0. 목차
- '해류'란 무엇인가?
- '해류'의 유량
- '해류'가 생기는 이유
- 열염 순환
- 해류는 지구 환경에 어떤 영향을 끼치는가?
- 쿠로시오 해류의 사행
1. '해류'란 무엇인가?
'해류(Oceaninc current)'란 항상 대체적으로 같은 방향으로 흐르는 바닷물의 흐름을 말한다. 바닷물의 흐름에는 '만조(조석현상에 의해 해수면이 하루 중에서 가장 높아졌을 때)'와 '간조(조석현상에 의해 해수면이 하루 중에서 가장 낮아졌을 때)'가 반복되는 '조석'에 의해 만들어지는 '조류'도 있지만, 조류는 시간의 흐름과 함께 흐르는 방향이 바뀌므로 해류는 아니다. 세계에는 대규모 해류부터 소규모 해류에 이르기까지 다양한 해류가 흐르고 있다. 실제의 흐름은 아래의 그림보다 훨씬 더 복잡한 흐름이지만, 여기에서는 주요한 해류를 중심으로 단순화시켰다. 또 해류 중에는 바다 깊은 곳을 흐르는 해류도 있지만, 우선 바다의 표층 부근을 흐르는 것에만 주목해 보자.
세계 해류의 분포를 보면 북반구에서는 시계 방향으로, 남반구에서는 시계 반대 방향을 흐르는 해류가 눈에 띈다. 해류는 강처럼 한 번 흘러가고 마는 것이 아니라, 한 번 흘러간 물이 대양을 한 바퀴 돌아오는 대규모의 물의 순환 시스템이다. 또 상공의 공기에 열을 전달하는 해류인 '난류'가 있고, 상공의 공기로부터 열을 빼앗는 해류인 '한류'가 있다. 해류는 열과 다양한 물질을 운반하면서, 지구의 환경에 커다란 영향을 미치고 있다.
2. '해류'의 유량
하천의 유량은 구체적인 위치와 계절 등의 요인에 따라 크게 달라진다. 한강의 경우, 한강대교 부근의 평균 유량은 1초당 약 200톤이다. 하지만 홍수 때의 최대 유량은 1800톤까지 올라가기도 한다. 세계에서 최대의 유량을 자랑하는 '아마존 강(Amazon River)'의 유량은 초당 20만 톤으로 추정된다. 한강의 약 1000배에 이르는 막대한 양의 물이 흐르고 있는 것이다.
그러면 해류로서 흐르는 바닷물의 양은 어느 정도일까? 북서 태평양에는 '쿠로시오 해류(Kuroshio Current)'가 흐르고 있다. 그 유량은 측정 지점이나 계절에 따라 크게 변하기는 하지만, 그 양은 놀랍게도 초당 2000만~5000만 톤에 이른다. 세계 최대의 강인 '아마존 강'과 비교해도 100배 이상, 한강과 비교하면 10만 배 이상이라는 엄청난 양이다. 동해에서 흐르는 '대마 난류(쓰시마 난류)'는 비교적 소규모의 해류이지만 초당 200만 톤 정도의 유량을 가지고 있다. 가장 유량이 많은 해류는 남극 대류를 도는 '남극 환류(Antarctic Circumpolar)'로 그 유량은 초당 1억 톤을 넘는다고 한다.
2-1. 해류의 속도
그러면 해류가 흐르는 속도는 어느 정도일까? '쿠로시오 해류'의 경우, 중심 부분의 유속은 장소와 시간에 따라서는 초속 2.5m를 넘는 경우도 있다. 초속 2.5m는 시속 9km에 해당하는 빠르기로, 세계 최고 수준의 수영 선수도 거슬러 오르기 어려운 빠른 속도이다. 해류의 '폭'과 '두께(깊이 방향의 폭)'도 해류에 따라 다양하다. 쿠로시오 해류의 경우, 폭은 100km 전후이며, 두께는 1000m에 이르는 경우도 있다. 단, 흐름의 중심에서 멀어질수록, 해수면에서 깊어질수록 물의 움직임은 느려진다.
