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【지구과학】 13강. 해양학

 

13강. 해양학

 

추천글 : 【지구과학】 지구과학 목차


1. 해양의 구성 [본문]

2. 해수의 성질 [본문]

3. 해수의 운동 [본문]

4. 육수 [본문]

5. 갯벌 [본문]

6. 해양의 유용성 [본문]


 

1. 해양의 구성 [목차]

⑴ 수권의 성분

① 자연수 = 해수(97.22 %) + 담수(2.78 %)

② 육수의 성분 

○ 육수 = 빙하·만년설(1.91 %) + 지하수(0.84%) + 기타(0.03 %)

○ 빗물이 육지의 광물질을 용해시켜 CO32-나 Ca2+가 많음

③ 해수의 성분

○ 염분의 구성

○ 해수의 평균 염분은 35 ‰ : 해수 1 kg 중 35 g의 염류가 녹아 있음 

기원 1. 암석의 풍화와 침식

기원 2. 해저화산 : 해저화산이 폭발하여 Cl-가 가장 많이 용해돼 있음

○ 담수에는 많은 CO32-Ca2+가 해수에 없는 이유 : 생물들이 이용하기 때문

 해수의 6대 원소 (질량비)

○ 염화 이온(Cl-: 55.0 % 

○ 나트륨 이온(Na+: 30.6 % 

○ 황산염(SO42-: 7.7 % 

○ 마그네슘(Mg2+: 3.7 % 

○ 칼슘(Ca2+: 1.2 

○ 칼륨(K+: 1.1 % 

○ 해수의 원소 분포 (몰농도)

 

 Cl- 0.55 M  Na+  0.47 M SO42-  0.028 M 
Mg2+  0.054 M  Ca2+  0.010 M  K+  0.010 M 
CO2  2.3 mM  Br-  0.83 mM  H3BO3  0.43 mM 
Sr2+  0.091 mM  F-  0.07 mM     

Table. 1. 해수의 원소 분포

 

○ 위도에 따른 염분 

○ 적도 : 강수량 > 증발량. 염분 농도 낮음

○ 중위도 : 증발량 > 강수량. 염분 농도 높음

○ 극지방 : 해빙작용 활발. 염분 농도 낮음 

○ (참고) 대부분의 사막이 중위도에 생긴다는 사실을 상기할 것 

○ 대한민국의 염분

○ 황해가 동해보다 염분이 낮음 : 황해는 육지에 둘러싸여 담수의 성격을 띰

○ 여름철이 겨울철보다 염분이 낮음 : 강수량 - 증발량이 여름철에 크게 나타남  

○ 염분비 일정의 법칙

 

 염류 해수 1 kg 중의 염류(g)  전체 염류에 대한 성분비(%) 
NaCl  27.2  77.7 
MgCl2  3.8  10.9 
MgSO4  1.7  4.8 
CaSO4  1.3  3.7 
K2SO4  0.9  2.6 
기타  0.1  0.3 
계  35.0  100.0 

 

Table. 2. 염분비 일정의 법칙

 

○ 메커니즘 : 긴 시간에 걸쳐 혼합됐기 때문

○ 이온별 체류시간

 

Substance Resisdence Time (× 106 yr)
Chloride (Cl-)
Sodium (Na+) 260
Lithium (Li+) 20
Strontium (Sr2+) 19
Potassium (K+) 11
Calcium (Ca2+) 8
Zinc (Zn2+) 0.18
Barium (Ba2+) 0.084
Cobalt (Co2+) 0.018
Chromium (Cr) 0.00035
Aluminum (Al) 0.00015

 

Table. 3. 이온별 체류시간 (ref)]

 

○ 해수에서 추출되는 유용광물 : 소금, 마그네슘, 브롬 등

○ 해수에 녹아있는 기체 : 산소, 이산화탄소, 질소 등 해양생물의 생존에 필수적

⑵ 수권의 구조 : 수심에 따른 수온변화로 구분 

 

출처 : 이미지 클릭

Figure. 1. 해양층의 구분]

 

