0. 목차
- 바닷물의 양과 부피
- 해저 지형
- 바닷물의 성분
- 바다의 역할
- 바다의 생물
1. 바닷물의 양과 부피
1-1. 바닷물의 양
바다는 지구 표면의 약 70%를 차지하고 있으며, 평균 수심은 약 3700m 정도이다. 지구 전체 바닷물의 양은 약 13.5억 km3정도로 지구 전체에 있는 물의 97.4%에 해당한다. 하지만 지구 전체로 보면 바닷물의 무게는 지구 전체 무게의 0.02%밖에 되지 않는다. 이는 지구 입장에서 보면, 바다는 매우 얇은 막과 같은 존재이기 때문이다. 아래의 표는 반지름 약 6400km인 지구의 크기와 물을 모아 공 모양으로 만든 바닷물의 크기를 상상해 비교해 본 것이다.
| - | 물을 모조리 제거한 지구 | 바닷물을 모은 공 | 바닷물 이외의 물을 모은 공 |
| 부피 | 1조 830억 km3 | 13.5억 km3 | 3600만 km3 |
| 반지름 | 6357 km | 689 km | 210 km |
| 무게 | 약 6경 톤의 10억 배 | 135경 톤 | 3경 9000조 톤 |
1-2. 지구 규모에서 생각해 보면 바다는 매우 얇다.
반지름 3cm 정도의 달걀을 생각해 보자. 달걀의 껍데기의 두께는 평균 0.3mm 정도이다. 달걀의 껍데기는 달걀의 반지름의 약 100분의 1 정도의 두께를 가지고 있는 셈이다. 지구에 대해서도 이와 같이 생각해 보자. 지구의 반지름은 약 6400km로, 바다의 평균 수심인 3700m라는 수치는 지구 반지름의 1000분의 1 이하에 지나지 않는다. 결국, 지구에 대한 바닷물의 층은 달걀의 껍데기보다도 얇은 셈이다. 즉, 인간의 관점에서 보면 바다는 매우 방대해 보이지만, 지구 규모에서 보면 바다는 지구의 표면을 덮은 매우 얇은 막과 같은 존재인 것이다.
2. 해저 지형
2-1. 해저 지형의 측정
바닷물은 빛을 비롯한 '전자기파'를 별로 통과시키지 않기 때문에, 전자기파로는 해저 지형을 관측할 수 없다. 그래서 해상의 측량선에서 해저로 '음파(Sound Wave)'를 발사하고, 그 음파가 해저에서 반사되어 돌아오는 모습을 관측함으로써, 해저 지형을 측정해 왔다. 다만 측량의 정밀도는 수심이 깊어질수록 떨어진다는 한계가 있다. 예컨대 수심 4000m의 해저 지형의 경우, 10m 전후의 것을 구별하는 정도가 한계이다. 게다가 음파로 측정된 영역은 지구 전체 해저 지형의 10% 정도에 지나지 않는다.
해저 지형을 아는 방법으로는 해수면 높이의 미세한 차이를 측정하고, 그 결과를 바탕으로 해저의 높낮이를 추정하는 방법도 있다. 수심이 낮은 곳은 해저에서 해수면까지의 거리가 짧기 때문에 중력이 조금 강하다. 그 이유는 해저가 바닷물보다도 밀도가 커서 더 강한 중력을 미치기 때문이다. 해수면 높이의 측정은 인공위성을 통해 이루어진다. 현재는 해수면의 높이를 mm 단위의 정밀도로 측정할 수 있다. 이리하여, 평균적인 수심의 곳에서는 수평 방향의 크기가 수 km인 것을 구별할 수 있는 정밀도로 해저 지형을 추정할 수 있게 되었다.
2-2. 해령과 해구
해저는 평탄한 곳이 아니다. '해령(Oceanic ridge)'이라는 장대한 산맥과 '해구(Trench)'라는 깊은 골짜기, 그리고 점점이 이어진 바다의 산인 해산의 줄이 있다. '해령'은 바다 밑에서 만들어진 마그마가 식어 굳으면서 새로운 '해저'가 만들어지는 곳이다. '해저(submarine)'는 지구 표면을 덮는 '판(plate)'이라고 하는 암반의 표면 부분으로, 판은 조금씩 이동하고 있다. 판은 각가 다른 방향으로 천천히 이동해, 판끼리 부딪쳐 만나는 곳에서 무거운 판이 가벼운 판의 밑으로 가라앉는다. 판이 다른 판 밑으로 들어가고 있는 곳이 '해구'이다.
