멈춤과 안정 그 사이

기후변화와 해양순환

재난 영화 하면 가장 먼저 떠오르는 작품 중 하나가 영화 투모로우이다. 영화는 극지방 수온의 급격한 하강과 해류 변화로 시작된다. 이로 인해 대륙 곳곳을 휩쓰는 허리케인과 폭풍, 해안가를 삼키는 폭풍해일이 발생하고, 북반구 고위도 지역은 순식간에 얼어붙는다. 기상학자 잭은 급변하는 기후를 가장 먼저 인지하지만, 당장의 정치적 이해관계와 무지한 결정권자들에게 상황의 심각성을 전달해도 소용이 없었다. 통제 불가능의 상황이 닥처서야 사태의 심각성을 깨닫고 남은 사람들에게 대피령을 내린다. 모두가 남쪽으로 대피하는 와중에 잭은 뉴욕에 갇힌 아들 샘을 구하기 위해 위험을 감수하고 나서고, 아들은 아버지가 올 것이라는 믿음을 품고 현재 상황에서 살아남기 위해 노력한다. 서로를 향한 믿음과 노력은 결국 가족의 재회를 가능하게 한다. 물론 영화 속 재난은 극적인 과장과 설정이 많아 현실과는 다르다. 하지만 극지방 해수온도 변화와 해양순환 이상이 가져올 수 있는 잠재적 위험은 우리 기후에서도 발생할 수 있다. 특히 지금과 같이 온실가스로 인한 지구 온난화 상황에서 해양 순환의 변화가 발생하게 된다면 우리 삶에 실제 영향을 미치게 될 것이다.

컨베이어 벨트와 AMOC

투모로우에서는 담수가 대량으로 유입되면 진행되면서 해류의 흐름이 바뀌면서 기상 이변을 발생하는 장면이 나온다. 과장된 설정이지만, 해류가 기후에 큰 영향을 미치는 요소라는 것을 보여주려 했다. 해류는 단순히 바닷물이 흐르는 현상이 아니다. 바다는 표층과 심층이 거대한 순환을 이루며 열, 염분, 이산화탄소 같은 요소들을 지구 곳곳으로 실어 나른다. 이 과정에서 적도 부근의 따뜻한 에너지가 고위도로 전달되어, 지구의 에너지 불균형을 완화하는 중요한 역할을 한다. 바다의 흐름이 곧 지구 기후를 지탱하는 거대한 순환 시스템인 셈이다. 그렇기에 해류는 기후를 지탱하는 거대하고 중요한 흐름이다. 이런 순환을 열염순환(thermohaline circulation)이라고 한다. 염분과 온도가 다르면 밀도의 차이가 발생하고 이것은 순환을 만든다. 극지방의 바다는 차갑고 염분이 높아 무겁기 때문에 해수가 아래로 가라앉는다. 가라앉은 물은 천천히 심해를 통해 멀리 이동하게 된다. 그리 다시 상승하여 표층 순환과 연결되며 바람에 의해 고위도로 표층 순환이 이동하면서 컨베이어 벨트가 만들어진다. 컨베이어 벨트는 이렇게 순환하면서 기후를 지탱한다. 이 순환의 변화가 생긴다면 기후 시스템에도 큰 변화가 생길 것이다. 그중에서 가장 대표적인 것이 AMOC(Atlantic Meridional Overturning Circulation; 대서양 자오선 역전 순환류)이다. AMOC은 걸프 해의 난류가 북쪽으로 이동하면서 시작된다. 이동하는 동안 난류는 냉각되고 염분도 높아져 밀도가 상승하여 가라앉게 된다. 이러한 해수가 깊은 바닷속에서 남쪽으로 이동하게 되고 남극 순환류와 연결되거나 인도-태평양, 대서양, 남극해 등 다양한 곳에서 북상하여 표층 순환과 연결되는 것이다. 그렇게 바다는 지구를 돌며 끊임없이 열과 염분 등을 주고받는다. 그래서 AMOC이 변화하게 된다면 그 영향은 단순히 바다에만 머무르지 않고 지구 전체의 기후 패턴을 바꿔놓을 수 있다.

