남극 웨들해(Antarctic Weddell Sea)의 해빙에는 때로 거대한 구멍이 만들어지거나 틈이 벌어져 어둡고 차가운 바닷물이 드러난다. 이 구멍을 폴리냐(Polynyas)라고 부른다. 웨들해 근처에는 깊이 1000m에 달하는 물에 잠긴 봉우리 모드 라이즈(Maud Rise)가 있다. 지난 1974년 이 근처에서 폴리냐가 처음 발견됐다. 그래서 이 폴리냐는 ‘모드 라이즈 폴리냐’라고 명명됐다.

모드 라이즈 폴리냐가 어떻게 생성됐는지는 수수께끼였다. 구멍이 매년 드러나지 않기 때문에 과학자들은 구멍을 생성하는 데 필요한 특정 조건을 파악하기 어려웠던 것이다. 수십 년 동안의 연구 결과 마침내 그 퍼즐의 마지막 조각이 맞춰졌다고 과학전문 매체 사이언스얼러트가 전했다.

모드 라이즈 폴라냐는 2016년과 2017년에 다시 나타났다. 이 시기 이후 몇 년 동안 과학자들의 궁금증에 대한 실마리가 나타났다. 위성 이미지, 부유하는 관측기구, 센서가 장착된 물개, 컴퓨터 모델링 등을 조합해 여러 단서가 도출됐던 것이다. 그 중 결정적인 것은 바람이 끌어당기는 해류가 형성하는 에크만 나선(Ekman spiral)이라는 현상이다.

바람이 일정한 방향으로 계속 불면 표면 해수는 일정한 각도로 움직이고, 해수의 움직임은 아래로 전달돼 하층 해수를 이동시킨다. 위와 아래의 흐름이 다르기 때문에 위에서 내려다 보면 흐름이 나선형을 보인다. 이를 에크만 나선이라고 하며, 그 해류의 흐름을 에크만 수송이라 부른다. 해수의 흐름과 용승(에크만 수송으로 표층에서 발산하는 해수를 채우기 위해 하층에서 상층으로 해수가 이동하는 현상) 등에 지대한 영향을 미친다.

폴리냐는 해안 가까이에서는 흔히 볼 수 있는 현상이며, 물개나 고래와 같은 해양 포유류가 숨을 쉬기 위한 창문으로도 사용된다. 그러나 바다로부터 멀리 떨어질수록 보기 힘들다. 모드 라이즈 폴리냐 얼음 구멍은 반세기 전 위성 이미지에서 처음 발견됐다.

1974년 첫 발견 당시에는 구멍의 사이즈가 뉴질랜드와 맞먹을 정도였다. 1975년과 1976년에도 보였지만, 그 이후에는 거의 발견되지 않았다. 그러다가 2016년과 2017년 웨들해 주변에서 다시 강하게 나타났던 것.

2017년의 모드 라이즈 폴리냐는 1970년대 이후 가장 크고 오래 지속된 사례였다. 당연히 과학자들의 관심을 끌었고 연구 대상이 됐다. 연구 결과 한 가지 주요인은 2016년과 2017년에 특히 강했던 웨들해 주변의 순환 해류였다. 그 결과 따뜻하고 특히 염도가 높은 물이 용승했다는 것이다.

연구팀의 스웨덴 예테보리 대학 해양학자 파비앙 로케는 용승은 해빙이 어떻게 녹을 수 있는지를 설명해 준다고 설명한다. 해빙이 녹으면 표면의 물은 신선해지기 때문에, 폴리냐가 지속되기 위해서는 어딘가에서 추가로 소금이 유입되어야 한다는 것이다. 용승이 일어나게 된 원인이 여기에서 설명이 된다.

소금은 물의 빙점을 크게 낮춘다. 따라서 폴리냐의 바닷물이 특히 염도가 높으면 구멍의 지속적으로 유지되는 것이 설명된다. 그래서 팀은 데이터와 바다의 계산 모델을 다시 살펴보고 추가 소금이 어디서 왔는지 알아냈다. 연구팀은 웨들 해류가 모드 라이즈 주위를 흐르면서 생성된 난류 소용돌이가 모드 라이즈의 상층부까지 운반해 준다는 것을 확인했다.

여기에서 에크만 운송이 이어진다. 에크만 운송은 바람이 바다 표면 위로 불어 항력을 생성할 때 발생한다. 물은 옆으로 방향이 바뀌어 나사처럼 나선형을 만든다. 물의 최상층이 바람에 의해 발산하게 되고 그 자리를 대체하기 위해 아래에서 물이 올라오게 된다. 염도가 높은 물의 용승이다. 모드 라이즈 폴리냐는 용승으로 솟아오르는 물이 모드 라이즈 주변에 떠다니는 소금을 축적함으로써 빙점을 낮추고 구멍이 얼어붙는 것을 방지한다.

이 해답은 과학자들이 기후 변화에 대한 심각한 우려 사항인 남극 해빙에 어떤 일이 일어날지 예측하는 데 도움이 될 수 있다. 기후학자들은 이미 남극의 겨울 바람이 더 강해지고 더 빈번해질 것이라고 예측하고 있으며, 이로 인해 앞으로 몇 년 동안 더 자주 거대한 폴리냐가 나타날 수 있다고 예상한다. 결과적으로 이는 세계 해양에 영향을 미치게 된다.

캘리포니아 주립대 샌디에이고 캠퍼스의 기후학자 새라 길리는 폴리냐는 형성된 후 수년 동안 물속에 남아 있을 수 있고, 물이 이동하는 방식과 해류가 대륙을 향해 열을 전달하는 방식을 바꿀 수 있다고 지적했다. 결국 여기서 형성된 물은 전 세계 바다로 퍼져 막대한 영향을 미칠 수 있다는 것이다.