해수의 층상 구조 — 혼합층·수온약층·심해층은 왜 생길까

여름 바다에서 물놀이를 하다 잠수해 보면, 어느 깊이에서 갑자기 물이 차가워집니다. 위는 미지근한데 발끝은 서늘합니다. 바다는 위아래로 고르게 데워지지 않습니다. 깊이에 따라 수온이 어떻게 변하는지 그려 보면 바다는 세 층으로 나뉘고, 그 경계가 바로 발끝이 차가워진 깊이입니다.

위에서부터 세 층

• 혼합층 — 맨 위, 태양이 데운 물을 바람과 파도가 위아래로 섞어 놓아 수온이 거의 일정한 층입니다. 두께는 수십에서 수백 미터이고, 바람이 셀수록 두꺼워집니다.
• 수온약층 — 그 아래, 깊이가 조금만 늘어도 수온이 급히 떨어지는 층입니다. 위는 따뜻하고 아래는 차가우니 위가 가볍고 아래가 무겁습니다. 이 층은 매우 안정해서 위아래 물이 잘 섞이지 않습니다.
• 심해층 — 수온약층 아래로는 햇빛도 바람도 닿지 않습니다. 수온이 낮은 채로 바닥까지 거의 변하지 않습니다.

세 층의 원인은 둘입니다. 열은 위에서만 들어오고, 섞어 주는 바람도 위에서만 붑니다. 그래서 위에서부터 데워진 층, 급히 식는 층, 손대지 않은 층이 차례로 생깁니다. 바다 전체의 평균 깊이가 4 km 에 가까운데, 햇빛이 데우는 것은 위의 100미터 남짓입니다. 바다는 대부분이 차가운 심해층이고, 우리가 아는 따뜻한 바다는 얇은 껍질입니다.

왜 수온약층이 중요한가

수온약층은 바다를 위아래로 갈라놓는 뚜껑입니다. 따뜻하고 가벼운 물이 차갑고 무거운 물 위에 얹혀 있으니, 아래의 물이 위로 올라오려면 큰 힘이 필요합니다.

그 결과 깊은 바다에 쌓인 영양염이 표층으로 잘 올라오지 못합니다. 열대 바다가 그렇게 투명하고 파란 것은 물이 깨끗해서라기보다 플랑크톤이 살기에 영양이 모자라서입니다. 반대로 엘니뇨 편에서 본 페루 앞바다처럼 찬물이 올라오는 곳은 뚜껑이 열려 물고기가 많습니다.

위도에 따라 다르다

• 저위도 — 1년 내내 표층이 뜨겁고 심해는 차가우니 위아래 차이가 커서 수온약층이 가장 뚜렷합니다. 계절 변화는 작습니다.
• 중위도 — 여름에는 표층이 데워져 얕은 곳에 계절 수온약층이 생기고, 겨울에는 표층이 식고 바람이 세어져 혼합층이 깊어집니다. 계절에 따라 층의 모양이 바뀌는 바다입니다. 우리나라 주변이 여기 듭니다.
• 고위도 — 표층부터 차가워서 아래와 차이가 거의 없습니다. 수온약층이 생기지 않고, 표층이 식어 무거워지면 그대로 가라앉는 대류가 일어납니다. 심해의 찬물은 이런 곳에서 만들어져 온 바다로 퍼집니다.

계절에 따라 다르다

중위도 바다의 한 해를 따라가 봅니다. 봄부터 여름까지 태양이 표층을 데우면 얕고 뚜렷한 계절 수온약층이 생깁니다. 이때 혼합층은 얇습니다. 가을이 되어 표층이 식고 바람이 세어지면 섞이는 깊이가 늘어 혼합층이 두꺼워지고, 겨울에는 수온약층이 아주 깊어지거나 사라집니다. 그래서 같은 바다라도 혼합층은 겨울에 두껍고 여름에 얇습니다.

시험에서는 이렇게 나옵니다

• 수온 연직 분포 그래프에서 세 층을 나누고 이름 붙이기. 수온이 일정한 구간이 혼합층, 급히 떨어지는 구간이 수온약층.
• 혼합층 두께를 정하는 것: 바람의 세기. 바람이 셀수록 두꺼움.
• 위도별 그래프 짝짓기. 수온약층이 뚜렷하면 저위도, 층이 없으면 고위도.
• 계절별 비교. 겨울에 혼합층이 두껍고 여름에 수온약층이 얕고 뚜렷함.
• 수온약층이 안정한 이유. 위가 가볍고 아래가 무거워 대류가 일어나지 않음.

자주 헷갈리는 것

• "혼합층은 따뜻한 층이다" — 따뜻해서가 아니라 섞여서 붙은 이름입니다. 고위도의 혼합층은 차갑습니다. 기준은 수온이 일정한가입니다.
• "수온약층의 깊이는 정해져 있다" — 위도와 계절, 바람에 따라 옮겨 다닙니다. 여름 중위도에서는 수십 미터, 저위도에서는 수백 미터 깊이에 있습니다.
• "심해층은 얼음처럼 차갑다" — 얼지는 않습니다. 대부분의 심해는 몇 도 안팎의 낮은 수온을 유지합니다.

정리합니다. 열도 바람도 위에서만 오기 때문에 바다는 섞인 혼합층, 급히 식는 수온약층, 손대지 않은 심해층으로 나뉩니다. 수온약층은 안정한 뚜껑이라 영양염을 가두고, 그 모양은 저위도에서 뚜렷하고 고위도에서 사라지며 중위도에서는 계절 따라 바뀝니다.