해양교육포털
해양환경
대기와 해류
해양은 지구의 커다란 열원이자 냉원으로 엄청난 양의 에너지를 저장하여 대기와 서로 교환한다. 여름철에 해수는 대기로부터 열을 흡수하고 겨울철에는 반대로 대기에 열을 공급한다. 따라서 해수는 열 공급원(sources)과 열 흡수원(sinks)의 두 역할을 해낸다.
더욱이 해양의 운동(해류)은 지구 표면에 많은 양의 열을 운반하고 있다. 따뜻한 적도 지역의 물은 차가운 극 지역으로 흘러가는데 예를 들면, 북서 태평양의 쿠로시오(Kuroshio)해류와 북 대서양의 걸프 스트림(Gulf Stream)은 열을 극쪽으로 운반하는 역할을 한다.
반대로 남동 대서양의 벵겔라(Benguela)해류와 북동 태평양의 캘리포니아(California)해류 같은 차가운 해류는 적도 쪽으로 찬물을 공급하며, 남극 순환류는 전 세계 해양에 찬물을 공급하는 한류의 원천이다.
이러한 해류의 분포는 지구의 열 수지에 균형을 이루도록 하는데, 이것이 없으면 열대 지방은 더욱 더워지고 극지방은 현재보다 더욱 추워져 대부분의 사람들이 살고 있는 온대 지역의 면적은 대단히 감소할 것이다.
대규모의 열 이동은 대기에서도 일어난다. 대기의 제트류(Jet stream)는 걸프 스트림과 같은 해류와 비슷하다. 이 제트류는 대기 중에서 에너지(열)를 따뜻한 적도로부터 차가운 북대서양까지 먼 거리를 운반하는 역할을 한다.
[파도 속으로-박철민 作(제6회 대한민국해양사진대전 입선)]
해양과 대기 사이의 또 다른 중요한 상호 작용은 태평양의 적도 근처를 서쪽으로 불어 가는 강한 무역풍에 의해 생기는데 이것은 따뜻한 표층수를 해안에서 멀리 내보내는 역할은 하는 것이다. 이 결과로 해안 가까이에는 차가운 용승류가 올라오는데 이 용승류는 대륙붕을 따라 영양 물질을 표층으로 운반함으로써 좋은 어장을 형성하게 한다. 대부분의 해양 어업이 상대적으로 좁은 지역에 국한되어 있는 까닭이 바로 여기에 있다.
지구에 대기와 해양이 없다면 어떤 일이 발생할까? 지구는 둥글어서 위도에 따라 태양 복사 에너지 입사각이 달라, 단위 면적당 받는 태양 에너지가 달라지게 된다. 그 결과 적도 지방은 에너지 과잉으로 펄펄 끓는 불덩이가 될 것이고 극지방은 꽁꽁 얼어붙은 얼음덩이가 될 것이다.
지구로 들어온 태양 에너지의 약 30%는 구름이나 지면, 빙하 등에 의해 반사되거나 공기 분자 등에 산란되어 우주 공간으로 방출되는데 이것을 지구의 알베도(반사율)라고 한다. 태양 에너지의 나머지 약 70%는 지면과 대기, 바다 등에 흡수된다. 이렇게 지구에 흡수된 에너지는 다시 우주 공간으로 방출되는데, 이것을 지구 복사라고 한다.
지구는 태양으로부터 흡수하는 에너지와 우주로 방출하는 에너지가 같아 에너지 평형 상태를 이루고 있지만, 위도별로는 입사되는 태양 복사 에너지와 방출하는 지구 복사 에너지에 차이가 난다. 위도 약 38° 이하의 저위도 지역은 에너지 과잉 상태이고, 그 이상의 고위도 지역은 에너지부족 상태이다.
대기와 해수의 순환은 이런 에너지 불균형 때문에 일어나며, 대기와 해수의 순환으로 에너지 불균형 상태가 해소된다. 즉, 태양 에너지를 많이 받은 저위도 지방의 대기와 해수가 고위도 지방으로 이동하여 에너지를 전달해 줌으로써 지구는 전체적으로 에너지 균형을 이루게 된다. 전반적으로 에너지 과잉인 적도 지방의 공기는 상승하여 극지방으로 이동하고, 에너지가 부족한 극지방의 찬 공기는 하강하여 내려오는 순환을 한다.
하지만 지구는 자전을 하기 때문에 실제 대기의 운동은 이보다 복잡해진다. 북반구 저위도 지역에서는 북동 무역풍이, 중위도는 편서풍, 고위도 지역에서는 극동풍이 불어 대기 대순환을 이루게 된다. 한편, 해수의 표층 순환은 대기 대순환의 모습과 비슷하다.