AMOC이 붕괴된다면

온실가스 농도가 높아지면 강수량이 바뀌고 그린란드 빙하가 녹아 북대서양으로 담수가 유입된다. 이런 영향으로 AMOC은 21세기에 약해질 전망이다. AMOC의 붕괴는 단순히 약화되는 것을 넘어 지금의 상태와는 다른 평형 상태를 갖게 된다는 의미이다. 이렇게 되면 극지방에서 만들어지던 심층수가 크게 줄고, 고위도로 전달되는 열의 흐름도 약해진다. van Westen et al. (2024) 연구에서는 기후모델인 CESM 모델을 이용해 AMOC이 붕괴되었을 때 변화를 분석했다. 가장 큰 변화가 나타나는 것 중에 하나는 기온이다. 북반구는 기온이 감소하고 남반구는 기온이 올라 시소처럼 반대되는 모습을 보인다. 또한 열대수렴대(ITCZ)는 남쪽으로 이동했다. ITCZ는 저위도에서 북동·남동 무역풍이 만나 상승기류를 형성해 구름과 강수가 집중되는 지역이다. 이 지역이 남하하는 것은 그만큼 북반구의 기온이 감소했다는 것이고 이를 보상하려는 과정에서 북반구 해들리 순환이 강화되는 양상이 나타났다.

이 연구에서 극지방의 해빙은 붕괴 이후에 뚜렷한 변화를 보인다. 북극에서는 3월의 해빙이 북위 50도까지 확장되었고, 반대로 남극의 9월 해빙은 해마다 조금씩 줄어드는 경향을 보였다. 이는 기온 변화와 연결되어 있다. AMOC의 붕괴로 북반구에서 기온이 감소하게 된다면 해빙이 더 쉽게 형성된다. 눈과 얼음은 태양빛을 잘 반사하기 때문에, 이 과정에서 추가 냉각이 일어나고, 결과적으로 북극의 해빙 면적이 더 넓어지게 되는 것이다.

AMOC의 붕괴는 지역 기후에도 직접적인 영향을 미친다. 유럽은 그중에서도 가장 큰 영향을 받는 지역일 수 있다. 연구에 따르면, 붕괴 후 10년 안에 유럽은 급격한 기온 감소를 겪는다. 북서유럽의 지면 근처 연평균 기온은 10년마다 약 1°C씩 떨어지며, 일부 지역에서는 5~15°C까지 하강하기도 한다. 예를 들어, 노르웨이 베르겐의 2월 평균기온은 10년마다 3.5°C 내려갈 것으로 예상된다. 이런 급격한 냉각은 해빙이 늘어나면서 반사율이 높아지는 해빙-알베도 피드백 때문이기도 하다. 유럽 외에도 아마존 지역도 영향을 받을 수 있다. ITCZ가 남쪽으로 이동하면서 강수 패턴이 반대로 바뀌고, 이는 아마존 생태계의 불안정성을 키워 궁극적으로 붕괴로 이어질 수도 있다.

그러나 이러한 결과가 실제 기후와 동일하지는 않다. 이 연구에서는 CESM이라는 모델 한 개만을 이용했으며 인위적으로 일정한 담수를 북대서양에 강제로 흘려보내는 인위적인 실험이기 때문이다. 실제 기후에서는 담수의 유입이 이렇게 일정하지 않으며, 담수 유입에 따른 대기와 해양의 변화도 모델과 다를 수 있다. 그럼에도 기후모델을 통해 AMOC이 붕괴 시 나타나는 기후변화를 엿볼 수 있는 중요한 단서를 제공한다. 영화 투모로우처럼 며칠 만에 세계가 급격히 얼어붙지는 않겠지만 기온의 하강은 분명히 사람들의 삶에 영향을 줄 것이다. 추운 지역에서는 기온이 하강함으로써 맞이할 수 있는 문제가 증가할 것이다. 난방 연료의 사용이 증가할 것이고 농업 생산에서도 어려움을 겪을 것이다. 비교적 저위도의 사람들은 이례적인 ㅎ한파를 맞이할 수 있다. 남반구에서는 반대로 기온이 상승한 환경에 적응하면서 생활해야 할 것이다. AMOC이 붕괴된다면 어느 쪽이든 변화된 환경에 맞게 적응해 나가야 할 것이다.

