해류의 흐름 - 지형류 - 에크만 수송

이번 포스팅을 포함하여 앞으로 지형류에 관하여 서술할 예정이다.

지형류에 대한 내용을 알아보기 전에 먼저 해류에 대한 정의를 해야한다. 해류라는것은, 오랜시간동안 일정한 방향의 흐름을 갖는 것으로 정의한다. 다시말해, 국소적인 영역, 즉 좁은 영역에서 나타나는 파도나 이안류 같은 것들은 해류가 아니다. 좀 더 큰 스케일로, 전지구적으로 나타나는 일정한 방향의 흐름을 해류라고 한다.

대부분의 해류, 즉 표층해류의 경우에는 거의 지형류 평형상태이며, 직접적인 원인은 바람에 의해 발생한다. 하지만 바람만이 해류의 흐름에 작용하는것은 아니다.

사실 지형류는 교과서(지구과학II)에서도 잘 다루지만, 지구과학I 만 배우는 학생들은 모르고 넘어갈 수 밖에 없다. 때문에 단순히 바람에 의해서만 해류가 흐른다고 잘못알고 넘어갈 가능성이 높다.

전지구 스케일의 대규모 흐름이기 때문에 해류에 작용하는 힘은 바람 뿐 아니라 한 가지가 더 있다. 전향력이 바로 그것이다. 이번 포스팅은 전향력에 대해 설명하고자 하는것이 아니기 때문에, 전향력에 대한 내용은 다루지 않고, 전향력을 알고 있다는 가정에서 다루어볼 예정이다.

**전향력은 아래 글 참고**

전향력 최대한 쉽게 이해하기

지형류를 알려면 먼저 에크만 수송에 대해서 알아야 한다. 그래서, 이번 포스팅에서는 에크만 수송에 대해 먼저 이야기 해 보고자 한다.

에크만 수송이라는 것은 전향력에 의해 발생하는 흐름이며, 북반구를 기준으로 바람 방향의 오른쪽 직각방향으로 작용하는데, 그 원리는 아래 내용을 보면 알 수 있다.

표층 해수가 바람에 의해 움직이기 시작하면, 이 해수에는 바람이 해수를 질질 끌고가는 힘(응력), 그리고 지구 자전에 의해 발생하는 전향력이 작용한다. 전향력은 해수가 움직이려하는 방향의 오른쪽 직각 방향으로 작용한다. 이 전향력은 이론상, 바람에 의한 응력과 크기는 같고 방향이 반대이며, 이에 해수는 바람에 의한 힘의 방향으로 움직이지 않고, 오른쪽 45도 방향으로 움직이기 시작한다.

<표층 해수의 움직임>

해수는 대기와 달리, 서로 다른 층의 해수에 의한 마찰력이 크게 작용한다. 이로인해 표층해수의 움직임은 바로 아래층의 해수에 응력을 가하여, 표층 해수 바로 아래 층의 해수역시 표층 해수를 따라 움직이게 된다. (대기는 상호간에 마찰력이 없어 상층 공기의 움직임으로 인해 바로아래 층 공기가 마찰에 의해 움직이지는 않는다.) 하지만 이때 전달되는 힘은, 여러가지 원인에 의해 상쇄되어 100%전달되지 못한다. 힘의 방향은 표층해수의 움직임과 같다. 그런데 여기에 또다시 전향력이 동일하게 작용하고, 결과적으로 표층 해수보다 오른쪽으로 조금 회전한 방향으로 흐르게 된다.

즉, 위의 그림과 같은 상황이 된다. 이 해수는 또 바로 아래층 해수에 응력을 작용한다. 마찬가지로 100%는 아니고 다소 감소하게 된다. 그리고 여기에 다시 전향력이 작용한다.

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이 상황은 응력이 계속 감소하여 거의 0이 될 때 까지 연속적으로 발생한다. 이어 붙이면 아래 그림과 같은 형태가 된다.

 

그리고 표층 바람의 응력에 의한 효과가 아예 사라지기 직전, 다시말해 더이상 응력이 하층 해류를 끌고갈 능력을 상실하는 순간의 깊이에서 해류의 이동방향은 표층해류의 정 반대방향이 되고, 속도는 표층해류의 4% 수준이 된다고 한다. 이는 물리적으로 계산한 결과이다. 이 깊이를 마찰저항심도라고 하고, 표층에서 마찰저항심도까지의 구간을 에크만층이라고 한다.

그럼 표층부터 마찰저항심도까지 해류의 이동을 보면 위 그림처럼 나선으로 돌아가는 형태가 된다. 이들 해수의 이동을 평균하면, 표층 바람의 정확이 오른쪽 직각방향으로 움직인다고 한다. 이를 에크만 수송이라고 한다.

결국, 에크만층에 있는 해수는 평균적으로 바람의 오른쪽 직각방향으로 움직이며, 이는 전체 해수 흐름에 매우 중요한 역할을 한다.

실제 에크만 수송은 연안 용승이나 침강의 원인이고, 엘니뇨나 라니냐와도 직접적 원인이 있으며, 기압에의한 용승이나 침강도 에크만 수송과 관련이 있다. 여기서 다룰 지형류도 에크만 수송이 관여하는 흐름 중 하나이다.

다음 포스팅에서는 지형류를 자세히 알아 볼 예정이다.

 

해류의 흐름 - 지형류