① 혼합층(50 m ~ 200 m, 2 %) : 연직구조 상 수온이 일정한 구간

○ 태양에너지 영향 ○, 바람 영향 ○ : 바람에 의한 혼합으로 수온이 일정

 겨울철에 혼합층의 두께가 두꺼워짐 : 표층수의 냉각으로 인한 밀도류가 혼합층의 두께를 증가시킴 

 중위도에서 혼합층의 두께가 가장 두꺼움 : 중위도가 바람이 가장 강하므로 ( 대기대순환)

② 수온약층(200 m ~ 1,000 m, 18 %) : 수심이 깊어질수록 수온이 급격히 하강하는 층

○ 태양에너지 영향 O, 바람 영향 X

 안정성 : 하부가 상부보다 항상 온도가 낮음. 대류작용이 일어나기 어려움

○ 해수면의 경사는 수온약층의 경사 방향과 반대로 나타남

 

출처 : 2019년 7월 고3 이투스 전국연합 모의고사 지구과학 II

Figure. 2. 해수면의 경사와 수온 약층의 경사]

 

③ 심해층(1,000 m ~, 80 %) : 극지방에서 형성된 해수가 형성한 층

○ 태양에너지 영향 ×, 바람 영향 × 

○ 위도, 계절에 관계없이 수온 일정 : -1 ~ 3 ℃. 평균 3.9 ℃ 

○ 수온이 매우 낮음. 밀도가 큼. 저염분  

 압력이 증가함에 따라 물의 최대 밀도 온도가 낮아짐 : 깊어짐에 따라 심해층의 온도가 낮아지는 이유

 

출처 : 이미지 클릭

Figure. 3. 압력에 따른 물의 최대 밀도 온도]

 

⑶ 해양의 분포상태

① 독립해

② 부속해

⑷ 해저 및 해안선의 상태

① 대양 중의 들어간 곳

○ 해분(basin) : 원형 또는 타원형의 넓은 와지

○ 해구(trench) : 가늘고 길다란 홈의 모양을 이루고 대륙주변에 발달하고 있는 부분

○ 해연(deep) : 해구 중에서 한층 더 깊은 곳

○ 해곡(valley) : 골짜기 모양의 느린 경사로 들어간 곳

○ 해거(farrow) : 육붕상의 구상의 와지, 해안선에 직각으로 달림

② 대양 중의 나온 곳

○ 해령(rise) : 심해저에서 육지의 산맥과도 같이 길다랗게 올라온 부분

○ 해저대(plateau) : 위가 평평한 높은 곳, 벽면은 급경사

○ 퇴(bank) : 암질이 아닌 위가 평평한 높은 곳, 비교적 얕으나 어장이 되고 항해에는 안전함

○ 초(reef) : 얕은데 있는 암석 도는 산호초의 올라온 곳

⑸ 해수의 측심과 저질

① 색측심

② 음향측심

저질

천해성 침전물 (전 해저의 5 %)

 연안 퇴적물 : 자갈, 돌, 암괴 등의 육상물질이 거의 원 형태로 침전된 것

 육붕 퇴적물 : 모래, 진흙, 석회 등이 큰 변화를 받지 않고 침전된 것

반심해 침전물 (전 해저의 13 %)

육상에서 운반된 매우 미세한 분말상의 이토질이 침전된 것

석영의 가는 입자를 포함하는 것이 특징

 심해 침전물 : 전 해저의 대부분 

⑹ 해도

⑺ 해빙과 빙산

 

 

2. 해수의 성질 [목차]

⑴ 해수의 온도

⑵ 해수의 염분 (참고. 1-⑴-)

⑶ 해수의 밀도 비중

⑷ 해수의 광학적 성질과 투명도

⑸ 물빛의 표준

⑹ 해수 내 음속

출처 : 이미지 클릭

Figure. 4. deep-sea sound velocity profile

 

 배경지식 : 파동은 느린 쪽으로 굴절됨

 사고 실험 : 파동을 폭을 가진 선이라고 생각할 때 한쪽 끝은 빠르고 반대쪽 끝은 느리면 느린 쪽으로 굽어짐

탄성파, 입자파를 불문하고 파동은 느린 쪽으로 굴절됨

 경우 1. 깊이 < 1,000 m : 소리는 아래쪽으로 굴절됨

경우 2. 깊이 > 1,000 m : 소리는 위쪽으로 굴절됨

④ 음파 채널 : 음파 채널 1,000 m 전후에 존재함

소리는 1,000 m 전후에서 파동을 그리며 해수면과 나란한 방향으로 전파됨

 고래나 잠수함이 자주 이

 

