해류의 순환, 공간적 밀도 차이에는 무엇이 있을까요? 압력 경도력과 부력입니다.

안녕하세요~ 지난 글에 이어 오늘의 해류의 순환에 대해 알려드리겠습니다.

오늘 드릴 정보는 바로 공간적 밀도차이라는 것인데요~

압력 경도력, 부력이라는 단어 들어보셨을까요? 이 개념에 대해 상세히 설명드리도록 하겠습니다!

 

공간적 밀도차이: 압력 경도력과 부력

1) 지형류

 

  - 해양 내부에서 물의 무게(질량*중력 가속도)와 수직적 압력 경도는 가장 큰 힘이지만 두 힘은 수직적으로 균형을 이루고 있으며, 이를 정수합 균형이라고 합니다. 수평적 압력의 차이는 두 지점의 같은 깊이에 작용하는 물 무게의 차이이므로 각 지점의 밀도를 수직 적분한 물 무게의 차이와 각 지점의 해수면 높이 차이에 의해 결정됩니다.

해양에서 어느 깊이에서 수평적으로 압력이 차이나면 이 압력 경도에 의해 흐름이 발생하며, 힘의 방향은 고압에서 저압으로 향합니다. 해양 내부에서 거리가 수십 km 이상, 시간이 수일 이상에 해당하는 현상의 경우 수평적 압력 경도는 거의 정확하게 전향력과 균형을 이루게 됩니다. 이 힘의 균형을 지형류 균형이라고 하며, 지형류 균형에서의 흐름을 지형류라고 합니다. 대양에 존재하는 대부분의 해류들은 지형류에 속하고, 그 중에서도 흐름이 강하고 지속적이며, 100km 정도의 흐름 폭을 갖는 쿠로시오나 멕시코만류가 유명합니다.

지형류는 등압선에 따라 흐르며, 북반구에서는 흐름 방향을 보고 있을 때 고압이 관측자의 오른쪽에 있습니다.

고압에서 저압으로 향하는 압력 경도력과 흐름의 오른쪽으로 작용하는 전향력이 균형을 이룬 상태입니다.

 

2) 침강류

 

  - 중력장 하에서 해수는 고밀도수가 저밀도수 아래에 있어야 안정된 위치를 유지할 수 있습니다. 만약 표층에서 해수가 열을 잃어 온도가 낮아지면 밀도가 증가되고, 이 때 아래쪽 해수보다 밀도가 크게 되면 부력에 의해 표층 해수는 침강하게 되고, 아래의 저밀도수는 상승하게 됩니다. 침강하는 해수는 같은 밀도의 해수가 있는 층까지 내려가는데 해수의 침강은 수직 속도를 가지지만, 수평적으로 발생하는 해류에 비해 속력이 매우 작아 해류라고 하기는 어렵습니다.

해수의 침강은 극지방 주변에서 혹한의 날씨로 기온이 급강하면 빙하가 형성되면서 빙하 사이로 해수가 대기에 노출된 지역에서 발생되기도 합니다. 

증발량이 강수량보다 많아 고염의 해수가 만들어지는 지중해와 홍해 지역에서는 고염에 의한 고밀도수가 대서양이나 인도양으로 흘러나오며, 밀도가 높은 심층으로 침강하기도 합니다. 극지방에서 해수 침강은 심층 혹은 저층수를 공급하는 중요한 과정입니다. 수괴의 형성 과정이기도 하며, 특히 상층수가 심층으로 공급되면서 심층에 산소가 공급되기도 합니다.

물질 보존 법칙을 만족하기 위해서는 침강하는 해수만큼 표층수가 침강 지역으로 공급되어야 하고, 한편 침강된 해수가 심층으로 퍼지는 양만큼 해양의 어디에선가는 상승(용승)되어야 합니다. 따라서, 수평적 해수 순환은 수직적 순환과 연결되어 있으며 만약 수직 순환이 발생하지 않으면, 수평 순환도 약해지거나 멈추게 될 수 있는 것입니다.

 

대양 순환계: 흐름 분포와 특성

1) 표층 순환(풍성 순환)

 

  - 표층 순환은 바람에 의해 형성된다고 하여 풍성 순환이라고도 합니다. 표층순환은 저위도의 무역풍, 중위도의 편서풍, 고위도의 편동풍에 의해 유발됩니다. 이들 풍계는 년 평균치로 보면 됩니다. 이러한 평균적 바람 분포는 무역풍과 편서풍이 바다 표면을 북반구에서는 시계방향으로, 남반구에서는 반시계방향으로 회전시키는 응력을 가하게 됩니다.

해양의 표층에서는 취송류가 형성되어 북반구에서는 바람의 오른쪽, 남반구에서는 바람의 왼쪽 45도 방향으로 표층 해류가 발생하여 무역풍과 편서풍에 의해 적도 부근에서는 서향류, 중위도 해역에서는 동향류가 됩니다. 이들 해류는 남북으로 가로막고 있는 육지 경계를 따라 해양의 서쪽에서는 적도에서 중위도 서안 경계류를, 동쪽에서는 중위도에서 적도로 연결되는 동안 경계류를 형성합니다. 실제 각 대양에서는 육지의 분포에 따라 해양의 경계가 달라지며, 이로 말미암아 해류의 위치와 방향이 변형된 모습으로 나타납니다.

 

2) 심층 순환(열염순환)

 

  - 표층 순환이 상층 1km 미만의 깊이까지 바람에 의해 발생한다면 그 아래 4~5km 두께의 4도 미만의 많은 양의 심층, 저층수는 어떤 운동을 하며, 무엇이 운동을 유발하는가? 표층 순환에 의해 적도에서 고위도로 이동하는 표층수는 고위도 해역에서 열을 잃고 찬 해수로 되며, 밀도가 증가합니다. 고밀도의 해수는 깊은 곳까지 가라앉으며 퍼져나가 대양저를 채우고 심해 확산과 혼합이 이 물을 영구 수온약층까지 끌어올립니다. 

고위도 해역에서 가장 높은 밀도를 만드는 곳은 북대서양 노르웨이해 그리고 남극 주변입니다. 북태평양에서도 심층수가 만들어지지만 밀도가 충분히 높지않아 해저까지는 침강하지 못합니다. 중위도, 저위도에서는 겨울에 밀도가 높은 물이 만들어져도 수백 m 깊이까지 밖에 침강하지 못합니다. 예외적으로 고염수가 만들어지는 지중해에서는 대서양 1,000m 깊이로 고염수가 침강하며 퍼져나갑니다. 침강하는 고밀도수가 만들어지기 위해서는 그 지역에서 온도가 낮아져야 하는 것뿐만 아니라 염분도 높아야 합니다. 염분이 높은 해수의 온도가 낮아지는 지역이 북대서양 고위도와 남극 주변입니다.