그럼 해류 유량의 단위로는 무엇을 사용하고 있을까? 해류는 엄청나게 많은 양의 물을 운반하기 때문에 이를 표현하기 위해 '스베드럽(Sverdrup, 기호 Sv)'이라는 단위로 나타내기도 한다. '스베드럽'은 매초 약 100 톤의 유량을 나타내는 단위이다. 노르웨이의 해양학자 '하랄 스베드룹(Harald Sverdrup, 1888~1957)'의 이름에서 유래했다. '쿠로시오 해류'의 해류의 유량을 '스베드럽'의 단위로 나타내면, 20~50Sv 정도가 된다.
3. '해류'가 생기는 이유
3-1. 해수면에는 고저차가 있다.
만약 바닷물이 전혀 움직이지 않고, 지구 표면에 가만히 고여 있으면, 해수면은 '수평'일 것이다. 어디에도 기복이 없고 지구의 중력 방향에 대해 수직 방향으로 수면이 계속 펼쳐질 것이다. 하지만 실제 해수면은 수평이 아니라 고저차가 있다. 태평양의 가장 높은 곳과 가장 낮은 곳에는 무려 1m 이상의 고저차가 있다.
'쿠로시오 해류(북태평양 서부와 일본열도 남쪽을 따라 북쪽과 동쪽으로 흐르는 해류)'나 '쿠릴 해류(쿠릴 열도의 동안을 따라 남하하여 일본에 이르는 해류)' 등을 보면, 해수면에 만들어진 언덕이나 움푹 팬 곳 주위를 도는 것처럼 흐른다는 점을 알 수 있다. 이처럼 바다에는 '요철(오목함과 볼록함)'이 생기고, 그 부분을 에워싸듯 해류가 흐르고 있다. 여기에는 해상에 부는 바람이 크게 관계하고 있다.
3-2. 해상에 부는 바람이 해류를 만든다.
대야에 물을 받아놓고 수면 부근에서 '후'하고 바람을 불면, 바람의 흐름에 끌리듯이 수면 부근의 물이 움직이다. 방대한 바닷물의 흐름인 '해류'도 이와 마찬가지로, '무역풍'이나 '편서풍'이라는 거의 같은 방향으로 부는 바람에 의해 만들어진다. 다만, 실제 해류는 단순하게 바람이 부는 방향으로 운반되어 생기는 것은 아니다.
태평양 북반구의 해류를 예로 들어 살펴보자. 지구의 자전의 영향으로, 북반구에서는 물체의 진행 방향이 본래의 진행 방향보다 오른쪽으로 쏠리는 성질이 있다. 이 현상을 일으키는 겉보기 힘을 '코리올리 힘(Coriolis force)'이라고 한다. 코리올리 힘은 물체가 운동하는 시간이나 거리가 클수록 그 효과가 나타난다. 그래서 예컨대 '코리올리 힘'은 일상생활 수준에서는 영향이 거의 없다. 예컨대, 실제 지구상에서 공의 이동은 순식간에 끝나기 때문에 '코리올리 힘'은 전혀 느낄 수 없다. 하지만 천천히 움직이는 바다와 대기의 순환에서는 코리올리 힘이 매우 중요하다.
바람에 의해 바닷물이 운반되는 경우도 마찬가지로, '북반구에서는 바닷물의 이동 방향은 오른쪽으로(남반구에서는 바닷물의 이동 방향은 왼쪽으로)' 쏠린다. 비스듬히 오른쪽 방향으로 쏠려 움직인 바닷물이 이번에는 그 바로 밑의 바닷물을 움직인다. 이때의 바닷물의 이동 방향도 표층 바닷물의 이동 방향으로부터 오른쪽으로 쏠린다. 이리하여, 바닷물의 이동 방향은 깊어짐에 따라 연달아 오른쪽으로 연달아 쏠려나가며, 전체적으로는 바람의 진행 방향에 대해 90° 오른쪽이 된다. 이처럼 이렇듯 '코리올리 힘'의 작용으로 해수가 바람 방향에 대해 직각으로 수송되는 현상을 '에크만 수송(Ekman Transport)'이라 한다.
