해양학의 개요

 

해양학의 개요
(인터넷 자료)

* 지구 : 태양계에서 물을 갖고 있는 유일한 행성 물을 갖고 있었기에 생명이 탄생할 수 있었다.

* 지구의 생성 : 약 47억년
바다의 형성 : 약 40억년 이상
최초의 생물 : 약 38억년 전
인류의 출현 : 약 100-150만년 전

* ocean (洋) : 대양을 의미
(태평양, 대서양, 인도양, 남빙양, 북빙양)

* sea (海) : 지형적으로 구분되는 대양보다는 작은 바다
(동해, 서해, 카리브해, 지중해 등)

* 바다 : 전 지구 표면적의 70.8%를 차지하고 나머지 부분이 육지. 육지는 주로 북반구에 집중되어 있다.

구 분 북반구 남반구 전 체
육 지 39.3% 19.1% 29.2%
바 다 60.7% 80.9% 70.8%

* 바다의 가장 깊은 곳 : 11,035m (육지의 가장 높은 곳 : 8,848m)

* 바다의 평균 깊이 : 3,800m (육지의 평균 높이 : 840m)

* 지구상의 물의 부피를 비교하여 보면,
태평양 : 52%, 대서양 : 25%, 인도양 : 20%,
얼음 : 2%, 지하수 : 0.5%, 강, 호수 등 기타 : 0.01%

* 지구의 내부 구조 : 내핵-외핵-맨틀-지각
(지구반지름 : 6,371km, 내핵 : 1,270km,
외핵 : 2,200km, 맨틀 : 2,900km, 지각 : 5-50km)

II. 해저 지형

* 해저지형의 특징 : 대양의 가운데 육상의 산맥과 같은 해령(midocean ridge)이 존재. 해저의 가장 깊은 부분은 해구(trench)

* 판구조론(Plate Tectonics) : 바다의 형성, 발달, 변화 등을 설명하는 이론. 대양의 지각이 몇 개의 판으로 나누어져 있으며, 이 판들은 끊임없이 움직이며 생성 및 소멸한다. 새로이 생성되는 부분이 해령이고, 소멸하는 부분이 해구이다. 판의 움직임은 맨틀의 대류에 의한다. 해령과 해구 근처에서는 화산활동과 지진이 많이 발생한다.

* 수심에 따른 해저의 구분
- 대륙붕(평균 130m) : 빙하기 때에 육지였던 곳 (즉 해수면이 130미터 상승 하였음)
- 대륙사면(2-3km) : 진정한 의미의 해저로 육지와 대양저를 연결해주는 부분 (경사가 급하다)
* shelf break(경사가 갑자기 바뀜)
* 해저협곡(submarine canyon)이 대륙붕과 대륙사면이 존재한다. 육상의 강과 같음.
- 대륙대 : 육지의 영향이 미치는 해저의 부분으로 육지의 퇴적물이 여기까지 도달함. 경사는 완만하다.
- 대양저 : 육지와 완전히 별도인 대양저 평원 (해령, 해구 등이 존재)

* 한반도 근해의 해저지형

구 분 면 적 용 적 평균수심 최대수심 조 차 비 고
(km2) (km3) (m) (m) (m)
서 해 404,000 120,000 44 103 4-9 대륙붕
남 해 75,000 7,630 101 228 1-2 대륙붕
동 해 1,300,000 2,110,000 1,543 4,049 0.25 대륙붕, 대륙사면, 대양저

* 서해 : 해저는 전체가 130m 미만의 대륙붕으로 구성. 해안을 따라 수심 50m 미만의 해저가 분포하고 있고, 서해의 중앙부에 수심 50-100m의 지역이 존재.

* 남해 : 서해와 마찬가지로 대륙붕으로 구성. 해안 주변은 수심이 얕으며(50m 이내), 제주도로부터 동쪽으로 가면서 수심이 점차 깊어지는 대한해협이 존재.
동해로 들어가는 해류가 통과하는 경로 역할. 대마도 부근에서 수심이 급격히 증가한다.

