지1)해수의 4가지 성질에 대해

해수의 성질에는 무엇이 있을까

4가지가 있다.

1차성질 2가지, 2차성질 2가지

1차성질 온도와 염분

1차성질로부터 유래한 2차성질인 밀도와 용존산소량

A.해수의 온도.

해수의 온도는 태양에너지에 영향을 받는다.

단위 면적당 태양복사에너지 양은 위도와 수심으로 분류해볼 수 있다.

단위 면적당 태양복사에너지 양은 위도에 반비례한다.

고도(태양과 지표의 사잇각)가 위도에 비례하기 때문

단위 면적당 태양복사에너지 양은 수심에 반비례한다.

수심이 깊을수록 태양에너지는 적게 들어온다.

위도와 수심을 기준으로, 

위도가 다르고 고도가 같을 때=표층 수온 분포

위도가 같고 고도가 다를 때=연직 수온 분포

cf)연직방향:중력의 방향

(1)표층 수온 분포

1.표층 수온 결정 요인

주원인:해수면에 도달하는 태양 복사 에너지

부원인:수륙분포(육지와 해양의 분포)와, 해류(난한류)

2.해수면에 도달하는 태양 복사 에너지

표층 수온은 위도에 반비례한다.

3.수륙분포와 해류(같은 위도에서 표층수온이 같지 않는 경우)

<전제조건:같은 위도에서 비교할 때이다. 절대적인 온도는 위도를 기준으로 보되

같은 위도에서 온도가 다른 경우 를 말하는 것으로 

아래에 나올 요인들은 모든 상황들은 “위도가 같을 때의 다른 경도의 비교”라는 전제가 있다는 것을 잊지 말고 봐야한다. ex)난류라해도 고위도에 있으면 저위도 한류보다 온도낮다. 겨울이라 해도 고위도 여름이 저위도 겨울보다 춥다>

대륙은 해양보다 열용량이 더 작아서 연교차가 더 크다

(+비열용량과 열용량의 차이

비열용량(비열)은 그 물질의 1g당 1도를 올리기 위한 에너지의 양이지만 열용량은 그 물질 전체질량이 1도 올리기위한 에너지의 양)

따라서 수온의 연교차는 대륙이 해양보다 더 크다(ex. 황해와 동해)

난류가 온도가 더 높고 한류가 더 온도가 낮다

(ex.서태평양 인도네시아가 동태평양 페루보다 더 온도가 높다)

난류와 한류가 만나는 지역은 수온이 급변하여 등온선이 조밀(like 기압이 급격이 변하여 

바람의 세기가 강할수록 등온선이 조밀)

ex)북서태평양의 난류와 한류가 수렴하는 지역은 등온선이 조밀하다

북동태평양의 해류가 용승해 발산하는 지역은 등온선이 엉성하다

(2)연직 수온 분포

수심이 1m만 들어가도 태양 복사 에너지의 50가 차단

10m만 들어가도 90퍼가 차단

100m만 들어가도 99퍼가 차단된다. 

수심에 따른 수온 분포를 본다.

무엇을 기준으로 보냐하면 위도와 계절을 기준으로 본다.

위도는 온도와 바람이 다르다

계절도 온도와 바람이 다르다.

연직 수온 분포는 3가지 층으로 나뉜다. Mixed layer,thermocline layer, deep water layer 

본래 바다의 층은 깊이에 따라

단위면적 당 태양에너지가 적어 온도가 떨어지는 수온약층(물의 온도가 뛰는 공간, 약:도약할 약)

과 태양에너지가 도달하지 않아 연직방향 기온분포가 일정한 심해층이 있다.

BUT여기서 ‘바람’이 불어서 

바닷물을 mix(혼합)시킨다. 물은 섞이면 기온이 같아진다(열역학 제0법칙)

그렇기 때문에 깊이에 따라 기온이 일정한 mixed layer이 형성된다.

이게 해수의 연직방향 수온분포 원리이다. 태양에너지와 바람

이를 바탕으로 ‘위도’와 ‘계절’에 따라 생각해보면

+위도별 바람의 세기는 위도별 열에너지 이동량에 비례한다.

