해수면 상승 — 열팽창과 녹는 빙하, 어느 쪽이 더 클까

얼음을 가득 띄운 컵을 그대로 두면 얼음이 다 녹아도 물은 넘치지 않습니다. 직접 해 보면 수면이 거의 그대로입니다. 그런데 뉴스에서는 얼음이 녹아 해수면 상승이 일어난다고 합니다. 컵에서는 안 넘치는데 바다에서는 왜 오를까요. 얼음이 어디에 놓여 있었는지가 답을 가릅니다. 그리고 바닷물이 불어나는 길은 얼음 말고 하나 더 있습니다.

물이 불어나는 길은 둘입니다

첫째는 열팽창입니다. 물은 데워지면 부피가 늘어납니다. 물 한 방울이 늘어나는 양은 보잘것없지만, 바다는 깊이가 수천 미터에 이르는 물기둥입니다. 그 물기둥 전체가 조금씩 부풀면 수면은 눈에 띄게 올라갑니다. 물이 밖에서 새로 들어오지 않아도 오르는 것이 열팽창입니다.

둘째는 육지에 있던 얼음이 녹아 바다로 들어오는 것입니다. 그린란드와 남극을 덮은 두꺼운 얼음, 높은 산의 빙하가 여기 듭니다. 이 물은 원래 바다에 없던 물입니다. 그러니 녹아 흘러들면 바닷물의 양 자체가 늘어납니다.

두 길은 성격이 다릅니다. 하나는 같은 물이 넓어지는 것이고, 하나는 물이 새로 들어오는 것입니다.

둘 다 거슬러 올라가면 원인은 하나입니다. 온실 효과가 강해져 지구에서 빠져나가는 열이 줄고, 그만큼 열이 남게 된 것입니다. 그렇게 남은 열의 대부분은 공기가 아니라 바다가 받아 갑니다. 물은 비열이 커서 같은 열을 받아도 공기보다 훨씬 천천히 데워지고, 대신 훨씬 많은 열을 저장합니다. 해수면 상승이 기온 이야기보다 늦게, 그러나 오래 이어지는 까닭이 여기 있습니다.

떠 있는 얼음은 왜 해수면을 올리지 않을까

물에 뜬 물체는 자기 무게만큼의 물을 밀어내고 그 자리에 떠 있습니다. 얼음덩이가 밀어낸 물의 무게는 얼음의 무게와 같습니다. 그 얼음이 녹으면 딱 그만큼의 물이 되어 자기가 비워 두었던 자리를 채웁니다. 그래서 수면이 그대로입니다. 컵 실험이 보여 주는 것이 이것입니다.

북극해를 덮은 해빙은 바다에 떠 있는 얼음입니다. 그래서 해빙이 녹는 것은 해수면을 거의 올리지 않습니다. 다만 아무 일이 없는 것은 아닙니다. 흰 얼음은 햇빛을 잘 반사하는데 그 자리가 어두운 바다로 바뀌면 햇빛을 더 많이 흡수해 주변이 더 데워집니다. 해빙이 녹으면 해수면 대신 온도가 움직이는 셈입니다.

반대로 그린란드와 남극의 얼음은 육지 위에 얹혀 있습니다. 바닷물을 밀어내고 있던 것이 아니니, 녹아서 바다로 들어가는 만큼 고스란히 더해집니다.

두 몫은 어느 쪽이 클까

어느 한쪽이 압도하지는 않습니다. 지금까지 관측된 해수면 상승은 두 길이 나누어 만든 것이고, 지난 수십 년을 통틀어 보면 몫이 엇비슷합니다. 다만 최근으로 올수록 육지 얼음의 몫이 커지고 있고, 둘은 움직이는 방식도 다릅니다.