2-3. 해저 지형도
아래의 지도는 '미국 해양대기청(NOAA: National Oceanic and Atmospheric Administration)'에서 제작한 '해저 지형도'이다. 파란색이 진할수록 깊은 곳을 가리킨다. 태평양 동부나 대서양 중앙부에는 '해령'이라고 하는 장대한 해저 산맥이 있다. 한편 태평양 연안 지역에는 수심이 깊은 골짜기 같은 지형이 이어진 곳이 있다. '해구'라고 불리는 이곳은 판이 다른 판의 밑으로 가라앉는 영역이다. 하와이 제도 등 화산 섬이나 해산이 이어진 곳은 맨틀로부터 마그마가 상승하는 '열점(hot spot)'이라는 영역이다. 이들 지형은 모두 근본적으로는 지구 내부의 열이 외부로 방출되는 과정에서 일어나는 지구 활동의 산물이다.
3. 바닷물의 성분
3-1. 소금의 주성분은 염화나트륨
바닷물이 짠 이유는 소금이 녹아 있기 때문이다. 바닷물에서 물을 증발시키면 소금이 고형물로 남는데, 평균적으로 1kg의 바닷물 속에는 35g의 소금이 포함되어 있다. 만약 바닷물을 모두 증발시키고 얻은 소금의 주성분인 '염화나트륨(NaCl)'을 공 모양으로 만들면, 반지름이 약 170km가 될 것이다. 바닷물의 소금 가운데 80% 가까이가 '염화나트륨(NaCl)'이다. 또 '염화나트륨'은 바닷물 속에서 '염화 이온(Cl-)'과 '나트륨 이온(Na+)'으로 존재한다.
3-2. 바닷물이 짠 이유
이렇게나 많은 '염소(Cl)'와 '나트륨(Na)'이 바다에 녹아있는 이유는, 결국 바다가 짠 이유는 바다가 탄생할 무렵까지 거슬러 올라간다. 당시 지구의 대기하는 염화수소 가스가 대량으로 포함되어 있었고, 그것이 바다에 녹아들었기 때문에, 당시의 바다는 강한 산성이었던 것으로 보인다. 따라서 지표를 구성하는 암석에 포함된 나트륨 등이 산과 반응해 바닷물에 녹아들었던 것이다.
'염소(Cl)'와 '나트륨(Na)'에 이어 바닷물 속에 존재량이 많은 원소는 '마그네슘(Mg)', '황(S)', '칼슘(Ca)', '칼륨(K)', '브롬(Br)', '탄소(C)', '질소(N)', '스트론튬(Sr)' 등이다. 이 밖에 원소도 농도는 낮지만 바닷물 속에 포함되어 있다. 안정적으로 존재할 수 없는 원소를 제외한 거의 모든 원소가 바닷물 속에 포함되어 있다. 아래는 바닷물 1kg 속에 녹아있는 원소의 양을 정리한 것이다. 'ng(나노그램)'은 10억 분의 1g이다.