AMOC 붕괴 가능성에 대한 상반된 전망

앞서 살펴본 내용은 어디까지나 AMOC 붕괴했을 때 발생할 수 있는 결과에 대한 연구였다. 그러나 실제로 AMOC이 붕괴할 것인지에 대해서는 아직 확실하지 않다. 모델, 외부 강제력의 설정에 따라 결과가 달라질 수 있고 현실에서의 관측결과도 아직 충분치 않기 때문이다. 이처럼 불확실성이 남아 있기 때문에, 이번에는 서로 다른 입장을 보이는 두 연구를 통해 미래 기후 속 AMOC의 향방을 살펴보고자 한다.

현재 AMOC은 온실가스 증가와 여러 기후 강제력의 영향으로 점차 약화되고 있는 것으로 알려져 있다. 일부 과학자들은 이 약화가 단순한 변동이 아니라, 완전히 새로운 안정 상태로 전환될 수 있는 붕괴의 신호라고 주장한다. 그중 하나가 Ditlevsen, P., & Ditlevsen, S. (2023)의 연구다. 이들은 해수면 온도(Sea Surface Temperature, SST)를 이용한 조기경보 시스템(Early Warning System)을 이용해서 AMOC의 붕괴 신호를 파악하고자 했다. AMOC에 대한 관측은 붕괴를 통계적으로 확신할 만큼 충분히 이루어지지 못했다. 이에 연구진은 북대서양 아한대(Subpolar Gyre)의 해수면 온도와 전 지구 평균 해수면 온도의 차이를 이용해 AMOC 지문(fingerprint)을 정의했다. 정의된 변수는 시스템이 붕괴의 임계점에 가까워질수록 복원력은 약해지고 변동성은 커진다는 이론적 특징이 있었는데 이를 통해 붕괴가 실제로 이루어지는지 확인하고자 했다. 분석 결과, 1970년대 이후 AMOC의 변동성이 꾸준히 증가하고 있었으며 통계적 추정에 따르면 붕괴 시점은 약 2057년경으로 나타났다. 이 연구는 AMOC이 단순히 약화되는 수준을 넘어, 21세기 중반 안에 붕괴할 가능성을 우려하고 있다.

물리적 지표를 기반으로 한 연구 역시 AMOC 붕괴 가능성을 뒷받침하고 있다. van Westen et al. (2025)은 북위 40°–60° 사이의 부력 플럭스(buoyancy flux)와 남위 34°의 담수 수송을 주요 지표로 삼아 AMOC이 불안정해지는 과정을 분석했다. 먼저 중 담수 수송은 AMOC의 약화시키는 요인이다. 빙하가 녹거나 강수가 늘어나 북대서양으로 담수가 유입되면 바닷물의 염분이 희석되고 밀도가 낮아진다. 그러면 차가운 해수가 가라앉기 어려워지면서 심층수의 형성이 방해받는다. 이렇게 약해진 AMOC은 다시 염분을 북쪽으로 운반하는 힘이 줄어들게 된다. 이 과정은 ‘소금-이류 피드백(salt-advection feedback)’이라 불리며 약화되는 과정이 스스로를 더 약화시키는 방향으로 작동한다. 이러한 담수 수송 지표가 음의 값을 보이고 그 변동성이 커질수록 AMOC이 불안정해지고 있음을 시사한다. 실제로 CESM과 CMIP6 시뮬레이션에서도 초기 담수 수송 지표가 음수일수록 붕괴에 더 민감한 반응을 보였다.