저위도에선 단위면적당 태양에너지량 많고 바람이 약하다(적도 무풍대)

->수온약층 발달, 혼합층 약화

중위도에선 단위면적당 태양에너지량 적당하고 바람이 강하다(열에너지 이동량이 커서)

->수온약층 발달, 혼합층 발달

 고위도에선 단위면적당 태양에너지량 적고 바람이 강하다.

->수온약층 약화, 혼합층 발달

->수온약층이 없으므로, 혼합층과 심해층의 물질/에너지 이동을 차단하지 못한다.

따라서 해수가 침강해(그린란드 래브라도해-북대서양 심층수, 남극 웨델해-남극 저층수) 해수의 심층순환으로 이어진다.

->북대서양 심층수, 남극 중층수, 남극 저층수가 만들어진다.

결론:해수의 침강의 원인은 단위면적당 태양에너지량이 적어 수온약층이 없기때문이다.

+대충 구체적인 수치로 기억하기

(사실 위도, 계절에 따라 실제와는 너무너무너무너무많이 다르지만 대략적으로 외운다)

혼합층 두께 100m~500m->수온약층 시작하는 깊이 100m~500m

수온약층 두께:500m->심해층 시작하는 깊이 600m~1km

밀도분포가 안정적이라 성층권처럼 층이 이루어져있어 안정적이고 혼합층과 심해층 사이의

물질에너지교환을 차단한다.

(성층권=층을 이루는 권역이란 뜻)

심해층=북대서양심층수, 남극저층수, 남극 중층수

심해층 온도 4도

혼합층의 온도 저위도 중위도 25도 20도

cf)해수면 온도 25도 이상인, 위도 5도 이상인 곳에서 열대저기압 발생

+혼합층 온도의 태양에너지가 아닌 바람의 관점

혼합층의 온도는 단위면적당 태양에너지에 비례하지만

바람의 mix관점에서도 생각해볼 수 있다.

바람이 쌔게불 수록 혼합층의 두께가 두꺼워지면 더 깊은 곳의 해수가 mixed

혼합층의 평균 기온이 낮아진다고 생각할 수 있다.

예시로, 태풍이 통과한 해수의 온도는 태풍이 통과하기 전에 비해 해수의 온도가 낮아진다.

태풍의 강풍이 해수를 mix해 해수면이 평균온도가 하강했기 때문이다.

++표현 정리하기

1.혼합층이 발달한다=혼합층 두께가 두꺼워진다.

2.수온약층이 발달한다=/=수온약층 두께가 두꺼워진다

이다. 수온약층이 발달한다는 수온약층의 두께가 두꺼워진다가 아니다.

애초에 심해층이 시작하는 깊이도 저위도가 더 얕고 중위도가 더 깊다.

수온약층이 발달한다=깊이에 따른 온도변화가 더 크다. 라는 말이다.

여기서 “수온약층은 단위면적당 태양에너지에 의해 발생한댔는데 

저위도가 단위면적당 태양에너지가 더 많으니 더 두꺼워야 하는거 아니에요?”

라는 의문을 가질 수 있다. 하지만 

혼합층을 지나 생기는 100~500m부터의 수온약층의 수온 분포의 원인은

태양복사에너지가 아니라. 혼합층으로부터의 단위면적당 전도, 복사에너지이다.

그런데 저위도와 중위도의 혼합층의 온도는 25도 20도 정도다 보니

얼마 차이가 나지 않아 수온약층의 두께는 비슷한 것이다.

그리고 오히려 중위도가 심해층이 시작하는 깊이가 더 깊은 것이다. 

정리.

수온약층이 발달한다=깊이에 따른 온도변화가 더 크다=혼합층과 심해층의 온도차이가 크다=심해층의 온도는 1년 내내 4도이므로 혼합층의 온도가 높다 

3.수온 약층이 시작하는 깊이=혼합층의 두께

4.심해층이 시작하는 깊이=혼합층+수온약층의 두께

B.해수의 염류와 염분

염류와 염분은 다르다

염류(salt):해수 중에 녹아 있는 여러가지 물질

염분(sal in ity):염류의 양=농도

염분비 일정법칙(law of the regular salinity ratio)

염분이 일정하다는게 아니라

염분 구성비가 일정하다는 것이다. 번역하니 어색해진 용어이다.

해수에서 염류의 양(염분)은 달라도 염류들의 구성비(염분비)가 일정하다는 것이다.

cf)따라서 바닷물이 용액이다.

