해류의 이해
이들 해류는 제주도와 서해, 남해 연안은 물론 동해안에도 영향을 미치는데, 여름철 동해 연안에서 엔젤피쉬나 버터플라이피쉬 등의 열대성 어류들을 관찰할 수 있는 것도 이 때문이다. 아마 우리나라 다이버들에게 이 보다 더 큰 영향을 미치는 것은 없을 것이다. 그러나 쿠로시오 해류가 우리 다이버들에게 이렇게 지대한 영향을 미침에도 불구하고, 다이버들은 호기심을 느끼지 못하는 것은 의아한 일이다. 쿠로시오의 존재나 영향력에 대해서는 전혀 질문하지 않으며, 왜 그것이 존재해야 하는지에 대한 근본적인 의문도 가지지 않는다. 거대한 해류의 흐름에 대해 의문을 품지 않고 받아들인다는 것은 우리가 너무 크거나 복잡해서 이해하기 어려운 현상들은 이유를 묻지 않고 믿어 버리는 습관이 있음을 보여준다. 해양의 운동은 불규칙적이고, 혼돈적이고, 또는 명백히 이해할 수 없는 것처럼 보인다. 해양학의 네가지 주요 분과중의 하나인 물리해양학은 대양의 해류, 대기와 해양의 상호작용, 파도, 조류, 전지구적 물의 순환등을 연구하는 학문이다. 이 모든 내용들을 한번에 다루기에는 너무 방대하므로 여기에서는 다이버들이 특별히 알아야할 필요가 있는 바람에 의한 순환과 대양의 주요 해류들에 대해서만 다루도록 하겠다.
바다의 강, 해류 먼저 온도의 상승과 하강에 의해서 일어나는 물의 수축과 팽창이 어떻게 해류를 만드는지 알아보자. 태양열에 의한 가열은 바다 물을 약 4%정도 팽창시킬 수 있는데 얼마되지 않는 것처럼 들리지만 지구적인 규모에서 이것은 매우 중대한 일이다. 그러나 느린 속도와 엄청난 거리 때문에 지구의 동쪽을 향한 자전이 해수를 해분의 서안으로 이동시킨다.(태평양 해분에서 서안은 필리핀, 인도네시아, 말레이시아가 있는 서태평양 지역이다)
흘러가는 해수는 결국 해분의 바람 불어가는 쪽에 쌓이게 된다. 이렇게 되면 해분에서 해수가 쌓이는 쪽의 수층이 더 무거워지게 되고, 결국 중력에 의해서 해수는 경사면을 따라 다시 뒤로 밀려나게 될 것이다.
실제 그 효과를 관찰하려면 지구본이 있어야 하는데 지구본을 지구가 자전하는 것과 같이 동쪽으로 회전시킨다. 지구본이 회전하는 동안 연필로 북극에서 적도까지 직선을 그어본다. 직선으로 그으려 했겠지만 실제 지구본 위에서 시계방향으로 휘어져 있을 것이다.
대양의 해분들은 모두 환류를 가지고 있지만 우리와 가장 관련이 깊은 것이 북태평양 환류(North Pacific gyre)이다. 북태평양 환류는 상호 연결되어 있으면서도 독립된 여러개의 환류로 다시 나뉜다. 북적도 해류는 필리핀과 만나면서 쿠로시오 해류로 바뀌어 북상하다가 일본 동해안으로 빠져나와 북위 40도 정도에서 북태평양 해류가 된다. 동쪽으로 흘러가는 북태평 해류는 아메리카 대륙을 만나 남쪽으로 꺽어져 내려오면서 켈리포니아 해류가 되어 다시 북적도류와 만나면서 북태평양환류의 대표적인 아열대환류를 완성시킨다. 북태평양 해류가 아메리카 대륙을 만나 북쪽으로 꺽여서 생긴 알래스카 해류가 오야시아 해류와 이어져 만들어진 것이 아한대 환류이다. 이 환류들은 뚜렷한 자신만의 특징과 온도를 가지고 있다.
