수온·염분·밀도 — 해수의 성질을 정하는 세 가지

바닷물은 어디서 떠도 똑같은 물처럼 보입니다. 그런데 바다에서는 어떤 물이 가라앉고 어떤 물은 그 위에 얹힙니다. 같은 바닷물끼리도 서로 다르다는 뜻입니다. 해수의 성질을 읽는 값은 셋입니다 — 수온, 염분, 그리고 그 둘이 정하는 밀도.

표층 수온은 햇빛이 정합니다

표층 수온을 정하는 것은 그 바다가 받는 태양 복사 에너지량입니다. 햇빛이 거의 수직으로 들어오는 저위도는 같은 넓이에 더 많은 에너지를 받고, 비스듬히 들어오는 고위도는 적게 받습니다. 그래서 표층 수온은 저위도에서 높고 고위도로 갈수록 낮아집니다.

표층 수온은 계절에 따라서도 오르내립니다. 여름에는 햇빛을 많이 받아 표층이 데워지고 겨울에는 식습니다. 다만 그 폭이 위도 사이의 차이만큼 크지는 않아서, 어느 계절에 재도 저위도가 고위도보다 따뜻합니다.

지도에 같은 수온끼리 이은 선을 그려 보면 그 선이 위도와 거의 나란히 달립니다. 위도가 같으면 받는 에너지도 비슷하기 때문입니다. 나란하지 않고 휘어진 곳은 해류가 따뜻한 물이나 찬 물을 다른 위도로 실어 나른 자리입니다.

표층 염분은 증발과 강수가 정합니다

염분을 바꾸는 것은 녹아 있는 염류가 아니라 물이 드나드는 정도입니다. 증발하면 물만 빠져나가 남은 염류가 진해지고, 비가 오거나 강물이 들어오면 묽어집니다. 그래서 표층 염분은 증발량에서 강수량을 뺀 값을 따라갑니다.

• 중위도 — 위도 20~30° 부근은 증발이 강하고 비가 적어 염분이 가장 높습니다.
• 적도 — 증발도 많지만 비가 더 많아 중위도보다 낮습니다.
• 고위도 — 증발이 약하고 얼음이 녹아 민물이 더해져 낮습니다.
• 대륙 연안 — 강물이 흘러들어 같은 위도의 먼바다보다 낮습니다.

염분이 정확히 무엇을 재는 값인지는 바닷물은 왜 짤까 에 따로 정리해 두었습니다.

밀도 — 차고 짤수록 무겁습니다

해수의 밀도를 키우는 조건은 셋입니다. 수온이 낮을수록, 염분이 높을수록, 수압이 높을수록 커집니다. 수온이 낮으면 물 분자가 덜 움직여 같은 부피에 더 많이 들어가고, 염분이 높으면 그 부피 안에 염류가 더 들어 있기 때문입니다. 수압은 깊이 내려가야 눈에 띄는 몫이라, 표층끼리 견줄 때는 앞의 둘만 봅니다.

표층에서는 수온의 몫이 훨씬 큽니다. 위도에 따라 수온은 0 ℃ 에서 30 ℃ 가까이까지 벌어지는데 염분은 몇 psu 안에서만 움직이기 때문입니다. 그래서 표층 밀도 분포는 수온 분포의 거울상이 됩니다 — 수온이 높은 저위도에서 가장 작고, 고위도로 갈수록 커집니다. 그림 1 의 두 곡선이 위아래로 뒤집힌 모양인 것이 그 때문입니다.

수온과 염분을 두 축에 놓고 밀도가 같은 물끼리 이은 그림이 수온-염분도입니다. 등밀도선은 왼쪽 아래에서 오른쪽 위로 비스듬히 오릅니다. 따뜻하고 싱거운 물은 왼쪽 위, 차고 짠 물은 오른쪽 아래에 찍히니, 두 해역의 물을 한 장에 찍어 보면 어느 쪽이 무거운지 바로 보입니다.

무거운 물은 가라앉고 가벼운 물은 그 위에 남습니다. 바다가 위에서부터 가벼운 순서로 층을 이루고 좀처럼 섞이지 않는 것이 그래서입니다. 고위도에서 차고 짠 물이 만들어져 바닥까지 가라앉으면 그 물이 심층의 느린 흐름이 됩니다.

시험에서는 이렇게 나옵니다

• 위도별 그래프를 주고 어느 곡선이 수온·염분·밀도인지 고르기. 수온과 밀도가 거울상이라는 것이 열쇠입니다.
• 밀도를 크게 하는 조건 고르기. 수온 하강·염분 상승·수압 증가입니다.
• 수온-염분도에서 두 점을 주고 밀도 비교하기. 오른쪽 아래일수록 큽니다.
• 등수온선이 위도와 나란하지 않은 구간의 까닭 말하기. 해류입니다.
• 적도의 표층 염분이 중위도보다 낮은 까닭 말하기. 강수량이 많아서입니다.

자주 헷갈리는 것

• "염분이 높은 바다가 곧 밀도가 큰 바다다" — 표층에서는 아닙니다. 염분이 가장 높은 곳은 중위도지만 밀도가 가장 큰 곳은 고위도입니다. 수온이 훨씬 크게 좌우하기 때문입니다.
• "수온약층은 수온만의 이야기다" — 수온이 급히 떨어지는 구간은 밀도가 급히 커지는 구간이기도 합니다. 아래가 훨씬 무거워 위아래 물이 섞이지 못합니다.
• "바닷물의 밀도는 1 g/cm³ 이다" — 그것은 순수한 물의 값입니다. 바닷물은 염류가 녹아 있어 그보다 큽니다.

정리합니다. 표층 수온은 위도에 따라 받는 햇빛이 정하고, 표층 염분은 증발과 강수의 차이가 정합니다. 밀도는 그 둘이 함께 정하는데 표층에서는 수온의 영향이 훨씬 커서, 밀도 분포는 수온 분포를 뒤집어 놓은 모양이 됩니다. 그 밀도 차이가 바다를 층으로 쌓고 심층의 흐름을 만듭니다.