용액:두 가지 이상의 물질이 화학적 상호작용에 의해 섞인 하나의 균질한 혼합물

균질=염분구성비 일정 법칙

(1)염류(salts):해수에 녹아있는 여러가지 물질이다.

대부분 이온 상태로 존재한다 Na+, Cl-

염류의 구성:대부분이 Na,Cl-,Mg2+

염류의 공급:해저 화산활동 육지

해저 화산활동으로부터 Cl-가 공급

육지로부터 강물에 녹은 금속이온들 Na+, Mg2+ 공급

(2)염분(sal in ity)

염분:해수 1kg에 녹아 있는 염류의 양

염분비 일정 법칙:각 해양에서 염분(염류 농도)는 다르지만 

염류 구성비는 일정하다

의의:모든 해양에서 Cl- 비율만 알면 나머지 Na+, Mg2+ 비율 또한 알 수 있다

의미:전 지구의 해양은 고루 섞였다.

but 염분이 다른 이유->증발량강수량, 육수, 결빙과 해빙, 수괴 등등

Q.염분의 결정 요인은 무엇일까?

두 가지가 있다.

1.물의 양

2.염류의 양

해수의 염분이 변할 때 염류의 양은 변하지 않으므로

해수의 염분이 변하는 이유는 물의 양이 많고 적음 때문 일 것이다.

(3)표층 염분 결정요인, (4)심층 염분 결정 요인

(3)표층 염분의 결정요인 3가지

주요인과 부속요인(해수의 표층온도 주요인:위도, 부속요인:해류, 바람, 용승)

주요인:위도별 증발량과 강수량

부속요인:해수의 결빙, 담수유입

1.주요인:위도별 증발량과 강수량

+위도별 기압 배치

적도 저압대(열대 수렴대)-저기압-열대저기압에서 비가내림

중위도 고압대(아열대 발산대)-고기압-중위도 고압대에선 비가안내려 건조함-사막화

고위도 저압대(한대 수렴대, 전선대)-저기압-전선면에선 비가내림

극 고압대-고기압-건조

++위도별 다양한 이름

적도 저압대=적도 무풍대= 열대 수렴대

중위도 고압대=아열대 발산대

고위도 저압대=한대 전선대(전선, 성질이 다른 공기가 만남, 항상 전선 고위도에 전선면 생기고 전선면에 비내림)

그러므로 위도별 증방량과 강수량

순증발량=증발량-강수량과 염분은 비례한다.

(보통 증발량-강수량으로 자료를 주나 물의 유입을 기준으로 강수량-증발량으로 자료를 준 경우 낚이지 말아야 한다)

다만, 위도 60도 이상부턴 다시 극 고압대=건조라서

순증발량이 증가함에도 불구하고 염분이 낮아지는데 

빙하가 해빙하기 때문이다.

2.부속요인:해수의 결빙과 담수 유입

해수 결빙-염분 상승

해수 해빙-염분 하강

담수 유입-연안(육지근처)은 대양의 중앙보다 염분 낮다

(4)심츰 염분 결정 요인

심해층에서 심층순환하는 수괴의 염분을 따른다.

C.해수의 밀도

d=S*D/T

Density=Salinty*Pressure/Temperature

밀도=염분*압력/온도

Pressure은 Depth에 비례한다.

밀도는 Salinty와 Temperature에 영향받는다

Salinty는 latitude에 

Temperature도 latitude에 영향받는다,

그러므로 latitude를 기준으로 해수의 밀도를 분류한다.

그리고 Temperature와 Pressure는 Depth에 영향받으므로

Depth에 따라서도 Density를 관찰해보자.

따라서 해수의 밀도를 관할하는 기준 두 가지:위도, 깊이

(1)해수의 밀도

1.d=s*p/t

2.위도에 따른 밀도 분포

저위도-온도 높고 염분 낮음 –밀도 낮음

중위도-온도 중간 염분 높음 –밀도 높음

고위도-온도 낮고 염분 낮음 –밀도 매우 높음(극댓값)

극-온도 매우 낮고 염분 낮음-밀도 높음

혼합층과 심해층의 온도차가 크면(저위도, 중위도) 밀도에 수온의 영향이 크다

혼합층과 심해층의 온도차가 작으면(고위도, 극) 밀도에 염분의 영향이 크다.

