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
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
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
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
③ 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-③)
⑶ 해수의 밀도 비중
⑷ 해수의 광학적 성질과 투명도
⑸ 물빛의 표준
⑹ 해수 내 음속
Figure. 4. deep-sea sound velocity profile
① 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
② 경우 1. 깊이 ＜ 1,000 m : 소리는 아래쪽으로 굴절됨
③ 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 이용
3. 해수의 운동 [목차]
⑴ 파도의 속력
① 마루에서 물입자의 운동방향 = 해파의 진행방향
② 파도의 속력 일반식
○ 의미 1. 깊이가 깊을수록 속력이 빠름 (자명)
○ 의미 2. 파장이 길수록 속력이 빠름 : 쓰나미를 상상하면 이해하기 쉬움
③ 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
④ 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
⑤ 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
⑵ 해류
① 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
○ 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
⑦ 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 | > | ||
| 폭 | < | ||
| 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
⑧ 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
⑶ 조석현상
4. 육수 [목차]
⑴ 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
⑷ 하천의 유로
① 평형하천과 선행천
② 선행천
③ 하천의 쟁탈
⑸ 유량과 유항곡선
⑹ 지하수의 형성
⑺ 지하수의 성분
① 물의 경도
② 염소이온
⑻ 온천의 구분
① 간헐천온
⑼ 온천요법
① 단순천
② 식염천
③ 유황천
④ 방사능천
⑤ 약수
⑽ 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
예 : 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]
⑴ 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
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