해수의 성질
(1) 해수의 온도
① 표층 해수의 온도: 표층 해수의 온도 분포에 가장 큰 영향을 미치는 요인은 태양 복사 에너지이다. 따라서 표층 수온은 위도와 계절에 따라 달라진다.
② 해수의 연직 수온 분포: 저위도와 중위도 지방의 해수는 수온의 연직 분포에 따라 구분한다.
- 혼합층: 태양 복사 에너지에 의한 가열로 수온이 높고, 바람의 혼합 작용으로 인해 깊이에 따라 수온이 거의 일정한 층이다. 혼합층의 두께(깊이)는 대체로 바람이 강한 지역에서 두껍다(깊다).
- 수온 약층: 혼합층 아래에서 깊이에 따라 수온이 급격히 낮아지는 층이다. 수온 약층은 수심이 깊어질수록 해수의 밀도가 커지므로 매우 안정하며, 대류가 제한되므로 혼합층과 심해층의 물질 및 에너지 교환이 억제된다.
- 심해층: 수온이 낮고 태양 복사 에너지가 도달하지 않으므로, 계절이나 깊이에 따른 수온의 변화가 거의 없다.
③ 위도별 해양의 층상 구조: 혼합층의 두께(깊이)는 저위도 지방보다 중위도 지방에서 두껍다(깊다). 또한 고위도 지역의 표층수는 흡수하는 태양 복사 에너지가 매우 적어 심해층과 수온 차가 거의 없기 때문에 수온 약층이 발달하지 못한다.
(2) 해수의 염분
① 염분: 해수 1kg 속에 녹아 있는 염류의 총량을 g 수로 나타낸 값이다. 단위는 psu(실용염분단위)를 쓴다. 전 세계 해수의 평균 염분은 약 35psu이다.
② 표층 염분의 변화: 표층 염분에 가장 큰 영향을 주는 요인은 증발량과 강수량이다. 표층 염분은 대체로 (증발량-강수량) 값이 클수록 높다.
- 염분의 증가 요인: 증발, 해수의 결빙 개념 체크
- 염분의 감소 요인: 강수, 육지로부터 담수의 유입, 빙하의 융해
③ 표층 염분의 분포: 증발량이 강수량보다 많은 중위도 고압대의 해양에서는 표층 염분이 높게 나타난다.
- 적도 지방은 저압대가 위치하므로 증발량보다 강수량이 많아 표층 염분이 중위도 지방보다 낮다.
- 극지방은 증발량이 적고 빙하가 융해되어 표층 염분이 낮다. 하지만 얼음이 어는 해역에서는 표층 염분이 높게 나타난다.
전 세계 해양의 평균 표층 염분 분포
- 육지로부터 담수가 흘러들어오는 연안은 대양의 중심부보다 표층 염분이 낮다.
(3) 해수의 밀도
① 해수의 밀도에 영향을 주는 요인: 해수의 밀도는 주로 수온과 염분에 의해 결정된다. ⇨ 해수의 밀도는 수온이 낮을수록, 염분이 높을수록, 수압이 클수록 커진다.
② 해수의 밀도 분포: 깊이에 따른 압력의 효과를 무시할 때 해수의 밀도는 약 1.021~1.027g/cm3로 순수한 물보다 크다.
- 표층 해수의 밀도 분포: 표층 해수의 밀도는 남반구의 경우 80°S 부근에서, 북반구의 경우약 50°N~60°N에서 최댓값을 가지며, 적도 부근에서 최솟값을 갖는다.
- 해수의 연직 밀도 분포: 북반구의 경우 저위도와 중위도 해역에서 해수의 밀도는 수심이 깊어질수록 커지다가 심해에서는 거의 일정하다.
③ 수온 염분도(T－S도): 해수의 특성을 나타내는 그래프로, 수온(Temperature)과 염분(Salinity)의 첫 글자를 따서 수온 염분도(T－S도)라고 한다.
- 오른쪽 그림에서 해수의 수온은 A<B<C이고, 염분은 A<B=C이며, 해수의 밀도는 C<B=A이다.
- 수온 염분도(T－S도)를 이용하면 해수의 밀도를 알아낼 수 있으며, 해수의 특성과 이동을 추정할 수 있다.
(4) 해수의 용존 기체: 해수의 용존 기체량은 일차적으로 기체의 용해도에 영향을 미치는 온도, 대기압 및 염분에 의해 결정된다. 용존 기체의 분포는 해수 중에 존재하는 생물 활동의 영향을 크게 받는다.
① 용존 산소: 용존 산소량은 식물성 플랑크톤의 광합성과 대기로부터의 산소 공급에 의해 해수표층에서 가장 많다. 심해에서는 극지방의 표층에서 침강한 찬 해수에 의해 용존 산소량이 약간 많다.