지금은 인공위성 영상을 통해서 보면 가능한데 조심스럽게 조사하면 비록 투명하긴 하지만 해수면은 뚜렷한 굴곡을 가지고 있다. 기복이 있는 목초지를 가로지를 때 언덕과 계곡을 만날 수 있는 것처럼 바다에도 넓은 봉우리와 함몰 구역이 있다. 언덕은 해류들이 수렴(收斂: 서로 모임)해서 해수면을 위로 쌓아올려서 생기며, 계곡들은 바다가 서로 반대로 움직여서 해류들이 발산(發散: 서로 흩어짐)하기 때문에 생기는 것이다. 비록 바다의 언덕과 계곡 사이의 높이 차이는 1m 내외이지만 이는 표층 해류의 순환에 엄청난 영향을 미친다. 이유는 해수면 높이의 수평적인 차이(언덕과 계곡)에 의해서 해수 속에 압력경사(pressure gradient)가 발생하기 때문이다. 특히 해수가 쌓이는 언덕은 해수의 높이가 증가하면서 압력이 높은 지역을 형성한다. 그결과 물은 압력이 높은곳에서 낮은 곳을 향해 아래로 흐른다. 공이 평지보다는 경사가 급한 곳에서 더 빨리 굴러 내려가듯이 압력 차이에 의한 기울기가 급할수록 해수의 흐름도 빨라진다. 북태평양의 경우 거대한 환류가 궤도를 따라 돌고 있을 때 해수가 밀려와 모이는 곳은 약 1m 높이의 언덕을 형성하게 된다. 이 언덕의 중심은 태평양의 서쪽으로 치우쳐 있는데 이는 바람의 에너지에 의해서 유지된다. 부분적으로 언덕은 위그림의 B 표시처럼 물 입자의 움직임으로 설명할 수 있다. 중력이나 압력의 경사에 반해서 언덕위로 올라갈 수 없기 때문에 물 입자는 계속해서 오른쪽으로 돌 수는 없다. 또한 코리올리의 효과도 어길 수 없으므로 왼쪽으로 움직일 수도 없다. 유일한 선택은 계속해서 서쪽으로 가서 태평양 환류를 따라 시계방향으로 돌 수밖에 없다. 환류 내에 있는 모든 입자들에서 이런 일이 발생한다는 것을 상상하면 압력 경사에 의한 하향힘과 코리올리의 편향력에 의한 상향 경향성 사이의 역동적인 균형을 이해하기 시작할 것이다. 이 운동은 해분의 경계를 따라 흐르는 해류를 포함한다. 대부분의 대양성 환류가 앞에서 설명한 대로 작동되지만 한가지 예외가 존재한다. 지구상에서 가장 큰 해류는 손꼽히는 서풍편류(West Wind Drift) 또는 남극순환류(Antarctic Circumpolor Current)는 성격상 환류로 규정하기는 어려운데 해분의 둘레를 흐르지 않기 때문이다. 남극순환류는 매우 강력한 편서풍에 의해 발생해서 남극 대륙을 따라 끝없이 동쪽으로만 흐른다. 대륙에 막혀 흐름이 비껴가는 일이 결코 없기 때문에 남극순환류는 지구상의 표층해류중에서 가장 강력하다.
