하는 경향을 보인다.

 

결론적으로, 본 연구는 북극의 담수 및 물질 수송 경로가 단순히 TPD라는 대규모 해류에 의해 일관되게 유지되는 것이 아니라, 해빙의 계절적 변동, 강물 유입의 불균일성, 대기-해양 상호작용 등 다양한 요인에 의해 결정됨을 밝혔다. 이러한 통합적 접근은 향후 북극 생지화학 순환 변화 예측, 해양 생태계 평가, 기후변화 모델 정밀화에 있어 필수적인 기초 자료를 제공한다.

참고문헌

Rabe, B. et al. (2022). The Transpolar Drift and the Arctic freshwater cycle. Nature Communications, 13, 

Schulz, M. et al. (2023).

Multiyear Arctic sea ice transport and transformation from the MOSAiC expedition. Geophysical Research Letters, 50, e2022GL100471. Paffrath, R. et al. (2021).

Tracking dissolved neodymium isotopes in the Arctic Ocean using source-specific fingerprints. Earth and Planetary Science Letters, 567, 117009. Slagter, H. A. et al. (2022). Neodymium isotopes reveal seasonality in Siberian river water input into the Transpolar Drift. Global Biogeochemical Cycles, 36, e2022GB007421. Bauch, D. et al. (2013).

Stable oxygen isotopes and salinity data from the Eurasian Basin: Implications for recent changes in the Arctic hydrological cycle. Journal of Geophysical Research: Oceans, 118(6), 2843-2856. Karcher, M. et al. (2012).

Modelling the Arctic Ocean circulation: Recent advances and future challenges. Ocean Modelling, 38(3-4), 203-206.