② 용존 이산화 탄소: 이산화 탄소는 산소보다 기체의 용해도가 크므로 용존 이산화 탄소량은용존 산소량보다 전체적으로 많다. 표층에서는 광합성 때문에 용존 이산화 탄소량이 적지만 수심이 깊어질수록 증가한다.
해수의 표층 순환
(1) 대기 대순환
① 지구의 복사 평형: 지구는 흡수한 태양 복사 에너지와 같은 양의 에너지를 우주 공간으로 방출하므로 지구의 평균 기온은 거의 일정하게 유지된다.
② 위도에 따른 열수지: 위도에 따라 태양 복사 에너지의 흡수량과 지구 복사 에너지의 방출량이 차이가 난다.
- 저위도 지방(적도~위도 약 38°)에서는 에너지가 남고, 고위도 지방(위도 약 38°~극)에서는 에너지가 부족하다.
⇨ 복사 평형 상태일 때 에너지 과잉량과 부족량의 크기는 같다.
- 대기와 해수의 순환: 저위도의 남는 에너지를 에너지가 부족한 고위도로 운반한다.
③ 대기 대순환의 원인: 지구 규모의 열에너지 이동을 일으키는 가장 큰 규모의 대기 순환으로, 위도에 따른 태양 복사 에너지의 양과 지구 복사 에너지의 양 차이에서 비롯된 에너지 불균형이 대기 대순환의 원인이다.
(2) 대기 대순환 모형
① 단일 세포 순환 모형(지표면이 균일하고 자전하지 않는 지구): 적도 지방에는 상승 기류가, 극지방에는 하강 기류가 발달하여 북반구 지상에는 북풍만, 남반구 지상에는 남풍만 분다.
② 대기 대순환 모형(자전하는 지구): 지구 자전에 의한 전향력의 영향으로 각 반구에 3개의 순환 세포가 형성된다.
- 해들리 순환: 적도 지방에서 공기가 상승하여 고위도로 이동한 다음 위도 30° 부근에서 하강하여 다시 적도 지방으로 되돌아온다. 이때 적도 지방에서는 열대 수렴대(적도 저압대)를 형성하고, 위도 30° 부근에서는 아열대 고압대(중위도 고압대)를 형성한다.
- 페렐 순환: 위도 30° 부근에서 공기가 하강하여 고위도로 이동한 다음 위도 60° 부근에서 상승한다.
- 극순환: 극지방에서 공기가 하강하여 저위도로 이동한 다음 위도 60° 부근에서 상승한다. 페렐순환과 극순환이 만나는 위도 60° 부근에서는 한대 전선대를 형성한다.
③ 직접 순환과 간접 순환: 해들리 순환과 극순환은 가열된 공기가 상승하거나 냉각된 공기가 하강하면서 만들어진 열적 순환으로 직접 순환에 해당한다. 이에 비해 위도 30°~60° 사이의 페렐 순환은 해들리 순환과 극순환 사이에서 형성된 간접 순환이다.
(3) 해수의 표층 순환: 표층 해류는 육지로 가로막힌 대양 안에서 몇 개의 거대한 순환을 이루고 있으며, 적도 부근을 경계로 북반구와 남반구가 대체로 대칭적인 분포를 보인다.
① 해양은 대륙에 의해 가로막혀 있으므로 동서 방향으로 흐르던 해류가 대륙과 부딪혀 남북 방향으로 갈라져 흐르면서 순환을 이룬다.
② 표층 순환은 적도 부근을 경계로 북반구와 남반구가 거의 대칭을 이루면서 순환한다.
③ 아열대 순환: 무역풍대의 해류와 편서풍대의 해류로 이루어진 순환을 말한다.
- 북태평양: 북적도 해류, 쿠로시오 해류, 북태평양 해류, 캘리포니아 해류로 이루어져 있으며, 시계 방향으로 순환한다.
- 남태평양: 남적도 해류, 동오스트레일리아 해류, 남극 순환 해류, 페루 해류로 이루어져 있으며, 시계 반대 방향으로 순환한다.
- 북대서양: 북적도 해류, 멕시코 만류, 북대서양 해류, 카나리아 해류로 이루어져 있으며, 시계 방향으로 순환한다.
- 남대서양: 남적도 해류, 브라질 해류, 남극 순환 해류, 벵겔라 해류로 이루어져 있으며, 시계 반대 방향으로 순환한다.
④ 아한대 순환: 편서풍대의 해류와 극동풍에 의한 해류가 이루는 순환으로, 대양이 육지로 막혀 있는 북반구에서만 나타난다.
⑤ 대양의 서쪽 연안을 따라 흐르는 해류는 동쪽 연안을 따라 흐르는 해류에 비해 속도가 빠르다. ⇨ 북태평양의 서쪽에서 흐르는 쿠로시오 해류는 동쪽에서 흐르는 캘리포니아 해류에 비해 유속이 훨씬 빠르다.
