해수 순환과 지형류

핵심 정리

해수는 해수면 높이 차나 해수 밀도 차에 따른 수압 차가 생기면 수평 수압 경도력의 영향을 받아 이동한다. 수압 경도력은 수압이 높은 쪽에서 낮은 쪽으로 작용하며, 해수면 높이 차가 클수록 커진다. 해수면이 높은 쪽에서 낮은 쪽으로 향하는 힘과 실제 해수의 이동 방향을 같은 것으로 단정해서는 안 된다. 움직이는 해수에는 전향력도 작용하기 때문이다.

수압 경도력과 전향력이 평형을 이루어 등압선이나 등수압면을 따라 흐르는 해류를 지형류라고 한다. 북반구에서는 전향력이 운동 방향의 오른쪽으로 작용하고, 지형류는 고압부를 오른쪽에 두고 흐른다. 이에 따라 북반구 지형류는 등압선과 나란하며 고밀도 쪽을 왼쪽에 둔다. 해수면 높이는 밀도가 작은 해역에서 높고, 밀도가 큰 해역에서 낮다.

지형류의 유속은 해수면 경사가 클수록 빠르다. 따라서 해수면 등고선 간격이 좁은 곳에서는 경사가 크고 유속이 빠르다. 지형류 유속은 수압 경도력의 크기와 전향력의 크기에 좌우되며, 전향력은 자전 각속도와 위도에 따라 달라진다. 북반구 아열대 해양 순환에서는 해수면이 중심부에서 주변보다 높고, 해류는 그 중심의 고수압 주위를 시계 방향으로 흐른다.

해수의 대규모 순환에는 바람에 의해 형성되는 표층 흐름과 밀도 차에 따른 연직 순환이 관여한다. 남극 주변 해류는 편서풍에 의해 형성되며, 남극 저층수는 남극 주변에서 형성되는 차갑고 밀도가 큰 해수이다. 빙하가 녹아 담수가 유입되면 해수 밀도가 낮아져 심층 순환이 약해진다.

자세히

수압은 해수의 무게 때문에 생기며 수심이 깊을수록 커진다. 한 지점의 수압은 그 지점 위에 놓인 해수의 무게와 관련되므로, 해수면 높이가 다른 두 지점 사이에는 수평 방향의 수압 차가 생길 수 있다. 수압 경도력은 이 수압 차로 해수를 움직이는 힘이다. 힘의 방향은 높은 수압에서 낮은 수압 쪽이며, 해수면의 높이 차로 생긴 경우에는 해수면이 높은 쪽에서 낮은 쪽을 향한다. 같은 수평 거리를 두고 높이 차가 더 크면 해수면 경사가 크고 수압 경도력도 커진다. 반대로 경사가 완만하면 힘은 작다. 높이 차로 힘의 크기를 비교하려면 수평 거리도 확인해야 한다. 지형류에서는 경사와 등고선 간격을 함께 읽어 유속을 판단한다.

해수는 수압 경도력만 받는 것이 아니라 지구 자전에 따른 전향력도 받는다. 처음에는 수압 경도력의 방향으로 움직이기 시작하지만, 운동이 계속되면 전향력이 생겨 흐름의 방향을 바꾼다. 지형류 평형에서는 수평 수압 경도력과 전향력이 서로 균형을 이루고, 해수는 두 힘의 작용 방향에 수직인 방향, 곧 등압선 또는 등수압면을 따라 흐른다. 전향력은 북반구에서 운동 방향의 오른쪽으로 작용한다. 그러므로 북반구 지형류의 흐름을 판단할 때는 고압부를 오른쪽에 두는지를 확인하면 된다. 남반구에서는 전향력 방향이 북반구와 반대이므로, 같은 그림 기호를 보더라도 어느 반구인지 먼저 정해야 한다.

지형류의 방향과 해수면의 경사는 서로 연결되어 있다. 해수면이 높으면 그쪽의 수압이 높고, 수압 경도력은 해수면이 낮은 쪽으로 향한다. 그러나 지형류는 그 힘과 평행하게 흐르는 것이 아니라 전향력과 균형을 이루며 등압선 방향으로 흐른다. 북반구에서는 흐름의 오른쪽에 고압부가 놓이므로, 해수면 높이가 높은 쪽이 흐름의 오른쪽이다. 북반구 지형류는 고밀도 쪽을 왼쪽에 두며 등온선과 나란하게 흐른다. 밀도가 작은 해역의 해수면이 높다는 관계를 함께 쓰면, 밀도 분포와 해수면 모양에서 흐름의 방향을 찾아낼 수 있다.

유속은 그림의 화살표 길이만으로 판단하지 않는다. 지형류 유속은 해수면 경사가 클수록 증가하고, 등고선 간격이 좁을수록 커진다. 또 수압 경도력과 전향력의 평형에서 유속이 정해지므로, 해수면 높이 차뿐 아니라 두 지점 사이의 거리와 위도 조건도 고려해야 한다. 같은 지형류 평형에서 같은 수심의 두 지점 사이 수평 수압 경도력은 같으며, 밀도 차와 수직 거리에 따라 유속이 정해진다. 따라서 자료에 주어진 값을 사용해야 하며 유속을 임의로 정할 수 없다.