바닷물의 여행, '해양의 순환'
해수는 전세계적으로 순환한다.
출처=픽사베이2023년 8월, 일본 후쿠시마 오염수가 해양에 방류되면서 많은 사람들의 관심이 쏠리고 있습니다. 일본 바다에서 방류를 했는데 많은 세계 국가들의 관심이 쏠리는 데에는 어떤 이유가 있을까요? 바로, 해양이 순환하기 때문입니다. 그래서 시간이 지나면 각 국가의 바다에도 일본 바다에 있던 바닷물이 도달하게 될 것이므로 많은 국가들의 주목을 받고 있는 것이지요. 그렇다면 해양은 어떤 메커니즘으로 순환하고 있을까요? 바닷물의 여행을 함께 떠나볼까요?
지구 대기의 큰 흐름, 대기 대순환
지구의 저위도는 고위도보다 더 많은 양의 태양 복사 에너지를 받기 때문에 기온이 높습니다. 반대로 고위도는 저위도보다 적은 양의 태양 복사 에너지를 받으므로 기온이 낮습니다. 저위도에서는 태양 복사 에너지가 많고, 고위도에서는 태양 복사 에너지가 적은 것인데요, 그렇다면 지구는 태양 복사 에너지의 불균형인 상태로 유지되는 것일까요?
북반구 3개의 순환 세포지구는 태양 복사 에너지 불균형 상태를 해소하기 위해 저위도의 따뜻한 공기를 고위도로, 고위도의 차가운 공기를 저위도로 이동시킵니다. 지구 대기는 이렇게 큰 흐름을 가지고 움직이며, 전향력*의 영향을 받아 북반구와 남반구에 각각 3개의 거대한 순환 세포(해들리 세포, 페럴 세포, 극 세포)를 형성하여 지구 전체적인 규모의 대기 순환을 이룹니다. 이러한 순환을 '대기 대순환'이라고 합니다.
*전향력: 지구 자전에 의해 생기는 힘, 북반구에서는 오른쪽으로, 남반구에서는 왼쪽으로 작용한다.
대기 대순환에 의해 일어나는 표층 순환
태양 복사 에너지의 불균형을 해소하기 위한 메커니즘인 대기 대순환은 해양의 표층 순환을 일으킵니다. 대기 대순환의 흐름에 따라 저위도 지상에서는 '무역풍'이 불고, 중위도 지상에서는 '편서풍'이 불며, 고위도 지상의 '극동풍'이 불고 있습니다.
대기 대순환에 의해 바람이 지속적으로 계속 불면, 표층의 해수는 바람으로부터 에너지를 얻어 이동하게 됩니다. 이에 따라 형성된 해류는 큰 순환을 이루면서 흐르게 됩니다. 대기 대순환에 의한 해수의 이동은 표층에 국한되어 일어나므로 '표층 순환'이라고 합니다. 위도에 따라 다른 바람이 불고 있기 때문에, 표층 해류는 지역마다 다르게 나타납니다. 대표적으로 북태평양의 경우 북태평양 해류, 북적도 해류, 쿠로시오 해류 등이 존재하고 있습니다.
밀도차에 의해 생기는 심층 순환
출처=픽사베이같은 바닷물이더라도 밀도가 다를 수도 있다는 사실 아시나요? 바닷물의 밀도는 수온과 염분에 의해 결정되는데요, 수온이 낮고 염분이 커질수록 밀도는 커집니다. 그러므로 고위도의 해수는 수온이 낮아 밀도가 크고, 저위도의 해수는 수온이 높아 밀도가 작다는 결론을 낼 수 있지요.
우리는 물에서 밀도가 큰 것은 가라앉고, 밀도가 작은 것은 떠오른다는 것을 알고 있습니다. 이를 해수의 밀도와 연관 지어보면, 해수는 밀도에 따라 이동한다는 것을 알 수 있습니다. 즉, 해수는 바람뿐만 아니라 밀도차에 의해서도 이동을 하는 것이죠.
심층 순환의 전지구적인 패턴 (사진=해양학 p.270)해수의 수온이 낮아지거나 염분이 증가하여 밀도가 커지게 되면 해수는 천천히 침강하게 되고, 심해에서 느리게 이동을 하게 됩니다. 이렇게 해수의 밀도차에 의해 해양의 심층에서 일어나는 전지구적인 규모의 해수 순환을 '심층 순환'이라고 합니다.
지금까지 해양의 순환의 메커니즘에 대해 살펴보았습니다. 바람에 의해 생성된 표층 순환과, 밀도차에 의해 생성된 심층 순환을 통해 전지구적으로 해수가 이동하고 있다는 것을 알아볼 수 있었는데요, 이러한 해양의 순환이 우리 생활에 영향을 미친 사례에 대해 알아볼까요?
선박의 이동을 도와주는 해류
출처=픽사베이우리는 앞서 해류에 표층 해류에 대해 살펴보았습니다. 북태평양에는 서태평양에서 동태평양으로 이동하는 북태평양 해류와 동태평양에서 서태평양으로 이동하는 북적도 해류가 존재합니다. 만약 여러분이 선장이라면, 대한민국에서 미국으로 갈 때 어떤 경로를 선택해 갈 것인가요? 여러분은 '북태평양 해류'를 타고 가는 것이 타당할 것이라고 생각할 것입니다. 항로와 같은 방향으로 흐르는 해류를 타는 것이 배를 더 밀어주는 효과가 있기 때문이죠. 이렇듯 해류는 배의 항로가 될 수 있습니다. 만약 반대 방향의 해류를 항로로 선택한다면 배가 나아가는 데 어려움이 있겠죠?
태평양에 생긴 쓰레기 섬
출처=픽사베이바다에 버려지는 쓰레기는 해양을 오염시키고, 바다 생물들에게 해가 될 수 있다는 것을 들어본 적 있으실 텐데요, 해양 쓰레기로 인해 생긴 또 다른 문제에는 무엇이 있을까요? 북태평양에 존재하는 해류인 '쿠로시오 해류', '북태평양 해류', '캘리포니아 해류', '북적도 해류'를 통틀어 '북태평양 환류'라고 합니다. 북태평양 환류의 안쪽은 바깥쪽보다 속도가 느린 특징이 있습니다. 이러한 특징으로 인해 해양에 버려지는 쓰레기가 태평양에 유입이 되면, 쓰레기는 북태평양 환류를 타고 이동을 하다가 흐름이 약한 해류의 안쪽에 모여 쌓이게 됩니다. 이렇게 쓰레기가 쌓이고 쌓인 결과, 현재 북태평양에는 하와이와 캘리포니아 사이에 거대한 쓰레기 섬이 생기게 되었습니다.
단순히 과학 이야기 같지만, 우리 생활에도 영향을 미치고 있는 '해양의 순환' 이야기가 흥미롭지 않으셨나요? 환경 문제가 주목되고 있는 요즘, 특히나 '쓰레기 섬' 이야기는 우리가 해양 오염 문제에 관심을 가지고 노력해야 한다는 메시지를 전해주는 듯합니다. 다음은 더욱더 알차고 흥미로운 지구과학 이야기로 찾아뵙겠습니다!