해양학

해양분지의 성인(成因)

지표면의 약 71％는 해수로 덮여 있다. 바다와 육지의 면적비는 북반구에서 1.5 대 1이고, 남반구에서는 4 대 1이다. 판구조론에 의하면, 해양분지는 지구의 맨틀 내에서 일어나는 대류에 의해 대륙이 갈라져 형성되는 것으로 설명되고 있다.

이러한 순환에 의해 맨틀 물질이 상승하며, 중앙해령에서는 새로운 지각이 생성된다. 중앙해령에서 맨틀 물질이 계속 상승하면서 오래된 지각을 해령으로부터 바깥쪽으로 밀어내 해저확장을 일으킨다(→ 해저확장설). 해저확장은 해령의 양쪽에 대칭적으로 자화된 암석의 잔류자기를 연구해 밝혀졌다. 해양지각은 심발지진과 화산활동이 일어나는 대륙 주변의 해구에 섭입해 소멸된다.

해수의 물리적 성질

해수

해수의 물리적 성질은 해수 중에 용해되어 있는 화학조성에 의해 결정된다. 장소에 따른 해수조성의 변화는 아직 연구되지 않은 곳이 많아 부분적으로만 알려져 있다. 해수의 염분은 장소에 따라 변하지만, 해수 중에 포함되어 있는 주요화학성분의 상대적인 비율은 일정하다.

해수에 용해되어 있는 주요 고체성분은 염소 약 55％, 나트륨 30.6％, 황산염 7.7％, 마그네슘 3.7％, 칼륨 1.1％이다. 해수의 평균염분은 35‰이다. 염분은 홍해와 같이 증발이 심한 곳에서 높으며, 극지방의 얼음 아래에 있는 해수의 염분도 다소 높다. 이는 해빙(解氷)이 염분을 거의 포함하지 않는 비교적 순수한 물로 되어 있기 때문이다. 염분은 해수의 전기전도도를 측정하는 간접적인 방법을 이용해 측정하는데, 이 방법으로 해수의 대략적인 밀도와 염도를 즉시 측정할 수 있다. 해수의 밀도와 온도는 해수의 순환을 일으키는 주요요인으로 알려져 있다.

고위도 지방의 해수 밀도는 수심이 증가함에 따라 점차 증가하는 경향을 보인다. 열대지방 해수의 수면 근처에는 일정한 밀도를 가진 혼합층이 존재하며, 혼합층 아래에는 밀도가 급격히 증가하는 밀도약층(密度躍層)이 존재한다. 밀도약층 아래의 밀도는 계속해서 증가하지만, 밀도약층에 비해 훨씬 천천히 증가한다.

밀도약층은 매우 안정한 층으로 표면층과 그 아래에 존재하는 층 사이에서 물과 열의 전달을 방해하는 장벽 역할을 한다. 해수의 비열은 약 0.95로 육지의 비열(평균 0.5)에 비해 높기 때문에, 해양의 온도변화는 육지의 온도변화에 비해 천천히 일어난다. 해양은 높은 비열로 인해 많은 양의 열을 저장하며, 따라서 기후에도 상당한 영향을 미친다. 해수의 온도분포는 공해의 해수면에서도 위도선을 따르는 경향을 띠지만, 육지 근처의 등온선은 난류(暖流)나 한류(寒流)의 영향으로 편향되는 경향을 띤다. 해수면에서 수심 50~200m까지는 일반적으로 수온이 거의 일정한 혼합층이며, 혼합층 바로 아래부터 수심 약 1,000m까지는 수온이 급속히 증가하는 수온약층(水溫躍層)이다. 수온약층 아래에서는 수온이 깊이에 따라 천천히 감소한다. 적도지방의 전형적인 수온단면에 따르면 200m까지의 수온은 20℃이고, 500m에서는 8℃, 1,000m에서는 5℃, 4,000m에서는 2℃ 정도이다. 해수의 온도와 염분과의 관계를 표시한 T-S 도표는 수온단면에서의 물의 분포를 알 수 있는 중요한 수단이다. 온도와 염분의 분포가 균일한 완전한 혼합층의 물은 T-S 도표에서 1개의 점으로 표시되지만, 각기 다른 수심에서 채집한 물은 곡선으로 표시되거나 매우 복잡한 선으로 표시되는데, 이는 여러 층의 물이 서로 섞여 있기 때문이다.