| 원소 | 바닷물 1kg 속에 녹아있는 원소의 양 |
| 염소(Cl) | 19,350,000,000ng |
| 나트륨(Na) | 10,780,000,000ng |
| 마그네슘(Mg) | 1,280,000,000ng |
| 황(S) | 898,000,000ng |
| 칼슘(Ca) | 412,000,000ng |
| 칼륨(K) | 399,000,000ng |
| 브롬(Br) | 67,000,000ng |
| 탄소(C) | 27,000,000ng |
| 질소(N) | 8,720,000ng |
| 스트론튬(Sr) | 7,800,000ng |
| 붕소(B) | 4,500,000ng |
| 산소(O) | 2,800,000ng |
| 규소(Si) | 2,800,000ng |
| 플루오린(F) | 1,300,000ng |
| 아르곤(Ar) | 620,000ng |
| 리튬(Li) | 180,000ng |
| 루비듐(Rb) | 120,000ng |
| 인(P) | 62,000ng |
| 아이오딘(I) | 58,000ng |
| 바륨(Ba) | 15,000ng |
| 우라늄(U) | 3,200ng |
| 니켈(Ni) | 480ng |
| 아연(Zn) | 350ng |
| 구리(Cu) | 150ng |
| 철(Fe) | 30ng |
| 알루미늄(Al) | 30ng |
| 망간(Mn) | 20ng |
| 텅스텐(W) | 10ng |
| 티타늄(Ti) | 6.5ng |
| 네오디뮴(Nd) | 3.3ng |
| 납(Pd) | 2.7ng |
| 은(Ag) | 2.0ng |
| 코발트(Co) | 1.2ng |
| 수은(Hg) | 0.14ng |
| 백금(Pt) | 0.05ng |
| 금(Au) | 0.02ng |
4. 바다의 역할
지구가 표면에 가지고 있는 액체 상태의 물은 지구의 환경에 커다란 영향을 미치고 있다.
4-1. 바다는 대기에 비해 1000배 따뜻해지기 어렵다.
'열용량(Heat capacity)'이란 어떤 물질의 온도를 1℃ 높이는데 필요한 '열량(열의 양)'을 말한다. 같은 성질을 가진 물체라면, 물체의 양이 많아질수록 열용량도 커진다. 또 열용량의 크기는 '비열'에 의해서도 좌우된다. '비열(Specific heat)'이란 어떤 정해진 양의 물체의 온도를 1℃ 높이는데 필요한 열량을 말한다. 결국, '비열'이 큰 물체가 대량으로 존재할수록 '열용량'은 커진다.
바다의 열용량과 대기의 열용량을 비교해 보자. 실제로는 온도, 압력, 염분 농도 등에 의해 값이 변하지만, 바닷물의 비열은 대기 비열의 대략 4배이다. 그리고 바닷물 전체의 질량은 대기 전체 질량의 250배 정도이다. 따라서 바닷물 전체의 영용량의 대기 전체 열용량의 약 1000배가 된다. 바다가 안정된 온도를 유지해 준 덕분에, 지구 전체의 기후가 평온해질 수 있었다. 바닷물 덕분에 생명체에게 알맞은 환경이 유지되고 있는 것이다.
4-2. 이산화탄소를 흡수하는 2개의 경로
바다는 지구 온난화의 주요 원인인 이산화탄소의 흡수 장소로도 중요한 역할을 하고 있다. 최근에는 산업혁명 이후, 대기 중으로 배출된 '온실 가스'에 의한 '지구 온난화'가 문제가 되고 있다. 인위적인 활동에 의해 증가한 대기 속의 이산화탄소 가운데 약 90%는 최종적으로는 바다에 흡수되고 있는 것으로 추정된다. 이런 점에서도 바다는 지구 온도의 급변동을 억제하는 작용을 하고 있다고 할 수 있다.
이산화탄소의 흡수 경로는 크게 '용해 펌프(Dissolution Pump)'와 '생물펌프(Biological Pump)' 두 가지다. 하나는 대기에서 직접 녹아드는 '용해 펌프'라는 작용에 의해서다. 표층 부근에서 이산화탄소가 녹아든 바닷물은 수직 방향의 바닷물 순환에 의해 이산화탄소와 함께 심해로 가라앉는다. 또 하나는 '생물 펌프'라는 작용에 의해서다. 해수면 부근에 증식하는 플랑크톤의 몸이나 껍질의 재료로 이산화탄소가 사용되어, 그 몸이나 껍질의 일부가 분해되지 않고 심해로 운반되는 작용을 말한다. 장기적으로 보면 바다는 대기 속의 이산화탄소를 모두 흡수할 수 있을 만큼의 충분한 여유가 있다. 그런데도 불구하고 이산화탄소의 농도가 증가하는 이유는 바다의 흡수를 웃도는 속도로 이산화탄소가 방출되고 있기 때문이다.