서쪽으로 몰리는 바닷물 쿠로시오 해류는 필리핀에서 시작되어 대만과 일본 류큐(Ryukyu) 제도의 최남서단인 요나구니(Yonaguni)섬 사이를 통과해서 동중국해로 들어왔다가 제주도의 남쪽 해상에서 갈라져서 한줄기는 동쪽으로 방향을 바꾸어 도까라(Tokara) 해협을 통과해서 일본의 동남쪽 해안을 따라 사행하여 흐르고, 한줄기는 제주도의 남동쪽으로 올라와 대한해협을 통과해서 동해로 들어간다. 쿠로시오 난류는 대체적으로 시속 5.4Km∼9Km의 속도를 가지며, 폭은 평균 56Km, 깊이는 200∼400m 정도이다. 쿠로시오 해류가 운반하는 해수의 양을 측정하기란 쉽지 않다. 믿을 수 없을 만큼 많은양의 물이 해류에 의해 운반되기 때문인데 지난 세기 초에 유명한 해양학자 해럴드 스버드럽(Harald Sverdrup)이 특별한 측정단위인 서버드럽(sverdrup: sv)을 고안했다. 1 서버드럽은 1초에 백만 입방미터의 물이 흘러가는 것을 의미한다. 쿠로시오 난류는 30∼50sv 정도의 양이 흐르는데 이는 지구상에서 가장 큰 강인 아마존이 흘려보내는 수량의 200배 정도된다. 쿠로시오 해류가 운반하는 해수의 양을 측정하기란 쉽지 않다. 믿을 수 없을 만큼 많은 양의 물이 해류에 의해 운반되기 때문인데 지난 세기 초에 유명한 해양학자 해럴드 스버드럽(Harald Sverdrup: sv)이 특별한 측정단위인 서버드럽(Sverdrup: sv))을 고안했다. 1 서브드럽은 1초에 백만 입방미터의 물이 흘러가는 것을 의미한다. 쿠로시오난류는 30∼50sv 정도의 양이 흐르는데 이는 지구상에서 가장 큰 강인 아마존이 흘려보내는 수량의 200배 정도이다. 서안경계류는 상대적으로 잘 정의된 범위내에서 믿을 수 없을 정도의 거리를 이동할 수 있다. 서안경계류가 그만큼 뚜렸하기 때문에 플로리다 동부의 다이버들이 걸프스트림을 중요하게 생각하고 쉽게 구별할 수 있으며, 우리나라 뿐만 아니라 필리핀이나 대만, 일본의 다이버들 역시 쿠로시오 해류를 중요하게 생각하고, 또 구분 가능하다고 알고 있다. 동남아시아 지역이나 플로리다 연안을 세계에서 가장 유명한 다이빙 여행지로 만들어주는 것은 바로 이들 서안경계류이다.
사실 과학자들은 이들 에디들의 영향이 해저면까지 미칠 수 있으며, 해양학자들이 심해폭풍(abyssal storm)이라고 말하는 것의 근원이 될 수 있다는 것을 최근에야 발견했다. 이러한 폭풍은 심해저 퇴적물에서 흔히 관찰되는 신비한 물결 무늬의 형성 원인을 설명할 수 있을 것이다. 5개의 서안경계류가 있는 것과 마찬가지로 5개의 동안경계류가 있다. 이는 북태평양의 캘리포니아 해류, 북대서양의 카나리 해류, 인도양의 호주서안 해류, 남대서양의 벵갈 해류, 남태평양의 페루 해류, 또는 험볼트 해류등이다. 동안경계류는 서안경계류와 달리 한계가 명확히 정의되지 못하며, 그들의 흐름에서는 에디가 잘 형성되지 않는다. 유속도 상당히 둔한데 캘리포니아 해류의 경우는 시속 2Km의 속도로 15∼20 sv의 해수를 운반한다. 또한 관찰력있는 뱃사람들이라면 누구나 쿠로시오 해류나 멕시코만류를 파악할 수 있지만 캘리포니아 해류나, 카나리 해류는 종종 그 흐름을 알 수 없는 상태에서 흐른다. 