지구 온난화와 열염순환

해수의 순환은 발생 원인에 따라 크게 풍성순환과 열염순환의 두 가지로 분류한다. 풍성순환이란 바람에 의해 발생하는 순환으로, 표층해류가 여기에 해당한다. 열염순환이란 해수의 밀도차에 발생하는 순환으로 심층해류가 여기에 해당한다. 

 

기본적으로 물이 흐르기 위해서는 수압차이가 발생해야 한다. 공기도 마찬가지고 물도 마찬가지고 많은 곳에서 적은 곳으로 흐르기 마련이다. 좀 더 쉽게 얘기하면 아래 그림을 생각하면 된다.

 

<칸막이가 있는 수조에서 물의 흐름 방향>

 

  칸막이가 있는 수조에 그림처럼 물을 넣어 두고 가운데 칸막이를 제거하면? 당연히 왼쪽에서 오른쪽으로 물이 흐르게 된다. 수압차가 발생하면 물은 흐르게 되는데, 바람에 의해 수압에 차이가 발생하면 해수가 한쪽으로 쏠리게 되고, 이 물의 흐름에 전향력이 함께 작용하여 해류가 발생하게 된다.

  표층해류의 경우가 이와 같은 경우에 해당하는데, 이런 경우 말고도 밀도차에 의해서도 수압차가 발생한다. 해수의 밀도에 변화를 일으키는 원인은 수온, 염분, 수압 3가지가 있다. 수온이 낮아지거나 염분이 높아지거나 수압이 증가하면 밀도는 높아진다. 

  깊은 바다, 다시말해 심층수는 바람의 영향을 받을 수 없다. 때문에 깊은 바다에서는 위의 수조와 같은 예로 흐름이 발생하기 어렵다. 대신 미약한 수온이나 염분의 변화로 밀도차가 발생하고, 이로인해 압력차이가 생기며, 이것이 심층순환의 원인이 된다. 수온과 염분에 의한 밀도차가 압력 발생의 원인이기 때문에, 열염순환이라고도 한다. 심층에서의 밀도차이는 굉장히 작기 때문에, 이로인해 발생하는 압력차도 굉장히 작다. 때문에 열염순환(심층순환)의 속도는 굉장히 느리다. 평균적으로 약 1cm/s 정도라고 하며, 이러한 굉장히 느린 속도 때문에 전 대양을 한번 순환하는데 수 천년(2천년 정도?) 정도의 시간이 걸린다고 한다.

  

  이런 느린 열염순환이 무엇이 중요한가 무시할 수 있겠지만, 표층순환과 심층순환은 하나의 순환계를 이루어 전지구적 에너지 평형에 큰 기여를 하고 있다. 표층순환과 심층순환의 흐름을 컨베이어벨트 모형 등으로 부르는데, 아래 그림을 보면 알 수 있듯, 하나의 순환시스템을 이루고 있는것으로 알려져 있다.

 

<컨베이어벨트 모형의 모식도(출처 : http://mollybreitmun.blogspot.com/p/blog-page_601.html)>

 

  순환시스템의 시작부터 보면, 우선 표층수가 아래로 침강하는것으로 시작한다. 표층수의 침강은 주로 북극의 래브라도 해와 남극의 웨델해에서 발생하는것으로 알려져있다. 위 그림의 cold water formation이라고 쓰여있는 곳이 바로 그곳이다. 표층수의 침강은 수온 감소나 염분 증가에 의해 발생한다. 수온이 낮아지면 부피가 감소하고 이는 밀도 증가를 야기하여 해수는 침강하기 시작한다. 또는 해수의 결빙이 일어나면 물 분자간에만 얼음으로 모이고, 염분은 빠져나가 결빙이 발생하는 주변 해역은 염분이 높아져 마찬가지로 침강이 발생한다. 침강한 해수는 해저 바닥까지 내려간 뒤 전세계 대양으로 흐르기 시작한다. 그리고 upwelling 이라고 쓰여있는 곳에서 다시 표층으로 상승(용승)하여 표층해류를 이루게 된다.

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  그렇다면, 만약 지구 온난화로 인해 북극이나 남극의 빙하가 녹아버리면 무슨 일이 발생할까? 빙하가 녹으면 주변 해수의 염분 농도가 낮아진다. 염분 농도가 낮아지면 밀도 감소를 야기한다. 이는 정상상태에서의 침강이 발생하지 않게 한다. 정상상태에서 침강에 의해 표층 해수가 해저면으로 침강하던것이 발생하지 않으니, 자연스럽게 평소보다 표층 해수양이 많아진다. 이로인해 남는 해수가 저위도로 흘러내려가버린다. 이는 한류의 강화를 발생하며, 동시에 저위도에서 고위도로 올라가는 난류를 막아버린다. 차가운 해수가 저위도 방향으로 내려가면서 아이러니하게 중위도 지방에 빙하기가 올 수 있다는 얘기가 된다. 이는 해류에의한 저위도의 잉여에너지를 고위도로 수송하는 시스템이 깨짐을 의미하고, 이로인해 저위도와 고위도간 에너지차를 극심하게 하여 여름철 강력한 태풍의 원인이 되기도 한다. 뿐만아니라, 극지방의 온도 상승으로 인해 상대적으로 저위도인 지방과 온도차이가 작아져 제트기류가 약화된다. 중위도 지방의 제트류는 극지방의 찬공기가 남하하지 못하도록 꽉 잡아주고 있는데, 제트류가 약해져 극지방의 찬공기가 중위도지방으로 내려와 중위도의 한파를 야기하게 된다.

 

이런 기후변화는 예사로운 일이 아니다. 특이 2019~2020년 겨울 제주도는 유래없이 1월에 20도가 넘는 온도를 보였으며, 이는 관측이래 최고기온이라고 한다. 아래 기사는 2020년 1월 한겨울 23도를 찍은 제주도의 기온과 관련된 기사이다.

 

한겨울에 23도...'이상고온' 제주도에선 반팔 차림

 

뜨거워지는 지구…남극 대륙서 사상 최초로 영상 20도 기록

위의 기사는 유래없이 남극의 시모어섬에서 영상 20도를 넘긴 올해 사례이다. 남극 시모어섬은 남극 중에서도 그나마 남아메리카와 가까운, 다시말해 비교적 저위도인 지역이다. 시모어섬의 위치와 남극이 1월에 여름인 점을 감안하더라도 20도가 넘는다는건 좀 말이 안되는 상황이다. 전문가들은 이번 시모어섬의 이상고온이 일시적인 현상이라고는 하지만, 유래없이 높은 기온인것은 사실이다.

 

<남극 시모어섬의 위치>

 올해 겨울의 이상고온은 어느 지역이나 마찬가지이다. 우리나라역시 이번 겨울 좀처럼 추위다운 추위를 겪지 못하였고, 눈도 거의 내리지 않았다. 수많은 겨울 축제가 연기되거나 취소되기도 하였다. 

 

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