다른 핵심 지표는 북대서양 중고 위도(40°–60°N)의 표면 부력 플럭스이다. 이 지역은 바닷물이 차갑고 염도가 높아, 해수가 가라앉는 AMOC의 엔진 역할을 한다. 부력 플럭스의 변화는 이 엔진이 얼마나 안정적으로 작동하는지를 보여주는 중요한 단서다. 연구진은 이 지역의 부력 플럭스가 음수(해수가 가라앉는 상태)에서 양수(가라앉지 않는 상태)로 바뀌는 시점을 AMOC 붕괴의 시작 신호로 보았다. CMIP6의 25개 기후모델을 분석한 결과, 이 중 22개(약 88%)에서 2100년 이전에 부력 플럭스의 부호가 반전되는 현상이 나타났다. 이는 AMOC 붕괴가 이미 진행 중임을 암시하는 조기 신호로 해석된다. 더 흥미로운 점은, 실험 기간을 2300년까지 확장한 S. Drijfhout et al.(2025)의 연구에서 이러한 변화가 실제로 붕괴로 이어졌다는 것이다. 담수 수송 지표의 지속적인 감소와 함께, 이러한 결과는 단순한 순환 약화를 넘어 AMOC 시스템 자체의 구조적 불안정화를 시사한다. 다시 말해, AMOC은 점차 ‘붕괴 가능한 상태로 이동’하고 있는 것이다.

앞선 연구들이 AMOC 붕괴 가능성을 강조한 것과 달리 Baker et al.(2025)은 다른 시각을 제시한다. 이 연구에서는 AMOC의 붕괴가 아닌 약화 후 안정된다고 주장한다. 이 연구에서 사용된 4배 이산화탄소와 많은 양의 담수 유입과 같은 극단적 기후 강제력이 있어도 AMOC은 약화되다가 약화추세가 감소하면서 안정화에 이르렀다. 이때 AMOC의 안정을 지탱하는 요소는 남극해의 바람에 의해 유도된 상승류이다. 이 상승류가 북대서양으로 이어지는 심층 순환을 유지시키는 핵심 메커니즘으로 작동해, AMOC의 붕괴를 막는다고 한다. 이 연구의 극단적인 기후 강제력 아래에서 AMOC의 미래 강도는 남극해 상부 세포의 세기와 PMOC(태평양 전복 순환)의 형성 여부에 크게 좌우된다. 대부분의 모델에서 남극해 상부 세포가 강화되면 AMOC가 유지되지만, PMOC가 형성되어 남극해 상승류를 차지하면 AMOC는 약화될 수 있다. 다만 강한 PMOC가 항상 AMOC 약화를 의미하는 것은 아니며, 남극해 상부 세포가 비정상적으로 강화되면 PMOC 영향이 상쇄되어 AMOC가 안정적으로 유지되기도 한다.

다만 모델별 차이도 분명히 존재한다. PMOC 강도와 남극해 상부 세포의 변화가 모델마다 다르기 때문이다. 담수를 많이 흘려보낸 시나리오에서는 남극해 상부 세포가 약화되어, 미래 PMOC이 약함에도 불구하고 AMOC 상승류 경로가 더욱 줄어든다. 반대로 4배 이산화탄소 시나리오에서는 남극해 상부 세포가 강화되지만, 강한 PMOC 형성으로 AMOC 약화가 나타나는 경우도 있다. 과거 기후에서도, 예를 들어 최근 최대빙기와 따뜻한 플라이오세 시기에는 AMOC 약화나 붕괴와 함께 활발한 PMOC가 존재했으며, PMOC는 남극해 상승류를 줄임으로써 AMOC 붕괴를 촉진했을 가능성이 있다. 그 가운데 AMOC 약화가 실제로 발생하려면 남극해 상부 세포 약화 또는 강한 PMOC 형성이 필요하다. AMOC의 실질적 약화는 남극해 상부 세포가 약해지거나, 태평양 자오선 순환(PMOC)이 강화될 때 발생할 수 있다. 그러나 남극해의 강한 서풍과 인도·태평양으로의 안정적인 담수 유입은 그 반대의 작용을 한다. 따라서 남극해의 강한 서풍과 인도-태평양의 담수 유입이 유지된다면 21세기 동안 AMOC이 완전히 붕괴될 가능성은 낮은 것으로 판단된다. 그러나 AMOC 예측을 보다 정밀하게 하기 위해서는 북대서양뿐 아니라 인도-태평양을 포함한 전 지구 해양 순환 변화와 그 구동 메커니즘에 대한 이해가 필수적이다. 이러한 순환 변화는 지역적 날씨, 기후, 생태계, 농업에 영향을 주기 때문에, 두 해양 순환 모두를 정확히 예측하는 것이 기후변화 적응과 회복력 확보를 위해 매우 중요하다.