• 열팽창은 느리고 오래갑니다. 바다는 어마어마한 양의 물이라 데워지는 데도, 식는 데도 오래 걸립니다. 그래서 공기의 온도가 더 오르지 않게 되어도 깊은 바다는 한동안 계속 데워지고, 해수면도 한동안 계속 오릅니다.
• 육지 얼음은 앞날을 내다보기가 더 어렵습니다. 얼음은 제자리에서 녹기만 하는 것이 아니라 바다 쪽으로 흘러내려 떨어져 나가기도 합니다. 이 흐름이 빨라지면 열팽창보다 훨씬 큰 몫을 낼 수 있습니다.

상승 폭이 어디서나 같지는 않다는 것도 중요합니다. 바람과 해류, 수온 분포가 지역마다 달라 바닷물이 더 쌓이는 곳이 있고, 땅 자체가 내려앉거나 솟아오르는 곳도 있습니다. 그래서 같은 해에도 해안마다 잰 값이 다릅니다.

해수면이 오르면 무엇이 달라지나

• 저지대 침수 — 해안의 낮은 땅과 섬이 물에 잠깁니다. 평소에 잠기지 않더라도, 만조와 폭풍이 겹칠 때 넘치는 날이 잦아집니다.
• 해안 침식 — 파도가 닿는 자리가 안쪽으로 밀려와 모래 해안이 깎여 나갑니다.
• 바닷물의 침투 — 해안의 지하수와 농경지에 짠물이 스며들어 마실 물과 농사에 지장이 생깁니다.
• 갯벌과 산호초 — 물이 차오르는 속도를 따라가지 못하면 그 생태계가 자리를 잃습니다.

시험에서는 이렇게 나옵니다

• 해수면 상승의 원인을 고르게 하기. 해수의 열팽창과 육지 얼음의 융해 둘이고, 해빙이 녹는 것은 원인에 들지 않습니다.
• 북극 해빙과 남극 빙상을 가려내기. 떠 있는 얼음이면 해수면에 거의 영향이 없고, 육지에 얹힌 얼음이면 해수면을 올립니다.
• 열팽창을 밀도와 부피로 설명하게 하기. 질량은 그대로, 부피는 증가, 밀도는 감소입니다(대류 편과 같은 이야기입니다).
• 해수면 상승 폭이 지역마다 다른 까닭 묻기. 해류와 수온 분포, 지반의 오르내림 때문입니다.
• 그래프에서 상승 경향 읽기. 해마다 오르내리더라도 여러 해의 흐름이 올라가는지를 봅니다.

자주 헷갈리는 것

• "북극 얼음이 녹아서 해수면이 오른다" — 북극해의 얼음은 떠 있는 얼음이라 녹아도 해수면은 거의 그대로입니다. 해수면을 올리는 것은 그린란드와 남극, 산악 빙하처럼 육지에 있던 얼음입니다.
• "얼음이 녹는 것만이 원인이다" — 열팽창의 몫이 그에 못지않습니다. 얼음이 하나도 녹지 않아도 바다가 데워지면 해수면은 오릅니다.
• "바다에 떠다니는 빙산이 녹으면 해수면이 오른다" — 빙산은 육지의 빙하에서 떨어져 나온 얼음이지만, 바다에 떠 있는 동안에는 이미 자기 무게만큼 물을 밀어내고 있습니다. 해수면은 빙산이 녹을 때가 아니라 육지에서 바다로 들어온 순간에 오른 것입니다.
• "해수면은 전 세계가 똑같이 오른다" — 지역마다 다릅니다. 해류와 수온, 지반의 움직임이 값을 바꿉니다.

정리합니다. 해수면이 오르는 길은 둘입니다. 바닷물이 데워져 부푸는 열팽창과, 육지에 있던 얼음이 녹아 바다로 들어오는 것입니다. 바다에 떠 있던 얼음은 이미 자기 무게만큼 물을 밀어내고 있었으므로 녹아도 해수면을 거의 바꾸지 않습니다. 그래서 컵 속 얼음은 넘치지 않고, 그린란드의 얼음은 바다를 채웁니다.