* 동해 : 한반도와 일본열도에 의해 둘러싸여 있고, 4개의 해협(대한해협, 쓰가루 해협, 소야해협, 타탈해협)에 의하여 태평양과 연결되어 있어 태평양과 해수의 교환이 원활하지 않다 (지중해의 성격을 띰). 200m 미만의 대륙붕은 전체의 1/5 정도이고, 주로 수심이 깊은 대륙사면과 대양저로 구성.

III. 해수의 특성

해양의 여러 현상 및 잠수와 관련된 해수의 특성으로, 빛, 수온, 염분, 밀도 등이 있다.

1. 빛의 성질 : 빛(가시광선)의 파장 : 약 400-700nm
- 파장이 짧을수록(청색) 에너지가 높고, 파장이 길수록(적색) 에너지가 낮다.
에너지가 높을수록 물속깊이 침투한다. 따라서 청색광이 가장 깊이 침투하며
바다가 푸르게 보이는 것도 이 때문이다.

2. 수온 : 태양열에 의해 데워지는 표층이 높고, 깊이 내려갈수록 낮아진다.
- 표면혼합층(surface mixed layer) : 태양에 의해 데워진 물이 바람 등의 작용으로 일정 수심까지는 일정하게 유지되는 층.
- 수온약층(thermocline) : 표층으로부터 혼합작용이 미치지 못하여 깊어질수록 수온이 낮아지는 층. 계절 및 위도(기후대)에 따라 규모가 달라진다 (극지방은 수온약층이 없고, 열대지방은 항상 수온약층이 존재한다).
- 심층(deep layer) : 태양의 영향을 받지 않아서 수온이 항상 일정한 층.
- 전 세계 해양의 평균 수온 : 3.51℃

* 참고 : 해풍과 육풍
- 육지와 바다는 태양에 의해 데워지는 속도가 다르기 때문에 낮과 밤이 교차
되면서 바람의 방향이 바뀐다.
(낮에는 해풍(바다-> 육지), 밤에는 육풍(육지 -> 바다)이 분다.)

* 전세계 해양의 표층수온
- 겨울의 수온분포와 여름의 수온분포가 거의 유사하다.
- 겨울과 여름의 수온 차이가 크게 나지 않는다.
(0℃ 이하인 곳과 30℃ 이상인 곳이 많지 않다)
- 겨울에는 기온보다 수온이 높고, 여름에는 기온보다 수온이 낮다.
- 가장 수온이 높은 곳 : 필리핀-말레이지아 주변, 캘리포니아-멕시코만 주변
- 가장 수온이 낮은 곳 : 남빙양, 그린랜드주변, 오츠크해
- 한반도 주변의 수온변화 : 특이하게도 2월(10℃ 미만)과 8월(20℃ 이상)의 수온차이가 매우 심하다 (계절에 따른 해양생물상 변화가 심하며, 식물의 경우 다년생 보다는 일년생이 많다. 한대지방의 생물과 열대지방의 생물이 모두 살고 있다).

* 한반도 인근해역의 수온
- 수온은 2월에 가장 낮고 8월(혹은 9월)에 가장 높다.
- 같은 시기에는 남해가 가장 따뜻하고, 같은 위도상에서는 서해보다 동해의 수온이 더 높다. (해저 지형 및 해류의 흐름과 연관됨)
- 서해는 해안선을 따라 등온선이 나타나고(육지의 영향, 대륙붕의 특징), 동해는 위도를 따라 등온선이 나타난다(육지와 무관, 대양의 특징).
- 2월은 남해안을 제외한 동해 및 서해 모두 10℃미만으로 수온이 매우 낮다.
- 5월이 되면 서해안의 태안 반도, 동해안은 북한 일부 해안까지 수온이 10-20℃ 범위로 상승한다.
- 8월이 되면 한반도 근해 전체가 20℃ 이상의 수온을 유지한다. 동일 위도상에서는 서해가 동해보다 수온이 더 높다. 동해안의 경우 남북으로 수온이 거의 일정하다(23-24℃).
- 11월에도 수온이 10-20℃범위를 유지하고 있으며, 5월보다 수온이 더 높다.
서해안의 경우 남북으로 수온이 거의 일정하다(15-16℃).
- 8월과 11월에 울산-영덕 부근의 수온이 외해보다 낮은 것은 저층의 찬물이 올라오기 때문이다(용승: upwelling).