3-3. 해류와 고기압의 공통점
북반구에서 '무역풍(Trade Wind)'은 거의 서쪽으로 불고, '편서풍(Westerlies)'은 거의 동쪽으로 분다. 이 무역풍과 편서풍의 아래에 있는 바닷물에 대해 생각해 보자. 위에서 소개한 '에크만 수송'에 의해, 두 바람 사이에는 바닷물이 모이게 된다. 바닷물이 모임으로써 해수면이 상승하고 주위에 비해 수압이 높아진다. 이 수압의 차이를 해소하기 위해, 모인 바닷물은 해수면으로부터 아래층으로 가라앉아, 애크만 수송이 일으키는 층 밑을 지나 '주변으로 퍼지려고 한다. 그때 '코리올리 힘'에 의해, 바닷물은 아래층에서 오른쪽으로 휘어지면서 퍼져나간다. 이것은 고기압의 둘레에서 시계 방향으로 바람이 불어 나가는 것과 같은 메커니즘이다.
3-4. 서안 강화
다만, 이것만으로는 쿠로시오 해류처럼 강력한 해류가 되지는 않는다. '코리올리 힘'은 고위도일수록 강하게 작용하므로, 그 영향으로 바닷물 순환의 중심점이 서쪽으로 쏠리게 된다. 그 결과, 대양의 서쪽에는 '쿠로시오 해류'처럼 폭이 좁은 급류가 되고, 나머지 부분은 매우 느린 흐름이 된다. 이처럼 지구상의 해류는 모두 바다의 서쪽에서 강해지는데, 이 현상을 '서안 강화(Westerly intensification)'라고 한다. 이처럼 소용돌이가 서쪽으로 움직이는 현상은 해양뿐 아니라 대기에서도 보이는데, 대기에서 나타나는 '서안 강화' 현상은 '로스비파(Rossby wave)'라고 한다.
4. 열염 순환
해류는 표층에만 존재하는 것이 아니다. 표층에서 수천 m 심해로, 심해에서 표층으로 순환하는 흐름도 있다. 이러한 순환을 '열염 순환(Thermohaline Circulation)'이라고 한다.
바닷물은 수온이 낮을수록, 염분이 높을수록 밀도가 커진다. 밀도가 높은 바닷물은 가라앉으려 하고, 밀도가 낮은 바닷물은 상층으로 떠오르려 한다. 바다에서는 기본적으로 표층의 수온이 높고, 깊어질수록 수온이 낮다. 해저 부근에는 항상 수온이 낮고 무거운 물이 고이며, 표층 부근에는 항상 수온이 높고 가벼운 물이 머물면서 층 모양의 구조를 이루고 있다. 이러한 밀도의 벽 때문에 바닷물은 수평 방향으로 이동하기는 쉽지만, 특별한 사정이 없으면 수직 방향으로 이동하기는 어렵다. 그런데 이러한 특별한 일이 일어나는 곳이 실제 있는데, 바로 '북대서양 북부'와 '남극 대륙 주변'이다.
- 북대서양 북부: 저위도 지역에서 바다는 대기로부터 열을 빼앗지만, 고위도 지역에서는 대기로 열을 방출한다. 대서양 표층 부근의 바닷물은 원래 염분이 높다는 특징이 있는 데다가, 이 바닷물이 대서양 북부로 옮겨져 고위도 지역의 차가운 대기에 열을 뺏긴다. 염분이 높은 물은 저온까지 되면 밀도가 더욱 커져, 아래층보다 밀도가 커지는 역전 현상이 일어나 심해까지 가라앉게 된다.
- 남극 대륙 주변: 남극 대륙의 주변은 조금 사정이 다르다. 남극 대륙 주변에서는 대기에 열을 빼앗겨 바닷물이 차가워지는데다가, 바닷물의 표면이 얼어붙어 그 주변 바닷물의 염분이 높아지는 효과가 더해져 바닷물이 가라앉는다. 바닷물은 얼 때, 얼음 속으로 소금이 거의 들어가지 않는다.
- 심층 해류는 서서히 표층 부근으로 돌아온다: 심해로 가라앉은 바닷물은 '심층 해류'가 되어 천천히 전 세계의 심해를 이동한다. 그 속도는 초속 약 몇 cm 정도로, 평균적인 표층의 해류와 비교하면 10분의 1 정도에 지나지 않는다. '심층 해류'는 각각 대양의 해저를 천천히 흐르는 사이에 그 조금 위에 있는 약간 따뜻한 바닷물에 의해 데워지거나, 밀도가 조금씩 작아지면서 서서히 표층 부근으로 돌아온다.
