1. 서론: Sea Ice 마찰음은 단순한 잡음이 아니다
극지 해역은 지형적·기상적 변동성이 크고, 특히 수중빙(Sea Ice) 간 마찰·충돌로 발생하는 음향이 해양 음향장 전체를 지배한다.
이 마찰음은 전통적으로 ‘배경 잡음’으로 취급되었지만, 최근 연구에서는 특정 패턴이 생물 행동에 직접적으로 영향을 미칠 가능성이 지적되고 있다.
- 벨루가(white whale), 바다표범(seal), 대형 어류 등은 청각 기반 경로 탐색 능력이 뛰어나며
- 극지 음향 환경은 경로 선택, 먹이 탐색, 번식 이동 루트에 실질적 제약 요인이 된다.
따라서 Sea Ice 마찰음의 패턴 분석 → 생물 행동 변화 분석 → 모델링 흐름이 새로운 핵심 연구로 부상하고 있다.
2. Sea Ice 마찰음의 물리적 발생 메커니즘
수중빙 마찰음(ice friction noise)은 기본적으로 다음의 메커니즘을 통해 생성된다.
(1) 압축·인장 응력에 의한 미세 파열(micro-fracture)
- 해수 온도 변화
- 조석력
- 바람에 의한 압력
이 작용할 때 얼음판이 미세하게 파열되며 폭발성 임펄스 신호가 발생한다.
(2) 빙판의 슬라이딩(shear sliding)
두 개 이상의 얼음판이 상대적으로 이동하면서
- 저주파(10–200 Hz) 장주기 마찰음
- 중주파(200–1000 Hz) 연속성 슬라이딩 톤
이 발생한다.
(3) 빙맥(Ridge) 구조물의 붕괴와 충돌
이는 에너지 강도가 매우 높아, 간혹 수십 km 거리까지 전달되는 저주파 충격음으로 기록된다.
(4) 얼음 표면 거칠기 변화에 따른 비정상 산란
얼음의 표면은 균일하지 않기 때문에, 동일한 운동에서도 주파수 패턴이 지역별로 상이하게 나타난다.
즉, Sea Ice 마찰음은 단일 현상이 아니라, 다중 현상의 복합적 음향 패턴이다.
3. 마찰음의 패턴화: 관측 기반 특징
최근 극지 장기 음향 기록을 기반으로 마찰음을 패턴화하면 다음과 같은 규칙성이 확인된다.
(1) 연속성(continuous) vs. 임펄스형(impulsive) 분류
- 연속성 패턴: 10–500 Hz 중심, 빙판 슬라이딩이 주원인
- 임펄스형: 100–2000 Hz에서 짧고 강한 burst 형태
(2) 다가오는 빙맥 충돌 시 ‘전주파대(Full-band uplift)’ 현상
빙맥이 이동할 때 서서히 스펙트럼 전체가 상승하고, 충돌 직전에는 0~2 kHz 범위에서 에너지 폭등이 발견된다.
(3) 대규모 파열 시 지진음(Ultrasonic/ULF)과 혼합
극지 얼음판의 대형 파열은 1–10 Hz의 ULF 성분을 포함해
해저 지진음과 구분이 어려운 패턴을 보이기도 한다.
(4) 계절별 차이
- 겨울: 얼음 결빙 강화 → 마찰음 감소, 파열음 증가
- 여름: 슬러시화(sloshing) 진행 → 연속성 마찰음 증가
- 초기 해빙기: 패턴 혼합이 극대화됨
이러한 패턴화는 생물 행동 분석의 기반 데이터로 활용된다.
4. Sea Ice 마찰음이 생물 경로 선택에 미치는 영향
생물은 본능적으로 음향장을 기반으로 공간을 인지하고 이동하기 때문에, 극지 마찰음의 변화는 단순한 “잡음 증가” 이상의 의미를 갖는다.
(1) 저주파 충격음에 대한 회피 행동
고래류는 저주파에 민감하다.
빙맥 붕괴로 인한 저주파 충격음은 다음과 같은 경향을 보인다.
- 회피 거리: 2–20 km
- 이동 루트 변경 확률 증가
- 군집 행동이 일시적으로 분산됨
이는 먹이터–번식지 간 기존 경로를 단기적으로 왜곡시킬 수 있다.
(2) 연속성 마찰음이 경로 판단 신호를 교란
벨루가와 일부 바다표범은 음향 지형(acoustic seascape)을 기반으로
- 해저 지형 파악
- 빙하 틈새 확인
- 먹이군 탐색
을 수행한다.
그러나 연속성 마찰음이 높은 구역에서는 다음 현상이 나타날 수 있다.
- 경로 분류 정확도 감소
- 음향 기반 개체 간 호출(call) 신호의 가청 거리 축소
- 빙하 틈새(polynya) 접근성 감소
(3) 빙판 하부의 공명음이 상위 포식자의 위치 판단을 교란
표면 아래의 얼음은 공명체처럼 작동하는데,
이는 고래·물범·물고기 모두에게 위치 오판(Location mislocalization) 을 유발할 수 있다.
특히 포식자 회피 행동에서 중요한 오판 사례가 관측되었다.
5. Sea Ice–생물 경로 선택 모델 개발 접근법
현재 제안되는 모델링 전략은 세 가지 흐름을 따른다.
(1) 수중빙 음향장 기반 ‘Spatiotemporal Acoustic Map’ 구축
빙판의 움직임과 마찰음 강도 변화를
- 시간 축(계절, 날씨)
- 공간 축(빙맥 구조, 수심)
으로 분리해 모델화하는 방식이다.
(2) 생물 GPS 태그–음향 데이터 동기화
실제 벨루가·바다표범 등에 부착된 태그 데이터를
동일 시간대 음향 데이터와 매칭해
음향 변화 → 경로 변화의 인과성을 정량화한다.
(3) AI 기반 경로 예측
딥러닝 모델로
- 특정 스펙트럼 패턴
- 특정 압력 변화
- 특정 위치의 슬라이딩 음향
이 탐지되었을 때
생물이 경로 유지할지 혹은 회피할지를 예측하는 구조다.
6. 결론
Sea Ice 마찰음은 극지 생태계의 음향 기반 인지 체계에 직접적 영향을 미친다.
특히 고래류와 해양 포유류는 청각에 크게 의존하기 때문에,
마찰음의 증가·변동은 경로 선택, 군집 이동, 회피 행동에 실질적 변화를 일으킨다.
미래 연구는 다음을 해결해야 한다.
- 마찰음 패턴의 수학적–물리적 모델을 정교하게 구축할 것
- 생물 행동 데이터와 동시·동위성 분석을 강화할 것
- AI가 마찰음–행동 변화를 정량적으로 예측할 수 있는 기반을 확립할 것
이 세 가지가 정확히 갖춰져야만 극지 생물의 이동 생태를 보다 명확하게 설명할 수 있다.