해수의 심층 순환

1. 해수의 심층 순환

[평가원 출제 Code]
• 목표
심층 순환의 발생 원리와 분포를 이해하고, 이를 표층 순환 및 기후 변화와 관련지어 설명할 수 있습니다.

 

• 출제 Point
해수의 밀도가 수온과 염분에 따라 영향을 받음을 T-S 다이어그램을 통해서 이해합니다. 심층 순환에서 주요 해류는 단순화시킨 바다 단면을 이용해서 다루며, 실제 해저 지형이나 대륙의 분포 등이 해류의 방향이나 해수의 대순환에 미치는 영향은 다루지 않습니다.

 

해수의 운동과 관련된 내용은 중학교 내용을 심화하여 표층 순환과 심층 순환까지 다루되, 역학적 원리에 대한 설명은 배제하고 정성적으로 다룹니다.

1-1. 해수의 심층 순환

해수의 심층 순환과 수괴 수온-염분도

1) 심층 순환

• 원인
심층 순환의 생성 원인은 수온과 염분의 변화에 의한 밀도 차이입니다.

 

• 심층 순환의 특징
심층 순환은 수온 약층 하부에서 매우 느리게 일어납니다.

2) 대서양에서의 심층 순환

• 남극 중층수
남극 중층수는 60˚S 부근에서 형성되며 수심 1000m 부근에서 20°N까지 이동합니다.

 

• 북대서양 심층수
북대서양 심층수는 그린란드 해역에서 형성되며 수심 약 1500m~4000m 사이 에서 60˚S까지 이동합니다.

 

• 남극 저층수
남극 저층수는 남극 대륙 주변의 웨델해에서 형성되며, 해저를 따라 북쪽으로 이동하여 30°N까지 이동합니다.

 

[ConFer]
• 심층 순환
심층 순환은 표층 순환보다 유속이 매우 느리고, 수온 약층 아래에서 일어나기 때문에 관찰하기가 매우 어렵습니다. 따라서 심층 순환은 보통 해수의 수온과 염분의 관측을 통한 수괴 분석으로 알아냅니다.

 

• 수괴
수온, 염분, 밀도가 비슷한 해수 덩어리를 수괴라고 합니다. 해수면에서는 대기와 해양 사이에 끊임없이 상호 작용이 일어나므로 수온과 염분이 일정하지 않지만 해수가 침강하면 더 이상 대기와의 상호 작용이 일어나지 않게 되고, 주변 해수와도 쉽게 혼합되지 않으므로 수괴의 수온과 염분이 거의 변하지 않습니다. 따라서 수괴의 수온과 염분을 조사하면 해수가 침강한 곳이나 이동 경로를 추정할 수 있습니다.

 

• 북대서양 심층수
염분 34.9psu, 수온 약 3°C로, 남극 저층수보다 밀도가 작아 30°N 이남에서는 남극 저층수보다 위쪽에 분포합니다.

 

• 남극 저층수
적도까지 이동하는데 약 1000년의 시간이 걸리며 염분 34.65psu, 수온 -0.5°C, 밀도 1.0279$ g/cm^{3} $로, 북대서양 심층수보다 밀도가 큽니다.

1-2. 해수의 수온과 염분의 연직 분포 및 심층 순환

• 적도, 중위도, 극지방 중 해수의 밀도가 가장 높은 곳은 극지방 해역입니다.

 

• 남극 중층수, 북대서양 심층수, 남극 저층수 중 밀도가 가장 높은 해수는 남극 저층수입니다.

 

• 남극 저층수는 웨델해 부근에서 생성되고, 북대서양 심층수는 그린란드 부근에서 생성됩니다.

 

• 대서양에서 남극 중층수, 북대서양 심층수, 남극 저층수가 층을 이루는 이유는 해수의 밀도가 달라 잘 섞이지 않기 때문입니다.

 

• 남극에서 가라앉은 저층수는 침강하여 해저를 따라 적도 부근까지 이동합니다.

1-3. 해수의 순환과 기후 변화

1) 해수의 심층 순환과 표층 순환

• 북대서양의 표층에서 해양의 서쪽 경계를 따라 고위도로 흐르는 해류는 따뜻한 저위도의 해수를 고위도로 운반합니다.

 

• 대기로 열을 빼앗기고 무거워진 해수는 고위도에서 침강하여 심층수가 되고, 심해를 따라 저위도로 이동합니다.

 

• 북대서양 심층수는 대서양의 서쪽 해안을 따라 남쪽으로 흐르다가 남극 저층수와 만납니다. 그리고 남극 대륙 주변을 따라 흐르다가 인도양과 태평양으로 갈라져 이동합니다. 이 심층수는 수온이 올라가면서 점차 표층으로 상승하여 인도양 북부와 북태평양에서 표층수와 연결되고, 다시 대서양으로 흘러 들어갑니다.

2) 지구 온난화와 심층 순환

지구 온난화의 영향으로 수온이 높아지고, 해빙에 의해 염분이 낮아지면 해수의 밀도가 작아져서 심층 순환이 약해집니다.

 

[ConFer]
• 영거 드라이아스기
드라이아스(dryas)는 고위도의 고산 지역에서 번성하는 꽃의 이름입니다. 영거 드라이아스(Younger Dryas)라는 명칭은 빙하기에 지구의 기온이 낮아지면서 이 꽃이 갑자기 번성하였기 때문에 이름이 붙여졌습니다.

 

마지막 빙하기 이후 지구는 계속 따뜻해졌는데, 약 13,000년 전에 '영거 드라이아스'라는 소빙하기가 갑자기 찾아왔습니다. 자료에 따르면 영거 드라이아스 초기에 온도가 급격히 떨어지기 시작해, 1,000여 년 동안 낮은 기온이 지속되었다고 합니다. 또한 이 '영거 드라이아스'가 해수 순환의 변화에 따른 기후 변화라는 증거가 수집되고 있습니다. 북극의 빙하가 녹아서 생긴 많은 양의 담수는 내륙에 호수를 형성했는데, 많은 양의 물을 감당하지 못한 언덕이 갑자기 무너지면서 대량의 담수가 북대서양으로 밀려들었고 이로 인해 심층 순환이 약해지면서 적도의 따뜻한 물을 북쪽으로 이동시키던 대서양 해류의 순환이 멈추게 됐고, 이로 인해 춥고 건조한 시기가 계속되었다는 것입니다.