5. 해류는 지구 환경에 어떤 영향을 끼치는가?
'표층 해류(Surface Layer Current)'와 '심층 해류(Deep Sea Current)'는 모두 '물질(Matter)'과 '열(Heat)'을 운반함으로써 지구에 커다란 영향을 끼치고 있다. 그 메커니즘과 영향에 대해서 알아보자.
5-1. 해류는 어떻게 바다 생태계를 떠받치는가?
일반적으로 고위도 지역에 있는 바닷물은 많은 영양분을 포함하고, 있어 바다 생태계를 떠받치고 있다. '편서풍(westerlies)'과 '극동풍(polar easterlies)' 사이에에 낀 지역은 에크만 수송에 의해 바닷물이 운반되어 나온다. 이에 바닷물을 보충하려고 아래층에서 바닷물이 올라온다.
5-1-1. 한류가 생태계에 미치는 영향
이 바닷물에는 플랑크톤의 사체 등이 표층 부근에서 가라앉아 분해되어 생긴 영양분이 포함되어 있으며, 아래층에서는 이것을 이용하는 생물이 적기 때문에 영양분이 매우 풍부하다. 이러한 바닷물이 올라오기 때문에, 고위도의 바닷물은 영양분이 풍부하다. 이렇게 올라온 바닷물은 '한류(cold current)'가 되어, 고위도 지역에서부터 저위도 지역을 향해 흐르는 것이 많다. 그래서 한류는 저위도 지역을 향해 영양분을 공급하는 역할을 한다.
5-1-2. 난류가 생태계에 미치는 영향
반면, '난류(warm current)'는 영양분이 아주 부족한 중위도, 저위도 지역을 흐르는 것이 많아 영양 결핍 상태이다. 예컨대, '쿠로시오 해류'도 영양분이 없는 난류이다. '쿠로시오 해류'는 한자로는 '흑조'라고 하는데, 영양분이 부족해 플랑크톤이 적기 때문에, 빛을 반사하는 양이 적고 빛이 깊은 곳까지 도달해 흡수되어 까맣게 보이기 때문이다.
하지만 난류도 바다 생태계의 유지에 한몫을 하고 있다. 대부분 플랑크톤은 수온이 높은 곳에서 생육이 좋은 편이다. 따라서 영양분이 풍부하지만 수온이 낮은 한류에 수온이 높은 난류가 부딪치면, 영양분과 온도 두 가지 조건이 모두 충족되어 플랑크톤이 폭발적으로 자라난다. 플랑크톤이 번성하면 그것을 먹는 소형 어류가 번성하고, 그것을 먹는 대형 어류도 번성한다. 그래서 한류가 난류가 만나는 장소는 세계적으로 좋은 어장을 이루는 곳이 많다.
5-2. 해류가 변하면 대규모 기후 변동으로 이어진다.
해류는 열을 운반함으로써 저위도 지역을 시키고 고위도 지역을 데우는 역할을 한다. 해류는 지구의 기후에 매우 큰 영향을 미치고 있는 셈이다. 그런데 해류에 의한 운반이 멈추면 어떻게 될까? 실제 약 1만 2900년 전에, 그런 일이 있었다는 설이 있다.
5-2-1. 마지막 빙기에서 간빙기로 옮겨가던 시기에 갑자기 한파가 찾아왔다.
현재의 지구는 '빙하기(glacial age)'에 해당한다. '빙하기'란 대규모 빙상이 발달한 시대로, 현재의 지구에는 그린란드와 남극 대륙에 빙상이 존재한다. 빙하기 중에서도 특히 추운 시기를 '빙기', 비교적 따뜻한 시기를 '간빙기'라고 한다. 현재의 지구는 '빙하기' 중에서도 '간빙기'에 해당한다. 과거의 지구는 빙기와 간빙기가 여러 차례 반복되었으며, 1만 2900년 전은 마지막 빙기가 끝나고 간빙기로 옮겨가던 시기였다.