이 같이 의견이 갈리는 이유는 아직 해양모델이 현실을 반영할 만큼 매우 정교하지 못하며 그것을 뒷받침해 줄 AMOC의 관측 규모와 기간도 아직 충분치 않기 때문이다. 기후 모델 간 차이도 분명히 존재하며 그것들이 이산화탄소 증가와 같은 강제력에 대한 반응도 각각 다르다. 그렇기 때문에 과학자들은 각각의 가능성을 주장하고 단정 짓지 못하는 이유가 여기에 있는 것이다. AMOC의 미래 상태를 보다 정확히 알기 위해서는 모델도 물론 중요하지만 앞으로의 관측도 매우 중요하다. 영화 투모로우에서는 바다 위에 떠 있는 관측 장비에서 측정한 이상 수온은 영화 속 이상 기상현상의 전조 증상이었고 그 덕분에 과학자들이 본격적으로 그 현상들을 예측하게 하였다. 관측은 모델과 같이 전 지구를 반영하지는 못하지만 현실 세계의 값을 측정하기에 매우 중요하다. 많은 연구에서 AMOC의 관측이 통계적인 수치를 내기에는 불충하게 여겨 대체 변수를 통한 AMOC 붕괴 예측을 하고 있다. 그렇기에 앞으로의 AMOC 관측은 더더욱 필요하고 중요하다고 생각한다.

거대한 해양 순환이 앞으로 어떻게 변할지는 기후의 미래를 결정짓는 핵심 변수 중 하나다. 그래서 투모로우에서처럼, 현실에서도 과학자들은 관측과 모델을 통해 바다의 변화를 추적하고 있다. 문제는 여전히 ‘불확실성’에 있다. 많은 연구가 AMOC의 약화를 지적하지만, 그 끝이 안정일지 혹은 붕괴일지는 아직 확실하지 않다. 하지만 불확실성은 곧 탐구의 이유이기도 하다. 예측의 한계를 인정하면서도, 과학은 그 안에서 가능한 신호를 포착하려 노력한다. 바다는 느리지만 지금의 기후변화 아래에서 계속 변화하고 있다. 투모로우가 보여준 극적인 변화는 허구일지 몰라도 그 경고의 메시지만큼은 현실 속에 남는다.

참고자료

Baker, J. A., Bell, M. J., Jackson, L. C., Vallis, G. K., Watson, A. J., & Wood, R. A. (2025). Continued Atlantic overturning circulation even under climate extremes. Nature, 638(8052), 987-994.

Ditlevsen, P., & Ditlevsen, S. (2023). Warning of a forthcoming collapse of the Atlantic meridional overturning circulation. Nature Communications, 14(1), 1-12.

Van Westen, R. M., Kliphuis, M., & Dijkstra, H. A. (2024). Physics-based early warning signal shows that AMOC is on tipping course. Science advances, 10(6), eadk1189.

van Westen, R. M., Vanderborght, E., Kliphuis, M., & Dijkstra, H. A. (2025). Physics‐based indicators for the onset of an AMOC collapse under climate change. Journal of Geophysical Research: Oceans, 130(8), e2025JC022651.