고위도 해역의 표면은 낮은 수온으로 인해 영구적 혹은 반영구적으로 얼음에 덮여 있습니다. 바다얼음(sea ice)은 해수가 얼은 것으로서 육상기원의 빙하(glacier)에서 떨어져 나와서 바다에서 발견되는 빙산(icsbergs)과 구별됩니다. 바다얼음은 남극대륙의 가장자리와 북극해의 내부, 그리고 북대서양의 고위도 지역은 연중 내내 덮고 있습니다.
1. 바다얼음(해빙)의 형성
바다얼음(해빙)은 바닷물에서 직접 만들어집니다. 작고 바늘처럼 생긴 육면체의 결정으로 시작하여 나중에는 너무 많아져서 진창(slush)처럼 보이도록 발달합니다. 진창이 얇은 얼음판으로 바뀌기 시작하면서 바람의 응력 때문에 깨어지고 파도에 의해서 팬케이크 얼음(pancake ice)이라 부르는 접시 모양의 조각들로 변합니다. 결빙이 진행될수록 팬케이크 얼음들이 뭉쳐서 부빙(ice floe)를 형성하게 됩니다.
바다얼음이 형성되는 속도는 온도 조건과 밀접한 관련이 있습니다. 기온이 극도로 낮아지면(-30 ℃ 이하) 많은 양의 얼음이 비교적 짧은 시간에 만들어집니다. 비록 이렇게 낮은 수온에서도 바다얼음이 두꺼워짐에 따라 얼음 형성의 속도는 느려지는데, 이것은 열전도를 잘 못하는 얼음이 그 밑의 물이 얼지 못하도록 효과적으로 단열을 하기 때문입니다. 한편 파도가 없는 조용한 바다는 팬케이크 얼음을 더 쉽게 달라붙게 해서 바다얼음의 형성을 도와줍니다.
바다얼음의 형성 과정은 스스로 가속되는 경향이 있습니다. 바다얼음이 표면에서 생길 때 물속에 녹아 있는 성분은 매우 조금만 얼음 결정에 함 들어갑니다. 그 결과 용존물질의 대부분은 주위의 해수에 잔류하게 됨으로써 염분을 증가시킵니다. 용존물질이 증가할수록 물의 빙점은 낮아져서 얼음 형성을 촉진하지 않습니다. 그렇지만 염분이 증가할수록 물의 밀도가 커져서 가라앉게 됩니다. 침강하면서 표면의 물은 바로 아래의 가벼운 물과 교환되고, 이 물은 다시 쉽게 얼게 되며, 그리하여 바다얼음의 형성을 촉진시키는 순환 패턴을 확립하는 것입니다.
북극해 얼음의 범위에 관한 최근의 인공위성 자료 분석은 지난 수십 년간 얼음이 극적으로 감소하였음을 보여줍니다. 이렇게 녹는 것이 가속화되는 것은 북반구 대기순환 패턴의 변동과 연관되어 비정상적인 온난화를 유발하는 것으로 보입니다.
2. 빙산의 형성
빙산(iceberg)은 빙하에서 떨어져 나와 떠다니는 얼음덩어리이고 바다얼음과는 확연히 다릅니다. 육지에 눈이 쌓여서 만들어진 광대한 대륙빙하(ice sheet)가 서서히 바다 쪽으로 흐르면서 빙산은 생성됩니다. 일단 바다에 도달하면 빙하는 깨져서 빙산이 형성되는데, 그 이유는 얼음이 물보다 가벼워서 해안으로부터 멀리 떠다니면서 해류, 바람, 파도의 작용에 의해 깨어지기 때문입니다. 빙산의 분리(calving)는 대부분 수온이 가장 높은 여름에 일어납니다.
북극에서는 빙산이 주로 그린란드 서해안을 따라 뻗어 있는 빙하가 분리되면서 만들어집니다. 빙산은 그린란드 동해안, 엘스미어섬과 북극해의 다른 섬에서도 생성됩니다. 전체적으로 매년 10,000개의 빙산이 빙하로부터 떨어져 나옵니다. 이들 중 상당수는 동그린란드해류와 서그린란드해류에 의해 운반되어 북대서양 항로로 들어오며, 항해에 위협이 됩니다. 이 사실에 입각하여 이 지역을 빙산길(Iceberg Alley)이라고 부릅니다. 여기에서 호화 여객선 타이타닉호가 빙산과 충돌해 침몰했습니다. 부피가 매우 크기 때문에 어떤 빙산은 녹는 데에도 몇 년이 걸려서, 그동안 북위 40º 이남으로 운반되기도 합니다.
빙붕(shelf ice)
남극에서는 빙하가 대륙 전체를 거의 다 덮고 있는데 그 가장자리에는 빙붕(shelf ice)라 부르는 두껍게 떠 있는 빙하가 있으며, 이들이 떨어져 나와서 넓은 테이블 같은 빙산이 만들어집니다. 예를 들어 2000년 3월에 고질라라는 이름이 붙은 면적 11,000㎢의 빙산이 로스해의 빙붕으로부터 분리되어 나왔습니다. 이제까지 남극에서 가장 큰 빙산은 이것보다 믿기 어려울 정도로 3배나 커서 길이 335km에 폭 97km였습니다.
빙산은 위가 평평하며 수면 위에 200m나 높이 서 있는 것도 있지만 대부분은 100m보다 낮으며 전체의 90%는 수면 아래에 잠겨 있습니다. 일단 빙산이 생기면 해류에 의해 북쪽으로 이동되고 최종적으로 녹아 없어집니다. 이 지역은 주요 항로가 없기 때문에 남극을 다니는 선박 외에는 항해에 심각한 위협이 되지는 않습니다. 이렇게 거대한 빙산을 목격한 선원들은 어떤 경우에는 육지로 착각하기도 합니다.
남극대륙이 특별히 큰 빙산을 생산하는 속도가 최근에 빨라져서 남극온난화의 결과로 생각됩니다.