그런데 서안경계류가 그렇게 강한 반면에 동안경계류는 왜 미약할까? 이를 설명할 수 있는 요인들은 너무 많고 복잡하기 때문에 여기서 다루기에 적당치 않다. 그러나 바람과 관련된 것은 알아 두어야 할 것이다. 남과 북의 무역풍은 적도 양쪽에서 불고 있으며, 이들의 복합 효과는 적도를 따라 해류가 모이게 한다. 이렇게 모여서 서쪽을 향해 밀려온 해수는 해분의 서쪽 경계부에 쌓이다가 극 방향으로 빠르게 돌아간다. 유명한 코리올리 효과는 여기서 간섭을 일으킨다. 코리올리 효과는 극에서 가장 크며, 적도에서는 영향력이 없기 때문에 해류가 극을 향해서 움직일 때 코리올리 효과가 증대된다. 이를 보상하기 위해 북태평양의 해수 언덕은 서쪽의 경사가 점차 가팔라지고 압력 경사도 덩달아 증가한다. 따라서 해수의 방향을 오른쪽으로 돌리려는 코리올리 효과의 증대가 언덕 왼쪽에 형성된 강한 압력 경사와 균형을 이루게 되고, 그 전체적 결과는 북쪽을 향한 빠른 흐름으로 나타난다(남반구에서는 남쪽을 향한 빠른 흐름) 해류가 강해지는 또 다른 이유는 지구 자전 자체에 의한 것이다. 자전은 해수의 언덕을 해분의 중심에서 서쪽으로 치우치게 만든다. 따라서 언덕 주변을 통과하는 해수는 서쪽 경계부에서 좁게 압축되어야 한다. 이런 현상들을 비롯해서 여기서 다루기에 너무 복잡한 몇가지 현상들이 조합되어 서안강화(western intensification: 서쪽에 집중됨)라는 결과가 나타난다. 정확히 반대되는 현상이 동안에서 일어난다. 그림에서 보듯이 각 반구의 편서풍은 서로 멀리 떨어져 있어서 무역풍처럼 수렴하지 않는다. 따라서 편서풍에 의해 운반된 물은 적도에서 일어나는 것처럼 하나의 수렴 라인을 따라 집적되지 않는다. 코리올리 효과에 의한 편향력도 해수가 해분의 동쪽 경계에 도달하기 전에 적도를 향해서 움직이게 만들기 때문에 해류의 강도가 약화되게 된다.
아래를 향한 나선 회전
중력과 코리올리 효과의 균형에 의해 존재하는 이들 거대한 환류는 지구자전에 의한 환류(geostrophic gyre)라고 부른다. 6개의 대양성 환류는 지구 대양의 6개 거대 해류환에 책임이 있다. 2개는 북반구에 4개는 남반구에서 발생하는데 이들은 그림3에 설명되어 있다.
행단류 예를 들면 파나마의 대서양쪽(대서양 해분의 동안) 해수의 높이는 좁은 지협을 사이에 두고 있는 태평양 쪽(태평양 해분의 동안)에 비해 약 20cm 정도 높다. 태평양이 훨씬 넓기 때문에 그 차이는 더욱 커진다. 태평양 해분의 동안과 서안의 해수면 높이 차이는 약 1m 가량으로 서안에서 높다. 중위도에서는 편서풍이 동쪽 방향의 횡단류를 발생시킨다. 그리고 앞서 설명했던 것처럼 적도 근처와 달리 수렴 흐름이 거의 없기 때문에 동쪽으로 향하는 해류는 더 넓고, 더 느리게 흐른다. 북반구에서는 횡단류가 결국은 대륙과 만나서 방향을 바꾸게 되지만 남극해에서는 달라진다. 해류가 어떤 육지에 의해서도 방해받지 않기 때문에 앞에서 이야기한 것처럼 남극해를 지나는 강한 편서풍이 서핑피류(West Wind Drift) 또는 남극 순환류(Antarctic Circumpolar Current)를 만들어 낸다.