북극은 남극에 비해 표층 밀도가 낮다-북극은 빙하가 녹아 염분 낮다.

왜냐하면 “지구의 표층 해수가 가지는 범위 내에서 수온의 변화에 의해 생기는 밀도의

폭이 염분의 변화에 의해 생기는 밀도의 변화 폭보다 크기 때문에 중저위도에선 

수온의 영향이 수온이 일정한 고극위도에선 염분의 영향이 크다 그렇기 때문에

기온이 비슷한 북극과 남극의 밀도차이는 염분차이로부터 유래한다.”

3.깊이에 따른 밀도 분포

수심(깊이)가 깊어질수록 수온은 낮고 수압은 증가한다->밀도가 커진다.

밀도약층=수온약층

표층, 밀도약층, 심층=혼합층, 수온약층, 심해층

수온약층이 혼합층과 심해층의 이동을 차단하듯 

밀도약층도 표층과 심층 사이의 이동을 차단한다.

cf)약층이 존재하지 않는 고위도에서 표층에서 해수의 침강이 일어난다.

cf)수심에 따른 수온, 염분, 밀도그래프의 구분

수심이 깊어질수록 수온은 감소한다. 증가하더라도 아주 살짝 증가하고 감소만한다.

수심이 깊어질수록 밀도는 감소한다. 무조건 증가한다. 밀도가 무거울수록 깊은곳에

있기 때문에 예외가 없다.

수심이 깊어질수록 염분은 감소하다 증가하거나 증가만 한다. 살짝 감소하기도 한다.

저위도, 중위도에선 거의 감소하다가 증가하고

고위도에선 거의 증가만한다.

그러나 염도분포는 예외가 너무나 많아 경향성이 없기 때문에

해수의 온도,염분,밀도를 구분해야 할 때면 

밀도와 온도를 정하고 나머지 선을 염분으로 해야한다.

염분과 온도그래프의 구분법은

온도그래프는 감소만 가능하고

염분그래프는 증가와 감소가 제멋대로라는

따라서 

감소만한다=수온그래프

증가만한다=밀도그래프

제멋대로다=염분그래프

수심이 깊어지면서 증가한다?=밀도or염분그래프

(2)수온 염분도(Temperature-sal in ity(설 인 이티) diagram)

1.수괴(Water Mass):수온과 염분특성이 비슷한 해수 덩어리

2.수온 염분도

밀도를 수온과 염분을 사용해 표시한다. 그래프를 보고 해수의 깊이를 추정할 수 있다.

가로축은 수온, 세로축은 염분이다.

위 사실을 바탕으로 

해수의 연직방향으로 수온,염분분포를 생각해보자.

해수의 연직방향으로 수온분포는 무조건 감소한다.

그러니 T-S다이어그램 그래프는 위->아래로 발달해있을 것이다.

그러니 수심에 따른 T-S다이어그램 그래프는 수심이 증가함에 따라(y가 감소함에 따라 x를 가지는 함수(funtion)를 이룰 것이다.

(정의역 한개당 치역이 대응한다는 수학적 의미의 함수)

해수의 연직방향으로 염분분포를 생각해보자

증가만 하거나 감소하다 증가하거나 무작위이다.

그러니 T-S다이어그램 그래프는 왼쪽->오른쪽 OR 우왼우 등

가로로는 꿀렁일 것이다.

위의 수온과 염분분포를 바탕으로,

밀도가 높을수록 수심이 깊은 곳에 있으니 

T-S다이어그램은

해수의 연직방향으로 밀도는 계속 증가할 것이다.

3.T-S도의 해석

T-S도는 낯설기 때문에 제대로 해석법을 익히지 않으면 실수하기 쉽다.

T-S도의 왼쪽위가 밀도가 제일 낮고

오른쪽 아래가 밀도가 제일 높다.

T-S도 그래프가 가로로만 변한다면 온도가 일정하고 염분이 변한다

T-S도 그래프가 세로로만 변한다면 염분이 일정하고 온도가 변한다

T-S도 그래프가 등밀도선을 따라서 변한다면 밀도가 일정한 것이다.

T-S도 그래프가 등밀도선에 수선방향으로 변한다면 밀도가 급변한다.

밀도가 급변한다=밀도약층이다=안정적이다.