* 지역별 월평균 수온
- 동해안, 남해안, 서해안 모두 수온의 변화가 심하며, 2월에 가장 낮고 8월(혹은 9월)에 가장 높게 나타난다.

3. 염분(salinity) : 해수에 녹아 있는 성분의 함량
- 1kg의 해수에 녹아 있는 염(salt)의 무게(g)로 나타내며 단위는 ‰ (per
mil)을 사용한다.
- 전세계 대양의 평균 염분농도 : 34.72 ‰
- 수온약층과 마찬가지로 염분약층(halocline)이 존재한다. 표층은 강물, 빗물등에 의한 희석으로 인하여 농도가 낮아지고 심층으로 갈수록 높아진다.

* 해수내 염분을 구성하는 성분
- 표준해수(standard mean ocean water; SMOW)내에 함유된 성분으로는 소금의 재료인 염소(1.92%)와 나트륨(1.07%)이 가장 많고 그 다음으로, 황산염(0.25%), 마그네슘(0.13%), 칼슘(0.041%), 칼륨(0.039%), 탄산염(0.014%) 등이며, 중금속을 포함한 미량원소는 모두 합쳐서 0.018%(=18ppm) 존재한다.

4. 밀도 : 밀도는 수온이 낮을수록, 염분 농도가 높을수록, 그리고 압력이 높을수록 높아진다. 따라서, 수심이 깊어질수록 밀도가 증가하게 된다. 수온, 염분과 마찬가지로 밀도약층(pycnocline)이 존재한다.

IV. 해양의 여러 현상

1. 해류(current) : 해수의 이동, 주로 바람(탁월풍)에 의해 일어난다.

* 전향력(Coriolis force) : 지구의 자전에 의하여 생기는 효과로, 북반구에서는 진행방향의 오른쪽으로, 남반구에서는 진행방향의 왼쪽으로 휘려는 힘.

* 취송류 (wind driven current) : 바람에 의해 발생하는 해류. 취송류는 전향력에 의해 바람의 방향에 오른쪽(남반구는 왼쪽)으로 휘어진다.

* 위도에 따른 기압 배치 : 적도지방은 가열에 의하여 항상 저기압이 존재하고, 극지방은 냉각에 의하여 항상 고기압이 존재한다. 그리고, 저위도(30°부근)에 또 하나의 고압대가, 중위도(60°부근)에 또 하나의 저압대가 존재한다.

* 지구표면에서의 대기 순환 : 고압대인 극지방과 저위도 부근에서 저압대인 적도지방과 중위도 부근으로 바람이 불고, 전향력에 의해 바람의 방향이 45°정도 휘어져서 분다. 적도와 중위도에서는 상승기류가, 극지방과 저위도에서는 하강기류가 존재한다.
- 무역풍 (trade wind) : 저위도(30°)에서 적도지방을 향해 부는 바람.
- 편서풍 (westerly) : 저위도(30°)에서 중위도지방(60°)을 향해 부는 바람.

* 대양의 표층 해류 순환 : 무역풍과 편서풍에 의해 해류가 발생. 전향력에 의하여 바람의 방향에 약 45°정도 휘어진 방향으로 흐른다. 따라서, 적도를 중심으로 대칭적인 대순환계(gyre)를 이루고 있다. 순환의 방향은 북반구에서는 시계방향(cyclonic), 남반구에서는 시계 반대방향(anticyclonic)이다. 표층 해류중 가장 빠른 해류가 Kuroshio(쿠로시오해류)와 Gulf Stream(멕시코만류)이다. 대양의 서쪽에서는 난류가 북상하고, 동쪽에서는 한류가 남하한다.