 

3. 해수의 운동 [목차]

파도의 속력

 

출처 : 변리사 1차 자연과학(2019)

Figure. 5. 심해파와 천해파

 

마루에서 물입자의 운동방향 = 해파의 진행방향

 파도의 속력 일반식

 

 

의미 1. 깊이가 깊을수록 속력이 빠름 (자명)

 의미 2. 파장이 길수록 속력이 빠름 : 쓰나미를 상상하면 이해하기 쉬움

경우 1. 심해파(deep-sea water wave) : 수심 > 0.5 λ인 경우. 표면파라고도 함

 물 입자는 원형의 궤도를 이룸

○ 깊이가 깊어질수록 반지름이 작아짐

심해파의 속력 : (주석) 물의 깊이에 따라 파도의 속력이 한없이 빨라지는 것은 아니라는 의미 

 

 

○ 수심이 깊어질수록 물 입자의 원운동 크기는 작아짐 

경우 2. 천해파(shallow water wave) : 수심 < 0.05 λ인 경우. 장파라고도 함

 깊이가 깊어질수록 단반경만 짧아짐

천해파의 속력

 

 

수심이 짧아질수록 : 전파 속도 느려짐. 파장은 짧아짐. 파고는 높아짐 

경우 3. 0.05 λ < 수심 < 0.5 λ : 해파가 해저의 영향을 받기 시작함

⑥ 해일

 종류 1. 폭풍해일 : 저기압(태풍)에 의해 발생 

○ 해안가 도달 → 수심 ↓ → 속도 ↓ → 파장 ↓ → 파고 ↑

 종류 2. 지진해일 (쓰나미) : 지진, 화산, 단층 등 상하운동에 의해 발생

파장이 매우 긺으로 천해파의 특성을 가지고 있음  

지진 해일은 수평 단층보다 수직 단층일 때 잘 발생함

해류

해수를 조사하는 방법

해수의 색에 의한 방법

수온·염분 등에 의한 방법

선박의 방향에 의한 방법

유속계에 의한 방법

표류병 사용의 방법

전자기적인 방법

역학적인 방법

② 해류의 종류

 취송류 : 바람이 일으키는 해류

 밀도류 : 밀도의 차이가 일으키는 해류

 경사류 : 지형류라고도 함 

수압경도력과 전향력이 평형을 이루는 해류 : 대기에서의 지균풍의 원리와 같음

 해류 방향의 오른쪽에 고압부를 두고 등압면과 나란하게 흐름

○ 보류 : 다른 해류의 이동으로 빈 장소를 메우기 위해 이동하는 해류

③ 한류와 난류

 한류 : 고위도에서 저위도로 흐르는 해류. 캘리포니아 해류 등

 난류 : 저위도에서 고위도로 흐르는 해류. 멕시코 만류, 쿠로시아 난류 등

 (주석) 한류, 난류의 종류를 따로 암기하지 말고 뒤에 나오는 아열대순환을 참고할 것

난류는 한류보다 상대적으로 수온과 염분이 높음 

 조경수역 : 한류와 난류가 만나는 지점. 다양한 어종을 발견할 수 있음

④ 지구자전과 해류

 

출처 : 이미지 클릭

Figure. 6. 에크만 수송]

 

○ 마찰저항심도 : 바람과 반대방향으로 해수가 흐르게 되는 깊이. 에크만층, 마찰층이라고도 함

전향력에 의해 북반구 해류는 시계 방향, 남반구 해류는 반시계 방향으로 흐름

북반구 기준, 마찰저항심도까지의 층에서 해수의 이동을 평균하면 풍향에 오른쪽 수직 방향으로 흐름

 표면 해수의 이동 방향은 풍향의 오른쪽 45° 방향

팁. 지형류는 바람 방향으로 형성되는데 에크만 수송과 함께 빈출됨

⑤ 세계 중요 해류 

북극해에서 생성된 높은 밀도의 해수는 대부분 북대서양으로 흐름 

해양 컨베이어벨트

⑥ 우리나라 부근의 해류

 