등밀도선은 직선이 아니라 위로 볼록한 곡선이다

오른쪽 아래로 갈수록 등밀도선이 조밀하고

왼쪽 위로 갈수록 등밀도선이 엉성하다

수온이 낮을수록 염분의 영향이 더 커지고=T-S도의 위쪽에서 등밀도선 간격이 더 좁다.

수온이 높을수록 염분의 영향이 더 작아지고

염분이 높을수록 수온의 영향이 더 커지고=T-S도의 오른쪽에서 등밀도선 간격이 더 좁다

염분이 낮을수록 수온의 영향이 더 작아진다

위 말을 이해하면

“밀도가 이미 높을 때일수록 수온,염분의 영향을 더 크게받는다”

라고 이해해서 T-S도의 오른쪽 아래일수록 수온과 염분 영향을 더 크게받고

T-S도의 왼쪽 위에일수록 수온과 염분 영향을 더 적게받는다라고 생각하면 된다.

수학적으로는 등밀도선이 호(arc)모양이므로 

원의 방정식에서 반지름이 작을수록 순간기울기변화량이 큰 것을 생각해보면 된다.

cf)위를 바탕으로 아래의 의미를 다시 이해해보자

고위도 극지방에서 밀도가 낮은 이유는 수온이 낮으면 염분의 영향을 더 많이 받기 때문

고위도 극지방에서 염분이 낮은 이유는 순증발량보다 해빙이 더 크기 때문

4.등밀도 혼합:밀도가 같고 수온과 염분이 각각 서로 다른 두 해수를 섞으면

부피비에 관계없이 밀도가 증가한다.

D.해수의 용존기체

(1)용존기체:녹아서 존재하는 기체

용존기체 종류:산소, 이산화 탄소

(2)용존기체의 농도를 결정하는 요인 3가지

1.용해도

수온이 낮을수록, 염분이 낮을수록, 수압이 클수록 잘 녹는다

용매(물)에 대해 용질(용존기체, 염류)가 competitive라고 이해하자

2.해양 생물 활동

광합성/호흡

3.해수의 연직이동

침강/용승

(3)용존기체의 표층 분포

용해도는 온도에 반비례한다.

따라서, 표층해수의 용존기체는 위도에 반비례한다.

(4)용존기체의 연직 분포

용존 이산화 탄소량이 용존 산소량보다 크다.

왜냐하면, 산소와 이산화탄소, 둘 다 무극성 분자이므로,

극성 분자인 물과 분자간 상호작용 방식은

유도쌍극자-영구쌍극자 힘이다.

이때, 유도쌍극자는 분자의 크기(덩치, 몰질량)에 비례하므로,

즉 몰질량이 클수록 편극(분극)에 의한 유도쌍극자가 잘 생성되므로,

몰질량(덩치)이 더 큰 이산화탄소와 물 사이의 분자간 힘이 더 강력하다.

또한 물에 용해된 일부 이산화탄소(약 0.2~1%)는 다음과 같이 탄산을 형성하므로,

CO2(g) + H2O(l) → H2CO3(aq)

이산화탄소는 산성용매에 더 잘 녹기 때문에

이산화탄소의 용해도를 증가시키는 이유가 된다.

따라서, 실온에서 이산화탄소의 용해도는 1,449 mg/L로 산소의 용해도 8.273 mg/L보다 크다. 즉, 산소보다 물에 더욱 잘 녹는다.

어려우면 그냥 이산화탄소가 무거우니 물에 더 잘녹는다고 생각하자.

가벼우면 날아가버리잖아.

1.연직방향 용존 산소량 분포

수심이 깊어지면서 감소하다가 증가한다

광합성-호흡-침강수

심해층에는 극해역의 해수가 침강해 심층순환하고있기 때문이다.

2.연직방향 용존 이산화탄소량 

수심이 깊어지면서 대체로 증가한다

호흡-수압증가

(4)용존 기체 농도의 변화(중요하다)

1.심층 해수는 오래될수록 생물의 호흡, 분해에 의해 산소가 감소한다.

ex)심층의 용존산소량은 대서양이 태평양보다 높다.

2.대기 중 이산화 탄소 배출량 증가

인간활동->CO2증가->해수에 탄산이온 증가(PH감소)->해수 산성화->

탄산칼슘으로 형성된 생물체들 죽어감