해수의 밀도와 심층 순환 — 바닷물은 어디서 가라앉을까

바다 밑 수천 미터의 물은 늘 차갑습니다. 적도 바다도 깊이 내려가면 물이 냉장고 속처럼 차갑습니다. 적도의 햇빛은 그렇게 깊이 닿지 않으니, 그 찬물은 어디선가 만들어져 흘러 내려온 것입니다. 해수의 밀도가 그 답입니다. 바닷물은 무거운 곳에서 가라앉고, 가라앉은 물은 바닥을 따라 온 지구를 돕니다.

바닷물이 가라앉는 곳은 두 군데입니다

해수는 수온이 낮을수록, 염분이 높을수록 밀도가 큽니다. 그런데 표층의 물이 바닥까지 가라앉으려면 그 아래에 있는 물보다 무거워야 합니다. 깊은 바다의 물은 이미 아주 차갑기 때문에, 표층의 물이 그보다 무거워지는 곳은 흔하지 않습니다. 표층 염분이 가장 높은 중위도 바다도 수온이 높아 가라앉지 못합니다. 짠 것만으로는 모자라고, 차가움이 함께 있어야 합니다.

그런 곳이 그린란드 부근의 북대서양과 남극 대륙 주변의 바다입니다. 두 곳 모두 겨울 바람이 바닷물을 식히고, 바다가 얼면서 염분까지 높아집니다. 여기서 가라앉은 물이 대서양의 깊은 곳을 채웁니다.

바다가 얼면 왜 짜질까

바닷물이 얼 때 생기는 얼음, 곧 해빙에는 염류가 거의 들어가지 않습니다. 물 분자만 얼음이 되고 녹아 있던 염류는 밖으로 밀려납니다. 그래서 얼음 바로 아래의 바닷물은 염류를 더 받아 염분이 높아집니다.

이 물은 이미 어는점 가까이 식어 있습니다. 차가운데 짜기까지 하니 주변보다 밀도가 커지고, 아래로 가라앉습니다. 극지방에서 바다가 어는 겨울이 곧 심층수가 만들어지는 계절입니다. 수온과 염분이 밀도를 어떻게 정하는지는 수온·염분·밀도 에 따로 정리해 두었습니다.

무거운 순서대로 쌓입니다

가라앉은 물은 밀도에 맞는 깊이까지 내려가 옆으로 퍼집니다. 이렇게 성질이 비슷해 한 덩어리로 움직이는 물을 수괴라고 합니다. 대서양에서는 세 수괴가 층을 이룹니다.

• 남극 저층수 — 남극 대륙 주변, 특히 웨델해에서 만들어집니다. 가장 무거워 해저 바닥을 따라 북쪽으로 흐릅니다.
• 북대서양 심층수 — 그린란드 부근에서 가라앉아 남쪽으로 흐릅니다. 남극 저층수보다 가벼워 그 위에 놓입니다.
• 남극 중층수 — 남위 50~60° 부근에서 가라앉습니다. 셋 중 가장 가벼워 수심 1 km 안팎에서 북쪽으로 흐릅니다.

바닥부터 남극 저층수, 북대서양 심층수, 남극 중층수의 순서가 곧 밀도가 큰 순서입니다. 심층의 흐름은 아주 느려서, 한 번 가라앉은 물이 다시 표층으로 돌아오기까지 오랜 세월이 걸립니다. 그 사이 표층에서는 따뜻한 물이 고위도로 올라가 가라앉은 물의 빈자리를 채웁니다. 이 표층과 심층의 한 바퀴가 심층 순환입니다. 가라앉는 물은 표층에서 산소를 머금고 내려가므로, 심층 순환은 깊은 바다에 산소를 실어 나르는 길이기도 합니다.

시험에서는 이렇게 나옵니다

• 수괴의 깊이 순서. 위에서부터 남극 중층수 → 북대서양 심층수 → 남극 저층수.
• 밀도 비교. 남극 저층수가 가장 크고, 남극 중층수가 가장 작습니다.
• 흐르는 방향. 남극 저층수·남극 중층수는 북쪽, 북대서양 심층수는 남쪽.
• 침강의 조건. 수온 하강, 해빙 형성에 따른 염분 증가.
• 빙하가 녹아 담수가 흘러들면. 표층 염분 감소 → 밀도 감소 → 침강 약화 → 심층 순환 약화 → 저위도의 열이 고위도로 덜 옮겨짐.
• 수온-염분도에 수괴를 찍어 두고 어느 것이 더 깊은지 고르기. 등밀도선의 오른쪽 아래일수록 깊습니다.

자주 헷갈리는 것

• "심층 순환은 바람이 일으킨다" — 바람이 움직이는 것은 표층 해류입니다. 심층 순환은 수온과 염분이 만든 밀도 차이로 돕니다.
• "바다가 얼면 바닷물이 싱거워진다" — 얼 때는 반대입니다. 염류가 얼음 밖으로 밀려나 주변 물이 짜집니다. 싱거워지는 것은 얼음이 녹을 때입니다.
• "북대서양 심층수가 가장 깊이 흐른다" — 이름에 '심층' 이 들어 있지만 바닥은 남극 저층수의 자리입니다. 북대서양 심층수는 그 위를 흐릅니다.

정리합니다. 바닷물은 차갑고 짤수록 무거운데, 표층의 물이 바닥까지 가라앉을 만큼 무거워지는 곳은 겨울에 바다가 어는 그린란드 부근과 남극 주변뿐입니다. 거기서 가라앉은 물은 밀도 순서대로 층을 이루어 천천히 흐르고, 표층의 따뜻한 물이 그 빈자리를 채우며 심층 순환이 이어집니다.

그림 참고: [NOAA Ocean Service, The Global Conveyor Belt](https://oceanservice.noaa.gov/education/tutorial_currents/05conveyor2.html) 의 도해 구도를 따라 다시 그렸습니다.