Figure. 6. 우리나라 부근의 해류

 

 팁. 북한 구리로 만든 황동 : 북한한류, 쿠로시오 해류, 황해난류, 동한난류 

기타 : 리만해류, 쓰시마 난류

대순환 1. 해수의 수평순환

○ 아열대순환 : 0°에 60°까지 흐르는 순환. 바람 → 에크만 수송 → 해수면 경사 → 지형류 

○ 아열대 순환은 가장 많은 열에너지를 수송

○ 무역풍과 편서풍에 의해 위도 30°에서 해수면 높이가 상승

○ 지형류의 종류 : 북적도 해류, 남적도 해류, 북태평양 해류(북대서양 해류), 동·서안경계류

○ 북반구 해류와 남반구 해류는 대칭적으로 나타남 (예 : 북적도 해류와 남적도 해류) 

○ 남태평양 해류는 따로 없고 남극순환해류와 합쳐짐

○ 동안경계류와 서안경계류의 비교

 

  서안경계류   동안경계류
수온   >  
염분   >  
DO   <  
유속   >  
  <  
깊이   >  
수송량   >  

Table. 4. 동안경계류와 서안경계류의 비교

 

○ 서안 강화 현상 : 전향력이 고위도로 갈수록 커지므로 서태평양의 해수면 경사가 동태평양보다 큼

○ 적도반류  

 북적도해류와 남적도해류에 의해 생긴 적도상의 해수면 높이차로 적도에서 서 → 동으로 흐르는 해류

○ 경사류의 일종

대순환 2. 해수의 수직순환

 종류 1. 중층류

종류 2. 심층류(deep sea current) 

해수가 결빙하면 주변의 해수는 염분이 높아져서 밀도가 커짐 

밀도가 커진 해수는 침강하여 심층수가 형성 

이러한 심층수는 고위도 지역에서 생성 

심층수의 순환은 표층수의 순환보다 매우 느림 : 바람 등이 미치지 않기 때문

 심층수의 순환이 강할수록 표층 해류도 강해지고 고위도와 저위도의 표층 수온차가 작아짐 ( 에너지 수송)

 종류 3. 저층류 

(참고) 아열대 차층류

⑨ 심층 순환과 표층 순환이 서로 연결되어 해양에서 큰 순환을 이룸 

조석현상 

 

 

4. 육수 [목차]

호수의 생성

⑵ 호수의 성질

① 수온

 열대호 : 표면수온이 1년내내 4 ℃ 이상인 호수

 온대호 : 최고수온이 4 ℃ 이상이고 최저수온이 4 ℃ 이하인 호수

 한대호 : 표면수온이 1년내내 4 ℃ 이하인 호수

② 물빛

③ 화학성분

⑶ 호수의 운동과 그 변천

① 호수의 변천

② 호소의 표식

하천의 유로

 평형하천과 선행천

② 선행천

③ 하천의 쟁탈

 유량과 유항곡선

⑹ 지하수의 형성

⑺ 지하수의 성분

 물의 경도

② 염소이온

온천의 구분

 간헐천

온천요법

 단순천

② 식염천

③ 유황천

④ 방사능천

⑤ 약수

우리나라 온천

 

도별  온천이름  온도(℃ 주성분 
강원  백암온천  44-45  단순천 
충북  수안보온천  42  단순천 
충남  온양온천  40-54  단순천 
충남  유성온천  37-47  단순천, 방사능천 
충남  도고온천  30.5  약유황천 
충남  덕산온천  38  단순천 
경남  동래온천  46  단순천 
경남  해운대온천  46  방사능천, 약식염천 
경남  송도원온천  45  악식염천 
경남  마금산온천  42  약식염천 

Table. 5. 우리나라 온천

 

 

5. 갯벌 [목차]

