해양 - 해수와 그 운동

해양

 

지구 표면적의 71%는 두께 약 4,000m인 수층으로 덮여 있으며 29%를 차지한 육지는 총연장 수십만 km 이상 되는 해안선에서 바닷물결의 작용을 받고 있다. 비록 육지를 침식하는 힘에 있어서는 육지를 깎는 유수(流水)의 작용에 비하여 훨씬 뒤떨어지나 바닷물과 접촉하는 해안의 길이가 엄청나게 크고 육지에서 운반되어 온 퇴적물을 처리하여 이것을 바다 밑에 고르게 펴고 쌓는 데 있어서는 유수나 육지가 도저히 당할 수 없는 큰 일을 하고 있다.

1960 년대에 들어서부터 대양저에 대한 지형, 지질 및 지구물리학적인 조사 결과가 정리되기 시작하여 1970 년에 가까와짐에 따라 대양저의 모양이 상당히 밝혀지게 되었다. 육지에서 얻은 사실만으로는 해석되지 않던 사실들이 대양저의 조사 결과로부터 해석의 실마리가 풀리기 시작한 것이다. 우리는 앞으로도 해양저의 신비를 더욱 밝히고 육지에서의 지식을 합하여 지구에 관한 지식을 넓히도록 하여야 할 것이다. 이 장에서는 먼저 바닷물과 그 작용에 관하여 공부한 후 대양저의 지형과 지질에 관하여 알아보기로 한다.

 

 

해수와 그 운동

해수

바닷물의 양은 비와 눈, 흘러드는 강물 및 지하수의 공급을 받아 증가될 것 같으나, 거의 비슷한 양의 물이 증발하므로 오랜 지질시대를 통하에 거의 균형이 취해져 있다. 그러나 해수면은 과거 100년 동안에 6.4cm 가 높아졌음이 밝혀져 있으며, 이는 대기가 더 따뜻해짐에 따라 남북 양극의 빙하가 녹아서 얇아지고 빙하가 후퇴하여 바닷물의 증가를 일으키고 있는 데 기인하는 것으로 보인다. 바닷물에는 3. 5% (무게로)의 광물질, 즉 염분이 녹아 있다. 이것을 대양저에 그대로 완전히 침전시킨다면 평균 56m의 두께를 가진 층을 만들 것이다. 

이들 염분의 대부분은 풍화작용을 받은 암석에서 녹아 나온 것이다. 현재 매년 바다로 들어가는 염분은 30억 톤으로 추산된다. 이 밖에 육상 및 해저의 화산과 대양저 아래서 공급되는 CO2, Cl, 및 기타물질이 있으며, CaCO3와 NaCl은 여기서도 추가된다. CaCO3 와 SiO2는 생물에 의하에 굳은 껍질을 만드는 데 이용된 후 해양저에 쌓이게 되고, 증발이 빠른 따뜻한 얕은 바다에서는 CaCO3 와 NaCl이 화학적으로 침전되는 일이 있다.

 

 

해수의 운동

바닷물에 여러 가지 운동을 일으키게 하는 힘의 근원은 태양에 있다. 지구 자전의 에너지는 약간의 보조적 역할을 맡을 뿐이다. 해수의 운동에는 물결·연안류·해류·조석·조류·저탁류가 있다.

 

물결(wave)은 바다에서 가장 쉽게 관찰할 수 있는 물의 운동으로서 바람에 의하여 생겨난다. 물결의 높이는 바람이 한 방향으로 계속하여 부는 시간과 바람이 바닷물과 접하는 거리의 장단에 따라 달라진다.

 

물분자들은 물결이 진행하는 방향으로 같은 속도로 움직여 가지 않고, 파고 H에 해당하는 직경을 가진 원운동만을 하며 대단히 느리게 물결의 진행 방향으로 이동한다. 바다 표면하의 물분자들도 역시 원운동을 하지만, 그 직경은 물결의 파장 L과 관계가 있다. 즉 파장의 1/9(L/9)만큼 깊은 곳의 물분자들은 파고의 1/2(H/2)에 해당하는 원을 그린다. 그러므로 깊이가 2/9되는 곳의 물분자는 직경 H/4인 원을 그리고, 깊이가 L에 해당하는 곳의 물분자는 H의 1/512의 원을 그리게 된다.

L=30 m,H=1m인 물결은 수심이 30m인 곳의 물분자에 1/512m, 즉 약 2mm의 원운동을 일으킴에 불과하다. 대양에서 폭풍으로 일어난 물결 중 가장 높은 것으로 보고된 H=25m의 예가 있고, 예외적으로 높은 것에 H=30m인 것이 있다. 이 물결의 파장 L=300m라고 하면 25/512 m≒5 mm 로서 깊이 300 m되는 곳의 물분자는 5mm의 원운동을 할 것이다.