반류와 심층류 1956년에 보다 흥미로운 현상이 발견되었는데 적도 태평양에 또 다른 형태의 반도류가 있다는 것이다. 실제 표층 해류 아래로 흐르기 때문에 이런 해류를 심층류(undercurrent)라고 하는데, 적도 태평양 지역에서 발견된 크롬웰 해류(Townsend Cromwell)이 발견했기 때문에 그의 이름을 따서 명명한 것이다. 크롬웰 해류는 수심 100∼200m 사이에서 폭 300km에 걸쳐 시속 5km의 속도로 흐르는 매우 강한 해류이다. 걸프 스트림의 절반 정도에 해당하는 해수를 운송하는데 뉴기니아에서 에쿠아도르까지 14,000km 이상을 흐르는 것으로 추적되었다. 크롬웰 해류의 발견 이후로 심층류는 가장 주요한 하향 해류로 밝혀졌다. 심층류는 지역의 육지에 상당한 영향을 미친다 예를 들면 갈라파고스 제도는 적도에 흩어져 있는 섬들인데도 해수는 상대적으로 차가우므로 이상하게 생각될 것이다. 처음에는 험볼트 해류(Humbolt Current)를 타고 남극에서 차가운 해수가 밀려 온 것이라 믿었다. 그러나 험볼트 해류는 갈라파고스 근처에 도달하기 전에 이미 서쪽으로 우회하는 것으로 증명되었다. 갈라파고스를 둘러싸고 있는 차가운 해수는 크롬웰 해수가 동쪽 끝에 도달해서 용승한 결과이다. 수면으로 용승했기 때문에 찬물은 남적 도류(South Equatorial Current)의 일부처럼 다시 서쪽으로 움직여서 찰스 다윈의 진화론으로 유명해진 다윈섬으로 향하게 된 것이다. 그러나 심층류가 발생하는 원인은 아직 명백하지 않다.
열을 전달해주는 해류 영국의 기후는 해류의 영향에 대한 예로써 가장 적절할 것이다. 영국의 온화한 기후는 빙하로 뒤덮힌 캐나다의 라브라도(Labrador) 지방과 같은 위도에 위치해 있다는 사실을 잊어 버리게 한다. 영국이 이렇게 온화한 해양성 기후를 가질 수 있는 것은 북대서양을 통과해서 까지 열대의 온도를 배분해주는 걸프스트림의 놀라운 능력이 존재하기 때문이다.
용승과 침강 연안 용승은 바람의 결과이다. 바람이 연안에 평행하여 불 때 발생한다. 이 매카니즘은 앞에서 이야기 한 바 있다. 먼저 바람에 의한 마찰이 바다 표면에 해류를 발생시킨다. 다음에 코리올리 효과가 해수의 흐름을 북반구냐 남반구냐에 따라 바람 방향의 오른쪽이나 왼쪽 편향되게 한다. 그 결과로 물 덩어리를 움직이는 에크만 수송은 외해방향으로 일어난다. 이것이 아래 그림에 설명되어 있다. 용승은 수면의 해수를 깊은 외해의 해수로 교체시켜준다는데 중요한 의미를 지닌다. 깊은 외해의 해수는 수온은 낮지만 상대적으로 높은 수준의 영양염을 보유하고 있다. 영양염이 풍부한 해수가 표층으로 올라오면 생물학적 생산성이 놀랄만큼 증가되며 바다를 살아나게 한다. 규모를 크게하여 볼 때 이러한 현상은 남아메리카의 서안에서 생산성이 매우 높은 세계적인 어장이 형성되는 이유를 설명해준다. 그리고 지역적인 규모에서는 용승이 극적인 효과를 일으킬 수 있다. 예를 들어 동해안에서 남풍이 계속해서 불면 종종 차갑지만 맑고, 영양염이 풍부한 해수를 연안으로 몰고와서 매우 뛰어난 다이빙 컨디션을 만들기도 한다.  이와 대조적으로 해수가 연안으로 밀려 들어올 경우에는 이것이 바닥을 따라 아래 쪽으로 가라앉아서 외해쪽으로 밀려나가게 된다. 이것이 침강이며 심해로 영양염과 다른 필수 요소들을 공급하는데 도움되는 메카니즘이다. 그러나 용승과 달리 침강은 장기간의 과정에서는 필수적이기는 하지만 생산성에는 거의 효과가 없다. 해류는 매력적인 현상이며, 다이버들이 이해하든, 이해하지 못하든 실질적인 중요성을 갖고 있다. 한마디로 해류는 바다의 날씨라고 할 수 있다. 따라서 조심성 없는 다이버들이 날씨를 무시하는 것처럼 해류를 무시하거나, 이해하지 않는 것은 다이빙을 망칠 수 있는 좋은 방법이 될 것이다.
자료출처 : 스쿠바다이버지 2002/03/04호 |