⑴ 갯벌의 이해

① 조수가 드나드는 바닷가의, 모래 또는 펄로 된 넓은 평지

② 구성 : 하구 생태계, 갯벌 생태계, 조하대 생태계

○ 하구 생태계 = 염습지 식생 일부 + α

○ 갯벌 생태계 = 염습지 식생 다른 일부 + 조간대

○ 조하대 생태계 = 고조선 + 저조선

③ 생성 원인

○ 파랑작용 

○ 파랑 : 풍랑이 바닷가까지 이르면서 약해지는 것

○ 파랑 작용 : 파랑에 의한 침식으로 흙, 모래, 자갈이 생성·운반·퇴적되어 갯벌이 생성되는 것

조석현상 

○ 퇴적현상 : 강으로부터 유입된 퇴적물이 쌓여 형성되는데 유기배설물이 많음

④ 기능

○ 경제적 가치 : 어류 50%, 게·조개류 약 100%의 대부분의 수산물을 제공

○ 자연 정화 기능 : 염습지 식생, 갯벌에서 오염물질을 여과하여 부영화를 막음

○ 자연 재해와 기후 조절 : 육지와 바다가 만나는 장소로 급격한 변화를 완화

○ 생태적 서식지 : 대부분 바다생물과 조류에게 안락한 요충지

: 람사르 협약

○ 문화적·교육적 가치

⑵ 갯벌 저서 생물의 환경과 분포

① 저서생물의 정의 및 구분

○ 해양 생물은 크게 3가지로 구분

○ 구분 1. 부유생물(플랑크톤) : 운동 능력이 약하거나 없어서 물의 흐름에 따라 떠다니며 생활

○ 구분 2. 유영생물 : 스스로 헤엄침

○ 구분 3. 저서생물 : 갯벌, 암반 등 바다 밑바닥에 서식

○ 저서 식물 : 녹조류, 갈조류, 홍조류, 해산 현화식물로 나뉨

○ 저서 동물 : 서식 형태, 생물 계통, 먹이의 종류, 크기에 따라 분류

○ 먹이도 초식, 육식 말고도 퇴적물 식자, 부유물 식자, 부패물 식자가 있음

② 저서 생물의 환경 요인

○ 물리적 요인 : 파도, 조석, 해수, 기질, 빛, 수온 등

○ 파도 

○ 거품을 형성 → 빛의 투과를 막음

○ 용존 산소량과 조간대를 늘림

○ 조석

○ 생물 분포의 패턴이 다르게 나타나고, 노출 시간으로 일교차가 심함

○ 산란 활동이나 먹이 활동 등 생활 활동 리듬을 유도

○ 해수

○ 해수 운동으로 일부 생물과 영양 물질 등을 분산시켜 줌 

○ 기질

○ 경성과 연성으로 나뉘며 피난처와 영양분을 제공

○ 빛

○ 빛은 광합성 작용으로 식물의 성장과 증식에 영향을 줌

동물에게는 시간을 알리고 행동의 방향을 제시하는 자극제가 됨

○ 수온

○ 해양동물의 대다수는 변온동물이므로 수온의 변화에 따라 생활이 다름 

○ 화학적 요인

○ 염분

○ 해수 1,000 ℓ 중 녹아 있는 염류량으로, 퍼밀 ()을 씀

○ 평균 35 ○ 영양염류

○ 용존 산소량 : 해수에 용해된 산소량

○ 생물적 요인

○ 포식 : 먹이의 존재를 인식하고 위치를 탐색하여 공격, 처리, 섭취하는 과정

○ 먹이

○ 공간

○ 분산

○ 이동

 

 

6. 해양의 유용성 [목차]

 해양 온도차 발전 : 심해와 표층수의 온도차를 이용한 발전

⑵ 조력발전 : 조수의 차이를 이용한 높이 차이를 이용한 발전

⑶ 파력발전 : 파도의 힘을 이용한 공기 압축에 의한 터빈의 회전

① 파도가 치면 바닷물이 발전기 안의 공기를 위로 압축

② 위로 밀려난 공기는 터빈을 돌려 전기를 발생

⑷ 1,000 ~ 4,000 m의 심해수 : 프리미엄 생수 시장

 

입력: 2016.06.22 20:54