해양의 순환

해류(ocean current)

개요

해수의 순환을 일으키는 주요원인 가운데 하나는 열대지방과 극지방에 축적되는 에너지 양의 차이이며, 이로 인한 순환을 열염분순환(熱鹽分循環)이라고 한다. 현재까지 알려진 바에 의하면 해수의 대규모적인 순환은 극지방에서의 해빙에 따른 열의 상실로 밀도가 큰 차가운 물이 가라앉아 적도 쪽으로 흐르면서 일어나며, 태양의 가열로 축적되는 에너지 양의 차이는 별 영향을 미치지 못하는 것으로 알려져 있다. 해양의 표층해류는 바람에 의해 해수면 근처에서 형성되는 표면전단응력에 의해 일어난다.

표층해류는 지구자전에 의한 코리올리 효과의 영향을 받기 때문에 북반구의 표층해류는 오른쪽으로, 남반구의 표층해류는 왼쪽으로 편향된다. 그러나 수심이 깊은 곳에서 일어나는 해양순환에 대해서는 아직 자세하게 알려져 있지 않다.

해류의 유속을 측정하는 방법으로는 라그랑주 법과 오일러 법이 있다. 라그랑주 법은 부표(浮漂)를 이용하는데 해류에 따라 다양한 종류의 부표가 이용된다. 해안지역에서의 해수 이동은 트레이서(tracer)를 이용해 추적한다.

또한 라그랑주 법의 일종으로 선박의 항해기록도를 이용해 표층해류 유속을 계산하기도 한다. 오일러 법은 고정된 지점을 흘러가는 유수의 속도를 유속계(流速計)로 측정하는 방법인데, 이때 측정되는 특정 장소에서의 유속은 수심과 시간에 따라 변한다. 이밖에도 지형류(地衡流)를 이용해 수학적으로 계산하기도 한다. 한편 해류의 동역학적 연구는 디지털 컴퓨터가 빠른 속도로 개발됨에 따라 점차 발달중이며, 특히 여러 가지 유체역학적인 반응에 대한 값이 수치로 표현되는 추세이다(→ 지균운동).

해양에서의 생물지화학적 순환

해양에서 일어나는 각종 작용은 해수 조성에 상당한 영향을 미친다. 이러한 작용의 예로는 생물학적 작용, 퇴적작용, 혼합작용이 있다. 생물학적 작용은 육지로부터 공급된 화학물질을 처리해 해수의 조성을 일정하게 조절한다.

그러나 해수 중에 존재하는 화학원소들은 장소와 시간에 따라 변화한다. 해수 조성의 주요변화는 생물학적 활동이 가장 활발한 상층부에서 주로 일어난다. 오늘날의 해양에서 흔히 관찰되는 망간 단괴는 여러 가지 생화학적 작용의 결과로 형성되는 산물이다. 망간 단괴의 성장률은 방사성연대측정 결과 1,000년에 3㎜ 정도인 것으로 밝혀졌다.

해양원격탐사

해양학자들이 직면하는 근본적인 문제 가운데 하나는 해양의 정확한 크기에 관한 정보이다. 초기 해양학자들은 해양의 크기를 측정하기 위해 특수선박 및 특수잠수정에 의존했다.

그러나 이러한 직접탐사에는 비용이 매우 많이 들 뿐만 아니라 폭넓게 연구할 수 없다는 단점이 있어 해양학계는 넓은 지역을 반복해 조사할 수 있는 원격탐사 기술에 관심을 갖게 되었다. 오늘날의 해양 연구에 있어 원격탐사는 매우 중요한 역할을 하고 있으며, 특히 인공위성을 이용한 원격탐사는 해양에 관한 많은 정보를 제공해준다(→ 위성천문대).

해양학적 관찰을 목적으로 만든 최초의 인공위성은 1978년에 띄운 '시샛'(Seasat)호이다. 인공위성은 여러 가지 측정장비를 갖추고 있으며, 해수면의 온도, 해수면으로 유입되는 복사량, 파도의 높이, 해수면 근처에서의 풍속, 해저퇴적물의 이동 양상과 같은 많은 해양관측 자료들을 측정할 수 있다.