해수 연구의 기본 - 염분과 염분비 일정의 법칙

** 함께보면 좋습니다.

 

해수의 염분에 영향을 주는 요인과 위도별 염분분포

 

수온 - 염분 도(T-S Diagram) - 해수를 연구하는 기본(feat. 밀도가 같은 해수를 섞었을 때 변화와, 빈

염분 단위, 염분에 영향을 주는 요소, T-S diagram(수온-염분도)를 모두 다루었음에도 정작 염분이 뭔지, 염분비 일정의 법칙이 뭔지 등은 다루지 않았더군요... 생각없이 마구 글을 쓴 자신을 탓하며, 오늘은 좀 근본적인 이야기인 염분이 뭔지, 바닷물의 염분은 태초에 어디서 온 건지 등을 다루어 볼 예정입니다.

  1. 해수의 염분이란?

해수의 염분(salinity)이란 바닷물에 녹아있는 무기 염류를 통칭합니다. 그러니까 대표적으로 잘 알고 있는 소금을 포함하여 녹아있는 무기염류들은 모두 염분이라고 생각하면 됩니다.

전체 바닷물의 함량 중 염분이 차지하는 비율은 굉장히 낮습니다. 평균 바닷물의 염분이 대략 34.7psu 정도라고 하니 바닷물 1000g중에 염분은 대충 34.7g정도 밖에 없는 샘입니다. 양은 굉장히 적지만, 지난 글에서도 무수히 설명한 것 처럼 적은양의 염분 차이로 인해 바닷물의 밀도가 달라지고, 염분으로 인해 녹는점도 달라지는 등 여러가지로 바닷물에 많은 영향을 줍니다. 염분이 바닷물에 주는 영향은

• 염분이 증가하면 열 용량이 줄어든다. 즉 바닷물 1도를 증가하는데 필요한 열은 담수보다 적다.
• 염분은 수소 결합을 방해한다. 이로인해 바닷물은 담수보다 더 낮은 온도에서 얼기 시작한다(이는 지난 포스팅 내용도 참고하세요)
• 염분은 물을 잡아 당김에 따라 증발하는 속도가 느려진다. 실제로 물에 묻은 바닷물은 수영장 물보다 천천히 마르고, 우리는 눅눅한 느낌을 받게 된다.

해수 침강의 원리와 물이 표면부터 어는 이유

바다의 염분에는 굉장히 다양한 성분들이 녹아 있습니다. 대표적으로는 잘 알려진 소금이 있고 이밖에도 황산이온, 마그네슘 이온, 중탄산 이온, 칼슘 이온, 포타슘 이온 등이 있다고 알려져 있습니다. 각각의 성분 함량은 아래 파이차트를 보시면 알 수 있습니다(함량비는 해양학, Tom Garrison을 참고하였습니다)

(참고로 위의 파이차트 그린다고 애먹었습니다..ㅠㅠ 34.4g중에 실제 함량을 알고 싶었는데 계속 퍼센트(백분율)로 계산하여 나와 버리고, 범위가 적은건 죄다 글자가 겹치고..ㅠㅠ 이 문제 해결한 과정을 추후 포스팅 하겠습니다..ㅎㅎ)

 

어찌되었든, 결국 해수 1kg에서 측정된 염분의 양이 34psu라면, 해수 1kg 중 순수한 물은 966g이 들어 있고, 34g은 염분이라는 뜻이 됩니다.

 

해수 염분의 측정 단위는 psu라고 쓰기는 하는데, 무차원의 단위입니다. 이는 전기 전도도의 방식으로 측정됩니다. 자세한 내용은 지난 포스팅을 참고하세요.

해수의 염분 단위는 어째서 퍼밀(‰)에서 psu로 바뀌었을까?

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  2. 염분비 일정의 법칙

바닷물에 녹아있는 염분의 양은 당연히 바다가 놓인 환경에 따라 달라집니다. 건조한 환경의 바다는 짤 것이고, 비가 많이오는 바다는 싱거울 것입니다. 강물이 많이 흘러들어오는 곳은 당연히 싱거울 것이고,  강물 유입없이 고립된 바다는 당연히 상대적으로 짤 것입니다. 염분의 양은 이처럼 바다가 놓인 환경에 따라 다른데, 곧죽어도 거의 비슷한 값을 유지하는 것이 있습니다. 바로 염분에 포함된 여러가지 성분의 비 입니다. 위의 그래프에서 전체 34.4g중 염소 이온은 18.980g 만큼이 들어있는데, 이 비가 어느 바다나 같다는 소리가 됩니다. 어느 바다에서나 이 비가 일정하니 가장많은 양을 차지하는 염소 이온의 양만 측정해도 전체 염분의 양을 측정할 수 있게 됩니다. 그 방법은 아래 식을 참고하세요.

여기서 Chlorinity는 해수에 들어있는 할로겐족(염수, 불소, 취소, 요오드)의 총량을 말합니다. 1.80655라는 숫자가 나온 이유는 굉장히 간단합니다. 예를들어 어떤 바다에서 측정한 염소의 양이 1.5g이었다고 가정해 봅시다. 어느 바다에서나 염소는 항상 55.04%정도가 들어있다고 합니다. 그러면 전체 염분의 양은 모르니까 x로 두면,

의 관계가 성립 되어야 합니다. 우리가 알고자 하는건 x니까 식을 x에 대해 다시 쓰면

이 되고, 여기사 100/55.04를 계산하면 대충 1.81655가 나옵니다. 위의 숫자랑은 조금 다른데, 1.80655는 국제 협의를 통해 약속한 수치라고 합니다. 실제로 예전에는 이렇게 염소의 양을 측정하여 전체 염분의 양을 알아내는 방법을 사용했다 합니다.

어쨌든 염분비 일정의 법칙을 잘 알 수 있는 염분의 비율에 대한 파이 차트는 아래 그래프와 같습니다.

어느 바다나 저 비를 유지한다는 것이 굉장히 놀랍기만 합니다.

이번 포스팅은 이 정도로 마칠까 합니다(파이차트 그리다 에너지를 너무 많이 썼습니다..ㅠㅠ). 다음 포스팅에서는 바닷물이 짠 이유에 대하여 알아 보도록 하겠습니다.