5. 바다의 생물
5-1. 태양광이 미치는 범위
태양광에는 다양한 파장의 빛이 섞여 있다. 빛은 바닷물 속을 통과하면서 점점 약해지는데, 바닷물을 통과할 수 있는 색은 파장에 따라 다르다. 특히 우리가 빨간색이나 주황색이라고 느낄 수 있는 빛은 10m도 통과하지 못한다. 하지만 파란색이나 남색 파장의 빛은 백수십 m 정도까지도 표층의 1% 정도는 통과할 수 있다. 또 도달거리는 바닷물의 투명도에 따라 크게 달라지는데, 바닷물이 투명한 경우 수심 1000m까지도 미약하게 빛이 도달하기도 한다.
5-2. 바다 생물의 대부분은 표층 부근에 집중해 있다.
육상 생태계의 중심을 이루고 있는 것은 식물이다. 식물은 질소나 이산화탄소, 인 등의 무기물을 재료로 하고 태양광 에너지를 사용해 '광합성'을 해서 유기물을 만들어 낸다. 식물을 '1차 생산자'라고 하며, 식물이 생산한 유기물에 의존해 살아가는 생물을 '종속 영양자(Heterotrophics)'라고 한다.
바다에서 육상의 식물과 같은 역할을 담당하는 것은 '식물 플랑크톤(Phytoplankton)'이다. 단 빛은 바닷물 속을 자유롭게 통과할 수 없다. 바닷물 속을 통과할 수 있는 파란색이나 남색 파장의 빛이 통과할 수 있는 경우에도, 빛의 강도는 100m를 진행하면 1% 정도로 낮아진다. 빛이 1%까지 투과되는 깊이로 광합성이 나타나는 영역을 '유광층'이라고 하는데, 유광층은 최대 수심 150m까지이다. 이 영역은 식물 플랑크톤의 '광합성량(유기물 생산량)'이 '호흡량(유기물 소비량)'을 넘는 층이다. 그래서 식물 플랑크톤은 표층 부근 표층 부근인 '유광층'에 집중해 존재한다. 그리고 식물 플랑크톤을 먹는 '동물 플랑크톤'도 표층 부근에 집중해 존재한다. 그리고 '동물 플랑크톤'을 먹는 작은 물고기도 표층 부근에 존재하며, 그것을 먹는 대형 어류도 표층 부근을 중심으로 활동한다. 결과적으로, 바다 생물의 대부분은 연안부의 얕은 부분이나 먼바다의 표층 부근에 집중해 있는 셈이다.
5-3. '해양의 생산력'은 저위도 지역에서는 낮다.
하지만 표층 부근이라고 해서 어디든지 생명 활동이 활발한 것은 아니고, 적도에 가까운 저위도 지역에서는 식물 플랑크톤의 양이 적다. 왜냐하면 저위도 지역에서는 표층 부근의 바닷물의 온도가 높아, 중층 이하의 바닷물이 위로 올라오기 어려워 식물 플랑크톤에 성장에 필요한 물질이 부족하기 때문이다. 하천으로부터 영양분이 공급되는 연안부나 심해로부터 영양분이 올라오기 쉬운 중위도나 고위도 지역에 '식물 플랑크톤'이 많은 경향이 있다.
아래의 지도는 해양의 표층 부근의 '엽록소(Chlorophyll)'의 양을 인공위성을 통해 측정한 결과이다. 엽록소는 광합성을 할 때, 빛에너지를 흡수하는 역할을 담당하는 물질로, 엽록소가 많이 있는 곳은 '식물 플랑크톤'의 양도 많다. 아래의 지도에서는 빨간색에 가까운 부분일수록 엽록소 양이 많고, 파란색에 가까울수록 엽록소의 양이 적음을 나타낸다. 이 지도를 보면, 저위도 지역의 먼 바다에서는 식물 플랑크톤이 적어, '유기물 생산량'이 적다는 사실을 알 수 있다.
한편, 해양 전체의 생물의 양은 육상 전체의 생물과 비교하면 대략 1000분의 1 정도로 추정된다. 여기에는 육상의 식물이 광합성의 산물을 자신의 몸에 저장해 거대화하는 현상의 영향이 크기 때문인 것으로 생각된다. 하지만 광합성에 의한 '유기물 생산량'을 비교하면, 육지 생물과 바다 생물이 거의 비슷하다고 추정된다.