⑥ 해수의 표층 순환은 지구의 자전, 대기 대순환, 대륙의 분포 등의 영향을 받아 이론적인 모형보다 훨씬 복잡하게 나타난다.
(4) 해류의 역할
① 해류는 저위도의 에너지를 고위도로 수송하는 역할을 하며, 전 세계의 기후와 해양 환경에 영향을 미친다.
② 난류가 흐르는 지역은 따뜻한 난류의 영향을 받아 겨울철 평균 기온이 동일 위도의 다른 지역에 비해 높은 편이다. 비슷한 위도에 있는 영국의 런던과 캐나다 퀘벡의 1월 평균 기온을 비교해 보면, 난류인 멕시코 만류의 연장인 북대서양 해류가 열을 공급하여 유럽의 서쪽 지역을 온난하게 하기 때문에 런던이 퀘벡보다 1월 평균 기온이 높다.
(5) 우리나라 주변의 해류
① 난류: 우리나라 주변 난류의 근원은 쿠로시오 해류이다. 쿠로시오 해류의 지류가 동중국에서 갈라져 나와 북상하여 황해 난류, 대마 난류(쓰시마 난류), 동한 난류를 형성한다.
- 황해 난류: 쿠로시오 해류의 지류가 북상하다가 제주도 부근 해역에서 갈라져 황해의 중앙부 쪽으로 북상한다.
- 대마 난류(쓰시마 난류): 제주도 남동쪽에서 남해를 거쳐 대한 해협을 통과한 후 동해로 흘러 들어간다.
- 동한 난류: 대한 해협에서 대마 난류로부터 갈라져 나와 동해안을 따라 북상한다. 동해에서 북한 한류와 만나 조경 수역을 형성한 후 동진하여 대마 난류와 다시 합류한다.
② 한류: 우리나라 주변 한류의 근원은 연해주를 따라 남하하는 연해주 한류이다.
- 북한 한류는 연해주 한류와 연결되기도 하고, 끊어지기도 하면서 동해안을 따라 남하하다가 동한 난류와 만난다.
③ 난류와 한류의 특징: 난류는 수온과 염분이 높고, 영양염과 용존 산소량이 적어 식물성 플랑크톤이 적다. 반면, 한류는 수온과 염분이 낮고, 영양염과 용존 산소량이 많아 식물성 플랑크톤이 많다.
해수의 심층 순환
(1) 심층 순환
① 해양에서는 표층뿐만 아니라 수심이 깊은 곳에도 해류가 존재한다. 표층에서 수온이 낮아지거나 염분이 높아지면 밀도가 커진 해수가 심해로 가라앉아 해수의 순환이 일어나는데, 이를 심층 순환이라고 한다.
② 심층 순환은 수온과 염분 변화에 따른 밀도 차로 형성되기 때문에 열염 순환이라고도 한다.
③ 극 해역의 좁은 면적에서 차갑게 냉각된 해수는 밀도가 커져 상대적으로 빨리 가라앉는다. 이후 가라앉은 해수는 저위도로 이동하여 온대나 열대 해역에 걸쳐 매우 천천히 상승하고 표층을 따라 극 쪽으로 이동한다.
(2) 심층 순환의 특징
① 심층 순환은 수온과 염분 및 밀도를 조사하여 간접적으로 흐름을 알아낼 수 있다.
② 수괴: 표층에서 침강하여 흐르면서 수온과 염분이 거의 일정하게 유지되는 해수 덩어리다. 수괴는 성질이 다른 수괴와 잘 섞이지 않기 때문에 수온과 염분이 거의 변하지 않는다.
③ 수괴 분석: 수괴의 성질을 조사하여 수온 염분도에 나타내면 그 기원과 이동 경로를 추정할수 있다.
④ 대서양에서의 심층 순환
- 남극 저층수: 남극 대륙 주변의 웨델해에서 만들어진 남극 저층수는 해저를 따라 북쪽으로이동하여 30°N까지 흐른다.
- 북대서양 심층수: 그린란드 해역에서 만들어진 북대서양 심층수는 수심 약 1500~4000m사이에서 60°S까지 이동한다.
- 남극 중층수: 60°S 부근에서 형성된 남극 중층수는 수심 1000m 부근에서 20°N까지 이동한다.
⑤ 심층 순환의 역할: 거의 전체수심에 걸쳐 일어나면서 해수를 순환시키는 역할을 하며, 표층 순환과 연결되어 열에너지를 수송하여 위도 간의 열수지 불균형을 해소시킨다. 또한 용존 산소가 풍부한 표층 해수를 심해로 운반하여 심해에 산소를 공급한다.
참고 자료: EBS 수능 특강 지구과학1