그런데 약 1만 2900년~1만 1500년 전에, 따뜻해지던 지구에 갑자기 강렬한 '한파(Cold Wave)'가 찾아왔다. 그린란드에 남아 있던 빙상을 뚫어 파낸 '빙핵(ice core)'을 분석함으로써, 이 시대에 갑자기 평균 몇℃ 이상 떨어진 것으로 추정되었다. 기온이 떨어졌던 증거는 그린란드뿐만 아니라 북반구를 중심으로 세계 각지에서 발견되는데, 이 시대를 '신드리아스기(Younger Dryas Time)'라고 한다.
5-2-2. 당시 기온 저하의 원인에 대한 설
당시 기온 저하의 원인의 유력한 설로는, 북대서양 북부의 '열염 순환'의 정지가 있다. 북대서양 북부는 표층 부근의 바닷물이 심해로 가라앉는 곳이다. 당시 북아메리카 대륙에는 '로렌타이드(Laurentide)'라는 거대한 빙상이 있었지만, 빙기에서 간빙기로 변하면서 빙상이 녹고 그 가장자리에 거대한 호수가 생겼다. 그리고 어느 순간 빙상 속의 호수를 가로막고 있던 부분이 붕괴되고, 민물이 한꺼번에 북대서양 북부로 흘러들었을 가능성이 있다고 한다. 민물은 가볍기 때문에, 열염 순환의 가라앉는 입구 부근의 해수면에 마치 덮개처럼 퍼져, 염열 순환을 정지시켰을 것으로 보인다. 그 결과, 북반구의 대기 속으로 방출되는 열이 적어져 급격히 추워졌다는 것이다.
또 다른 설도 있는데, '신드리아스기'의 한랭화는 혜성의 충돌이 원인이었을 것이라는 의견도 있다.
6. 쿠로시오 해류의 사행
'쿠로시오 해류'는 북태평양 서부와 일본열도 남쪽을 따라 북쪽과 동쪽으로 흐르는 해류이다. '쿠로시오 해류'라는 이름은 '검은색 해류'라는 뜻으로, 그 겉모습에서 붙여진 이름이다. 쿠로시오 해류를 타고 열대 지방에서 올라오는 바닷물은 진흙이나 동식물의 분해물 등 여러 가지 물질이 흘러드는 연안의 바닷물에 비해 매우 깨끗하다. 깨끗해서 투명도가 높은 바닷물은 가시광선 중에서도 파장이 짧은 '푸른색'을 흡수하기 어려워, 검푸르게 보인다. 즉, 투명도가 높아서 검푸르기 때문에, '쿠로시오 해류'로 이름이 붙여졌다.
한편, '오야시오 해류(쿠릴 해류)'는 쿠릴 열도의 동안을 따라 남하하여 일본에 이르는 해류이다. '오야시오 해류(쿠릴 해류)'라는 이름의 유래의 이름의 유래는 색깔이 아니라 역할이다. 어류나 해조류를 기르는 '어버이'와 같은 해류이기 때문에, 그런 이름이 붙여졌다고 한다. '오야시오 해류'는 물고기의 먹기가 되는 식물 플랑크톤'이 풍부해 탁하기 때문에 초록색을 띤 것처럼 보인다.
6-1. '쿠로시오 해류'의 주요 유로
대부분의 해류는 계절의 변화와 주변에서 발생하는 소용돌이의 영향 등을 받아, '유로(流路: 물이 흐르는 길)'가 바뀐다. 그중에서도 '쿠로시오 해류(Kuroshio current)'는 특히 크게 변한다.이렇게 뱀이 기어가듯 사행하면, 1년에서 몇 년 동안 그 상태가 계속되는 독특한 성질을 가지고 있다.'사행(meander)'이란 유속이 느린 물이 비교적 규칙적인 '사인커브(sine curve)' 모양의 곡선을 그리며 흐르는 모양을 말한다.
'쿠로시오 해류'의 '유로(물이 흐르는 길)'는 대략 3가지로 분류된다.
- 비대 사행 접안 유로: 첫 번째는 '비대 사행 접안 유로'로, 일본의 가장 큰 섬인 '혼슈(本州)'의 남해안을 따라 직진하는 유로이다. 이것을 '비대 사행 접안 유로'라고 부른다.