* 참고 : 대양의 해수면 높이 : 표층해류의 방향에 대하여 전향력이 작용하므로 흐르는 물이 대양의 한가운데로 몰리게 된다. 즉, 대양의 가운데일수록 수면이 높고 가장자리로 갈수록 수면이 낮다. (해수면은 해저지형과도 밀접한 관계)

* 용승류 (upwelling) : 바람이 해안가에서 불 경우, 전향력이 외해쪽으로 작용하게 되면 표층수가 밀려가면서 저층수를 끌어올리게 되는데, 이를 용승류라 한다. 용승하는 물은 수온이 낮다. 바람의 방향이 반대가 되면 역으로 하강류(downwelling)가 발생한다. 용승류는 영양염이 풍부하므로 플랑크톤이 증가하여 그 해역의 생산성을 증가시킨다.

* 해안가 뿐 아니라 바다 한가운데에서도 바람의 강약 차이에 의하여 소규모의 수직-수평 순환류가 발생할 수 있다 (Langmuir circulation). 규모는 대규모에서부터 폭이 15-30m, 깊이 6m 정도의 비교적 소규모도 있다. 이때, 물이 만나는(수렴; convergence) 곳에서는 거품이 일직선상으로 나타나거나 부유물질이 모이게 되며, 이러한 곳은 하강류가 있는 곳이다.

* 한국 근해의 해류 : 쿠로시오 난류 및 오츠크해로부터 한류의 영향
- 서해 : 황해난류 - 남에서 북으로 서해안을 따라 북상하여 발해를 거쳐 중국해안을 따라 하강. (순환)
- 남해 : 대마난류 - 쿠로시오에서 분지한 대마난류가 제주도 남쪽에서 대마도 남쪽을 향하여 이동.
- 동해 : 대마난류, 동한난류, 쓰가루난류, 소야난류, 리만한류, 연해주한류, 북한한류 등 위치에 따라 해류의 이름이 각각 다르며, 난류의 경우 동해안을 따라 북상한 후 남하하는 한류와 만나는 곳에서 울릉도 쪽으로 방향이 휘어진다. 한류와 난류가 만나는 곳은 뚜렷한 경계가 존재하여 이들을 구분한다.

2. 파랑(wave) : 해수 표면의 교란에 의한 에너지의 이동. 원인은 다양하다.

* 파(wave)의 구성 : 파의 꼭대기인 골(crest), 파의 아랫부분인 마루(trough), 골과 골 사이의 거리인 파장(wavelength), 골과 마루 사이의 높이인 파고(height) 등으로 구성.

* 파의 형태 : 소규모 파의 경우 골이 둥글며, 대규모 파의 경우 골이 뾰족하다.

* 파가 부서질 조건 : (1) 골의 각이 120°가 안될 때, (2) 파장이 파고의 7배가 되지 않을 때.

* 파가 진행할 때 물의 움직임 : 파는 에너지를 전달할 뿐이며 물 자체를 이동시 키지 않는다. 단지 물은 위아래의 회전운동을 할뿐이다.
- 수심이 깊을 경우(수심 >파장의 1/2) : 물은 완전한 원운동을 한다.
- 수심이 얕을 경우(수심 <파장의 1/2) : 해저의 마찰에 의하여 타원운동을 하며, 바닥 근처에서는 왕복운동만 한다.

* 파의 에너지에 의해 바닥의 퇴적물에 파도 모양의 퇴적구조(ripple)가 형성됨.
ripple은 파의 진행방향과 동일한 방향으로 형성되며 일반적으로 수심 10m 이내의 얕은 곳에 형성된다. ripple이 형성이 시작되는 수심을 wave base라하며 이보다 깊은 수심에서는 ripple이 나타나지 않는다.

* 파가 해안에 접근하면서 파장은 짧아지고, 파고는 높아진다(파의 모양으로 수심을 짐작할 수 있다). 따라서, 파고/파장의 비가 증가하며 급기야는 파가 부서지게 된다. 파가 부서지기 시작하는 곳을 쇄파대(surf zone)이라 한다(바닥에 암반이 있을 경우 파가 부서지는 것을 관찰할 수 있다).

