빙하의 형성

기본요소 : 영하의 날씨와 많은 눈

빙하가 형성되기 위해서는 1년 내내 지표면에 눈이 존재할 정도로 온도가 낮아야 합니다. 이러한 조건들은 태양 광선이 낮은 각으로 지구에 도달하는 고위도 지역에서, 그리고 대기가 약 10km의 고도까지 점차 냉각되는 고고도 지역에서 나타납니다. 그러므로 설선(snow line)의 고도-여름에 눈 이 완전히 녹지 않는 고도-는 일반적으로 극 쪽으로 갈수록 낮아집니다. 극지역에서는 눈과 얼음이 1년 내내 지면을 덮고 있으며 심지어 해수면도 눈에 덮여 있습니다. 적도 근처에서 빙하는 5,000m 이상의 높은 산에서만 형성됩니다.

 강설과 빙하의 형성에는 추위뿐만 아니라 습기도 필요합니다. 습윤한 바람은 높은 산맥의 바람이 불어오는 쪽 사면에 대부분의 눈을 뿌리는 경향이 있기 때문에 반대편인 바람이 불어 가는 쪽 사면은 건조하고 빙하작용을 받지 않는 편입니다. 예를 들어, 남아메리카의 높은 안데스산맥의 일부 지역은 편동풍대에 위치합니다.

습윤한 동쪽 산사면에는 빙하가 형성되어 있으나, 건조한 서쪽 산사면에는 눈과 얼음이 거의 없습니다.

 가장 추운 기후가 반드시 가장 많은 눈을 내리는 것은 아닙니다. 알래스카주의 놈(Nome) 지역은 연평균 최고 온도가 9°C인 한대기후이지만 연간 강설량이 약 4.4cm에 불과합니다. 이와 달리 메인 주의 카리부(Caribou) 지역은 연평균 최고 온도가 25°C인 냉온대 기후이지만 연간 강설량이 310cm나 됩니다. 그럼에도 불구하고 눈이 거의 녹지 않는 놈 지역의 환경조건이 여름에 눈이 모두 녹아 버리는 카리부 지역의 환경조건보다 빙하 형성에 더 적합합니다. 건조기후지역에서는 기온이 1년 내내 너무 추워 남극에서처럼 눈이 매우 적게 녹는 환경이 아니라면 빙하는 잘 형성되지 않습니다.

빙하의 성장 : 집적

새로 내린 강설은 느슨하게 다져진 솜털 모양의 눈송이 집합체입니다. 이처럼 작고 연약한 얼음 결정들이 지상에서 시간이 지나 숙성되면, 얼음 결정들은 응축되어 입자들이 되고, 눈송이 덩어리들은 다져져서 밀도가 높은 입상의 눈 알갱이가 됩니다. 새로운 눈이 내려 오래된 눈이 파묻히면, 오래된 입상의 눈은 더욱더 다져져서 아주 밀도가 높은 만년설(firn)이 됩니다. 더 깊이 파묻히고 시간이 경과하면 입자들이 재결정되고 함께 접합되어 고체의 빙하얼음이 만들어집니다. 이러한 전체 과정이 10~20년 정도 걸리는 경우가 많지만, 불과 몇 년밖에 걸리지 않을 수도 있습니다. 얼음이 축적되어 중력에 움직일 정도로까지 충분히 커지면 빙하가 탄생합니다. 보통의 빙하는 매해 겨울 빙하 표면에 내리는 눈이 쌓여 해마다 얼음층 하나가 추가됩니다. 빙하에 매년 더해지는 얼음의 총량을 빙하의 집적(accumulation)이라 합니다.

 빙설과 얼음이 집적될 때, 과거 지구의 가치 있는 유물들이 갇혀 보존됩니다. 1991년에 등산객들이 오스트리아와 이탈리아의 국경지대에 있는 알프스 고산빙하에서 5,000년 이상 동안 보존된 선사시대 사람의 시신을 발견했습니다. 북부 시베리아에서는 과거에 얼음에 뒤덮인 지역에서 살았던 거대한 코끼리 비슷한 생물인 털 매머드(woolly mammoth) 같은 멸종된 동물들이 고대 빙하 속에서 언 채로 보존되어 발견되었습니다. 고대 먼지 입자와 대기 가스 기포 또한 빙하의 얼음 속에 보존되어 있습니다. 매우 오래되어 깊이 파묻힌 남극과 그린란드의 얼음 속에서 공기 방울을 발견하고 이에 대해 화학분석을 한 결과, 가장 최근 빙하기(위 스콘신 빙하기) 동안의 대기 중 이산화탄소의 농도가 빙하가 후 퇴한 이후 동안의 농도보다 낮았다는 것을 보여줍니다.

빙하의 축소 : 소모

빙하가 중력에 의해 사면 아래로 흐르면, 빙하는 기온이 더 따뜻한 낮은 고도 지역으로 흘러가서 얼음을 잃습니다. 빙하가 매년 잃는 얼음의 총량을 소모(ablation)라 합니다. 소모는 네 가지 메커니즘에 의해 일어납니다.

1. 용융(melting) : 얼음이 녹으면, 빙하의 얼음이 감소합니다.

2. 빙산분리(iceberg calving) : 빙하가 해안에 도달하면 얼음 조각들이 떨어져 나와 빙산을 형성합니다.

3. 승화(sublimation) : 추운 기후에서는 물이 고체 상태(얼음)에서 기체 상태(수증기)로 직접 변환될 수 있습니다.

4. 풍식(wind erosion) : 강한 바람은 주로 용융과 승화에 의해 빙하의 얼음을 침식할 수 있습니다.

 대부분의 소모는 빙하의 말단부에서 일어납니다. 그러므로 빙하가 그 중심으로부터 아래쪽 또는 바깥쪽으로 전진하고 있을 때라 하더라도, 빙하의 앞 가장자리인 빙하 말단부(ice front)는 후퇴하고 있을 수 있습니다. 빙하가 대부분의 얼음을 잃는 두 가지 메커니즘은 용융과 빙산분리입니다.

빙하수지 : 집적 빼기 소모

빙하의 집적과 소모 사이의 관계인 빙하수지(glacial budget)는 빙하의 성장과 축소를 결정합니다. 집적과 소모가 오랫동안 같을 경우, 빙하가 형성되는 지역에서 계속 아래로 흘러내려 갈지라도 빙하는 일정한 크기를 유지합니다. 그러한 빙하에서는 눈과 얼음이 상부에서 집적되는 만큼 하부에서 같은 양만큼 소모됩니다. 집적이 소모를 초과할 경우, 빙하는 성장합니다.-소모가 집적을 초과할 경우, 빙하는 축소됩니다.

 빙하수지는 매년 변합니다. 일부 빙하들이 단기간의 지역적인 기후변화로 인해 성장 또는 축소된 증거를 보여주긴 하지만, 과거 수천 년 동안 많은 빙하들은 일정한 평균크기를 유지해 왔습니다. 그러나 지난 세기 동안 많은 저위도 지역의 빙하들이 지구온난화의 영향으로 축소되고 있습니다. 빙하의 축소는 기후변화의 훌륭한 지시자이기 때문에 빙하수지는 현재 주의 깊게 관찰되고 있습니다.