물결이 먼 곳까지 전파되는 동안에는 파장이 길어지고 파고가 낮아지는 변화가 생긴다. 예를 들면, L=100m, H=5m인 물결이 약 3, 000 km 의 여행을 하면, L=400m,H=0. 88 m 로 변한다. 처음 물결은 L/H=20이나, 3,000 km 전파된 물결은 L/H=500이다. 만일 L/H이 10~35 이면, 가까운 곳에서 일어난 폭풍으로 생긴 물결이고, 35~70 이면 얼마간 떨어진 곳에서 생긴 물결이며, 70 이상이면 퍽 먼 곳에서 생긴 물결임을 짐작할 수 있다.

물결에는 ① 한 방향으로 부는 바람에 의하에 생겨난 것, ② 먼 곳에서 일어난 폭풍이나 저기압에 의한 것, ③ 쯔나미 (tsunami)에 의한 것이 있다. 남위 40°선과 남극 대륙 사이는 세계에서 가장 폭풍이 심하게 일어나는 곳으로서 이 곳에서 일어난 물결은 거의 세계 각지로 퍼진다. 우리 나라 서해안에는 적도 이북에서 생긴 태풍에 의한 물결이 가장 많이 밀려온다. 동해는 태평양에서 일어난 물결의 영향을 거의 받지 않는다. 여러 방향에서 또는 여러 종류의 물결이 한 곳으로 움직여 오면 이들은 서로 간섭(干涉)을 일으켜서 어떤 간격을 두고 특히 높은 물결과 낮은 물결이 생기게 된다.

 

 

연 안 류(沿岸流:long-shore current)

육지로 향하여 부는 탁월풍으로 생겨 밀려오는 물결은 결국 해안에 평행한 바닷물의 흐름을 형성하게 되는데 이 흐름을 연안류라고 한다. 이 때에 해저에는 바람과 반대 방향으로 흐르는 저류(底流:undertow)가 생긴다. 연안류와 저류는 퇴적물의 운반과 분포에 큰 역할을 맡아 가지고 있다.

 

 

해 류(海流:oceanic current)

해류의 종류와 그 성인은 다음과 같다. 취송류(吹送流:drift current)는 같은 방향으로 계속하여 부는 바람으로 해면 부근의 물이 유동하게 된 것으로서 해류 중 가장 중요한 것이다. 이에는 생물이 따라 이동하므로 해저퇴적물에 영향을 준다. 순환류(循環流:thermal-circulation current)는 가열된 적도 부근의 바닷물보다 냉각된 극 부근의 바닷물의 밀도가 크므로 해면이 극으로 향하여 기울어져서 일어나는 흐름이다. 해면의 기울기(勾配)는 6km 에 대하여 약 1m이다. 이 때문에 적도 부근의 바닷물이 양극 쪽으로 유동하며, 그 깊이는 1,000m에 달한다. 해면에서의 속도는 최대 8km/hr인 곳도 있다. 양극에서는 깊은 해저를 따라 적도로 향하는 심해류가 생겨서 바닷물은 크게 순환한다. 한 개의 물분자가 한 번 순환하는 시간은 수천 년이다. 해저퇴적물에는 취송류와 같은 영향을 미친다. 보류(補流:compensation current)는 다른 해류들에 끌려드는 바닷물의 흐름이다.

 

 

조 석(潮汐:tide)

달과 태양의 인력으로 해면이 대개 매일 두 번씩 오르내리는 현상으로서 해안과 해저에 대한 물결의 공격을 도와 주고 퇴적물 운반에 큰 일을 담당한다.

 

 

조류(潮流:tidal current)

조석 현상으로 바닷물이 간만선 사이를 왕복 운동하는 흐름으로서 유속이 12km/hr 인 곳도 있다. 조류는 해저침식과 퇴적물 운반에 큰 영향을 미치며, 깊이 400 m 까지 퇴적물을 운반한다.

 

 

저 탁 류(底濁流:turbidity current)

풍화생성물이 물에 떠 있는 뿌연 물은 비중이 크다. 이런 물이 조용한 수층(水層)의 밑바닥을 따라 이동하는 대규모의 저류를 저탁류라고 한다. 바다에서는 혼탁(混濁)한 강물이 저탁류로 되고,해저지진으로 생긴 해저의 혼탁한 물도 저탁류를 만든다. 저탁류는 해저의 침식을 일으켜 물결의 작용이 미치지 못하는 깊은 해저를 깎고 해저지형에 큰 변화를 일으킨다. 이러한 저탁류로 운반되어 퇴적된 지층을 저탁암 (turbidite)이라고 한다.