* 파의 굴절 : 파가 진행하면서 바닥의 수심이 일정하지 않거나 지형이 불규칙하면 파가 휘어지게 된다. 일반적으로 수심이 얕거나 돌출된 해안을 향하여 파가 휘어지게 되며 돌출된 해안에 에너지가 집중된다. 결국, 돌출된 곳에서는 침식이 일어나고, 들어간 부분에서는 퇴적이 일어난다 (입출수 지점 선정시 적용).

* 연안류 (longshore current) : 해안에 비스듬히 접근하는 파의 에너지에 의하여 발생하는 흐름으로 해안과 평행한 방향으로 흐른다.

* 이안류 (rip current) : 연안류가 서로 만나거나 지형적인 장벽을 만나서 바깥쪽을 향해 파도를 거슬러 발생하는 흐름.

* beach cusps : 연안류와 이안류가 규칙적으로 일정 간격을 두고 발생할 경우 해안에 형성되는 둥근 모양의 언덕 구조. 파의 에너지가 클 경우 형성.

3. 조석(tide) : 해수면의 규칙적인 진동으로 해수면의 수직 상승 및 하강운동. 달과 태양의 인력 및 지구의 자전에 의하여 일어난다.

* 대조(spring tide), 소조 (neap tide) : 태양, 지구, 달의 배열이 일직선상일 경우 태양과 달의 인력이 동일한 방향으로 작용하여 해수의 진동 폭이 크다. 이때를 대조라 한다(사리: 보름, 그믐때). 태양, 지구, 달의 배열이 직각 방향일때 해수의 진동폭은 상대적으로 적다. 이때를 소조라 한다(조금: 반달일때).

* 만조(high tide), 간조(low tide) : 해수면이 최대로 올라왔을 때를 만조, 최대로 내려갔을 때를 간조라 한다.
* 일주조(diurnal tide), 반일주조(semidiurnal tide) : 하루에 간, 만조가 한 번 있을 경우 일주조, 두 번씩 있을 경우 반일주조라 한다. 우리 나라의 경우 서해와 남해는 전형적인 반일주조이며, 동해의 경우 거의 일주조에 가깝다.

* 조석주기(tidal period) : 만조시각과 다음만조시각 사이의 시간을 조석주기라 하고, 일주조의 주기는 24시간 50분, 반일주조의 주기는 12시간 25분이다.

* 조차(tidal range) : 만조시 해수면의 높이와 간조시 해수면의 높이의 차이

* 조류(tidal current) : 조석의 상승과 하강에 의하여 일어나는 해수의 흐름을 조류라 하며, 조차가 클수록 조류의 속도가 빠르다. 간조에서 만조로 향하여 흐르는 조류를 창조류(flood current, 밀물), 만조에서 간조로 흐르는 조류를 낙조류(ebb current, 썰물)라 한다.

* 세계적으로 조차가 큰(5m이상) 해안 : 한국 서해안, 영국 서해안, 프랑스 북서 해안, 호주 북서해안, 캐나다 Fundy 만 등등...

* 한반도 근해의 조차 분포 : 서해안은 5m이상인 대조차 해역이 많고, 남해안은 서쪽부분은 2-3m, 동쪽부분은 1-2m 이며, 동해안은 전 해안이 0.25m 이내로 거의 조차가 나타나지 않는다. 조차가 가장 큰 곳은 인천으로 대조기 최대 조차가 9m에 이른다.

* 서해안의 조차가 큰 이유 : 수심이 얕고, 조류의 방향이 해안선을 따라 흐르기 때문에 전향력이 해안선 쪽으로 작용하여 해수면 상승효과가 일어나기 때문.

* 동해안의 조차가 작은 이유 : 수심이 깊고, 조류의 방향이 해안선을 따라 흐르나 전향력은 외해쪽으로 작용하며, 동해 전체가 좁은 해협으로 둘러싸여 있기 때문에, 전체 수면의 변화를 일으킬 만큼 충분한 물의 유동이 없기 때문.

* 우리 나라 각 지역별 조석곡선 : 서해안의 인천에서 해안선을 따라 동해안쪽으로 갈수록 조차가 감소한다. 서해안의 경우 대조기의 조차(최대 9m)와 소조기의 조차(최소 1m)의 차이가 매우 크게 나타난다.