바람에 의해 발생하는 표층 순환은 지구 자전의 효과와 합쳐져 다양한 해류의 순환을 만들어 낸다. 다만, 대기 대순환은 지구 전체를 띠 모양을 이루며 불고 있는데 반하여, 해수의 표층 순환은 해양이 대륙에 의해 막혀 있기 때문에 남극 순환류를 제외하면 지구 전체를 순환하지 못한다.
이처럼 대기와 해양의 순환은 지구 규모의 에너지 순환 과정이다. 최근 지구의 기온 상승에 따라 이들 순환에도 변화가 나타나기 시작했는데, 이는 지역적인 가뭄과 홍수, 사막화뿐 아니라 다양한 기상 현상과 지표의 변화 및 기후 변화를 동반해 생태계에 큰 영향을 주고 있다.
지구 환경은 대기권, 수권, 암권, 생물권으로 구성되어 있으며, 각 구성 요소들 사이에는 물질과 에너지 순환이 끊임 없이 순환하고 있다.
수권에서 증발한 물은 수증기 형태로 기권으로 옮겨진 후 기권안에서 순환하면서 다양한 기상 현상을 일으키며 다시 수권으로 돌아오게 된다. 따라서 해양은 기상 현상에 큰 영향을 주고 있다.
열대 태평양에서 표층해류는 일반적으로 동쪽에서 서쪽으로 흐르는데 무역풍이 동태평양에서 서태평양 쪽으로 불기 때문이다. 그러나 아직 확실치 않은 이유들 때문에 3∼8년의 주기로 바람의 방향이 반대가 되는 변화가 생기는데 이를 남방진동(Southern Oscillation)이라 부른다.
무역풍이 서태평양 쪽으로 많은 양의 물을 끌고 가지만 바람이 약화되면 이러한 해류는 느려지다가 멈추게 되며 태평양 서쪽에 있던 따뜻한 물이 동쪽으로 흐르게 된다.
이런 현상이 크리스마스 즈음에 나타났기 때문에 1890년대 페루의 어부들이 "예수의 해류"라는 표현으로 엘니뇨라고 부르게 되었다. 엘니뇨가 생기면 페루 연안은 태평양 적도 부근의 따뜻한 해수가 밀려와 표층 수온이 평년보다 0.5℃ 정도 상승하는데, 심할 때는 7∼10℃ 정도 높아지게 된다. 높아진 수온에 의해 영양 염류와 용존 산소가 감소하여 어획량이 줄고 어장이 황폐해진다. 중남미 지역에서는 상승기류가 발달하여 폭우나 홍수 등의 기상 이변이 일어난다.
[적조방제작업-이영환 作(제4회 대한민국해양사진대전 동상)]
이는 태평양의 서쪽에 있는 호주나 인도네시아, 필리핀 일대에 심한 가뭄을 가져와 태평양 양쪽 모두에 이상 기상을 일으키고 농업과 수산업 전반에 큰 피해를 준다.
20세기 들어 가장 심각했던 엘니뇨는 1982∼1983년과 1997∼1998년에 일어났다. 1997년에 발생한 엘니뇨로 태평양 동쪽의 페루에서는 약 250,000명의 수재민이 발생되었고 약 16,000채의 가옥이 파괴 되었으며 피해액은 약 25조원을 넘는 것으로 추산되었다. 한편 태평양 서쪽의 아프리카 남부와 파푸아뉴기니에서는 가뭄으로 많은 인명 피해가 발생되었다.
라니냐는 스페인 말로 "소녀"라는 뜻을 가지고 있는데 엘니뇨와 반대로 무역풍이 평년보다 더욱 강해져 서태평양 지역에서 해수면 온도와 수위가 평년보다 상승하게 되고, 적도 동태평양 지역에서는 차가운 해수의 용승 현상이 강해져 평년보다 해수면 온도가 낮은 저수온 현상을 말한다.
최근 발생하는 엘리뇨와 라니냐는 지속 기간이 길어 단순히 국지적인 기상 이변으로 머물지 않고 전 지구적인 대기 순환에도 영향을 미쳐 열대 지역에서 고위도 지역까지 세계 각지의 날씨와 기후에 심각한 영향을 주고 있다.
※ 본 원고는 한국해양재단이 추진한 "해양교육교재 개발" 및 "해양교육 교과관련 콘텐츠 개발" 사업의 성과물을 기초로 작성되었습니다.