- 비대 사행 이안 유로: 두 번째는 일본 중부 지방의 '기이 반도(일본 긴키 지방의 남부에 있는 일본 최대의 반도)'의 '난바다(육지에서 멀리 떨어진 바다)' 부근에서부터 해안 멀리 '하치조섬 남쪽을 우회하는 유로이다. 이것을 '비대 사행 이안 유로'라고 부른다.
- 대사행 유로: 세 번째는 시고쿠 난바다 부근에서부터 해안 멀리 '도이카 지방'의 난바다에서 200km 이상 남쪽으로 내려가, '이즈 반도(일본 시즈오카현 동부에 있는 반도)'의 난바다 부근에서 다시 해안쪽으로 돌아오는 '유로이다.' 이것을 '대사행 유로'라고 부른다. 일반적으로 '쿠로시오 해류의 대사행'이라고 하면, 이 루트를 가리킨다.
지금 말한 쿠로시오 해류의 3개 유로의 전형적인 패턴을 아래의 그림에 나타내었다. 대사행을 하지 않는 상태의 유로는 남해안을 동쪽으로 직진하는 '비대사행 접안 유로'와 도중에 남쪽으로 약간 사행하여 하치조 섬 남쪽을 지나는 '비대사행 이안 유로'가 있다. 그리고 '대사행 유로'에서는 시코쿠 난바다에서부터 남쪽으로 진로를 바꾸어 북위 32°보다 남쪽까지 사행한다.
6-2. '쿠로시오 해류'의 사행 원인은 아직 잘 모른다.
그러면 '쿠로시오 해류'는 왜 사행하는 걸까? 쿠로시오 해류가 사행하는 이유는 아직 확실히 밝혀지지 않았지만, '유로(물이 흐르는 길)'에는 '해저의 지형'이 영향을 미치고 있다. 쿠로시오 해류가 '혼슈' 남해안을 동쪽으로 흐르면, '이즈 반도' 난바다에서 거대한 벽에 부딪친다. 이 벽은 '이즈 해령'이라는 해저 지형으로, '하치조 섬' 등의 '이즈 제도'가 실려 있는 '해저 산맥'이다.
두께가 500m 이상인 '쿠로시오 해류'는 되도록이면 수심에 여유가 있는 지점을 지나려고 한다. '이즈 해령'의 경우 '마야케 섬' 부근과 '하치조 섬' 남쪽에 비교적 깊은 '벽이 끊어진 곳'이 있다. 실제로 쿠로시오 해류는 '비대 사행 접안 유로'와 '대사행 유로'의 경우 미야케 섬 부근을 통과하는 경향이 있고, '비대 사행 이안 유로'의 경우에는 하치조 섬 남쪽을 통과하는 경향이 있다.
쿠로시오 해류의 유로가 바뀌면 다양한 영향이 나타난다. 예컨대, '쿠로시오 해류'는 해수면의 높이와 깊은 관계를 가지고 있어서, 쿠로시오 해류를 끼고 북쪽과 남쪽에서는 남쪽의 해수면이 1m 정도 높아진다고 한다. 이 때문에 쿠로시오 해류 유로의 접근에 따라, 경우에 따라서는 연안의 해수면의 높이가 만조 때 피해가 발생하기 쉬워지는 경우가 있다. 또 쿠로시오 해류를 타고 이동하는 '가다랑어(농어목 고등어과의 바닷물고기)' 등 회유어의 어장이 크게 바뀌는 경우도 있다.
6-3. 최근에는 '쿠로시오 해류의 대사행'의 발생이 줄어들었다.
'쿠로시오 해류의 대사행'은 1970년대 중반부터 1990년대 초에 걸쳐 자주 나타났지만, 최근에는 거의 발생하지 않고 있다. '비대 사행 접안 유로'와 '비대 사행 이안 유로' 사이에서 변하고 있다고 한다. 하지만 원인은 잘 모른다.
아래의 그래프는 1960년대 이후 도카이 지방 난바다에서 '쿠로시오 해류'가 어디를 흘러가는지를 관측해서, 유로를 '위도'로 나타낸 것이다. 북위 32>°보다 남쪽을 안정적으로 흐르는 상황이 계속된 경우를 '대사행'이라고 부른다. 아래의 그래프에서는 '대사행'이 지속되는 기간을 '밝은 녹색'으로 표시하였다. 1990년대 이후로는 대사행의 발생이 줄어들었다.
