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중층수
중층수(中層水, intermediate water)는 표층수와 심층수 사이에 있는 수괴를 말한다. 염분의 농도가 가장 낮은 것으로 알려졌다.
개요[편집]
중층수는 해양에서 상층수와 심층수의 사이를 차지하는 수괴(水塊)를 말한다. 이는 상층수(surface water) 아래에 존재하며 상층수보다 저온이고, 대부분 저염분수로 이루어져 있다. 도한, 표층수와 심층수 사이에 존재하는 염분최소층으로 특징지어지는 수괴로 동해 중층수, 또는 북태평양 중층수(North Pacific Intermediate Water)가 대표적인 것이다. 동해에서는 수심 약 200∼300m에서 34.05 psu 이하의 염분최소층, 북태평양에서는 수심 약 200∼700m 사이에서 34.0∼34.6 psu 이하의 염분최소층으로 나타난다. 다만 북대서양의 중층에서는 염분이 높은 지중해수의 영향으로 염분최소층은 뉴펀들런드의 북동 해역에서만 나타난다.[1][2]
상세[편집]
중층수는 해양에서 상층수와 심층수의 사이를 차지하는 수괴로 깊이는 수백 m이며, 일반적으로 염분의 연직분포에서 그 값이 가장 낮은 극소층을 이룸으로써 식별된다.
깊이는 수백 m이며, 일반적으로 염분의 연직분포에서 그 값이 가장 낮은 극소층을 이룸으로써 식별된다. 남반구의 남극중층수는 남극수렴성 해역에 기원을 두고, 염분이 낮은 해수가 약 900m 깊이로 북쪽을 향해 퍼지고 있으며, 남대서양·인도양 및 남태평양에 널리 분포한다. 남극중층수는 대체로 그 범위가 적도 부근까지 미치는데, 특히 대서양에서는 북위 25° 근처까지 추적할 수 있다. 북반구에서는 아한대중층수가 생성되어 있는데, 특히 북태평양에서는 북위 43° 이남의 광대한 해역에 분포하며, 적도를 사이에 두고 남극중층수와 거의 대칭을 이룬다. 이를 북태평양아한대중층수라 하는데, 극전선해역 부근에서 침강한 오야시오(Oyashio)해류계의 해수가 상층수와 같은 환류계로 북태평양을 이동해 가면서 형성된 것이다.
북대서양에서는 북위 40° 이남, 북위 20° 이북에서는 염분극소층이 없으며, 뉴펀들랜드 난바다에서만 볼 수 있다. 그 이유를 아한대수의 생성이 적고, 생성된 중층수가 비교적 고염분이며, 지중해 고함수의 영향 등이라고 주장하는 학설들이 있으나 아직 확실하지 않다. 또한 수괴분석에 의한 중층수의 특성에 대해서 이론이 생기고 있으며, 여러 가지로 분명하지 않은 점들이 많다.[3]
종류[편집]
남극 중층수[편집]
남극 중층수(Antarctic Intermediate Water)는 남빙양(남극해, Southern Ocean)의 아남극전선(subantarctic front, SAF) 북부에서 수직적인, 염분 최소 특성으로 구분되는 남빙양 기원의 중층수(intermediate water)로서 남빙양 기원의 저층수(bottom water)인 남극 저층수(Antarctic Bottom Water)보다 밀도가 작아 저층이 아닌 중층(수심 1,000 m 부근)에서 북쪽으로 수송되어 대서양, 인도양, 태평양의 광범위한 영역에서 발견된다.
남극 중층수는 드레이크 해협(Drake Passage) 인근에서 형성되어 아열대 및 열대 해역을 따라 남빙양의 대서양, 인도양, 태평양 구역을 모두 채우는 저염의 중층수로서 아남극전선의 북부에서 발견되며, 이 전선의 남부에 위치하는 표층수와 아남극 모드수(Subantarctic Mode Water, SAMW)가 그 기원수(source water)로 알려져 있다. 전통적으로는 남빙양의 강한 편서풍에 의해 북쪽으로 에크만 수송(Ekman transport)이 발생하며 남극대륙 부근의 남극 표층수(Antarctic Surface Water, ASW)가 북쪽으로 확장하는 과정에서 아남극전선 부근에 남극 중층수가 형성되는 것으로 이해되어 왔다. 그러나 최근에는 남태평양 동부와 드레이크 해협에서 염분 최소 구조와 함께 국지적으로 형성된다는 견해가 설득력을 얻고 있는데, 특히 용존산소 분포는 이러한 견해를 잘 뒷받침한다.
남극 중층수는 남반구 아열대 환류(subtropical gyre)와 태평양 및 대서양 열대 해역 전반에 걸쳐 수심 약 500m에서 1,500m 범위에 나타나는 저염수에 해당한다. 아남극전선 북부에서는 수직적인 염분 최소 특성으로 구분되며, 그 남부에서는 발견되지 않는다. 대서양에서는 훨씬 고염의 지중해수(Mediterranean Water, MW)가 분포하는 북위 15~20도 부근까지 도달하며, 인도양에서는 저염의 인도네시아 기원 중층수가 분포하는 남위 약 10도에서도 발견되고, 태평양에서는 북위 10~20 도까지 확장하여 밀도와 염분이 더 낮은 북태평양 중층수(North Pacific Intermediate Water, NPIW)까지 이른다.
남극 중층수는 형성되면서 표층을 떠난 지 오래되지 않은 상태에서 발견되는 남태평양 동부에서 250~300 μmol 으로 용존산소가 상대적으로 높다. 남극 중층수 등밀도선에서의 용존산소 분포로 볼 때, 그 생성 해역은 드레이크 해협 서부와 칠레 남해안의 표층이라 할 수 있다. 남태평양의 동부에서 이 표층 저염수의 일부는 북쪽으로 섭입되고, 남극 중층수가 되어 북태평양까지 이른다. 대서양과 인도양의 남극 중층수는 태평양의 남극 중층수가 변형된 것으로 이해할 수 있다. 새로 생성되는 남극 중층수는 드레이크 해협을 통해 아남극전선에서 태평양으로 이류되고, 다시 태평양에서 대서양과 인도양으로 이동하는 과정에서 그 특성이 점차 저온 고밀도화된다. 대서양에서 남극 중층수는 수온약층 바로 아래로 파고들어 아남극전선을 따라 동쪽으로 그리고 북쪽의 남대서양 아열대 환류 내부로 진입한다. 그 일부는 동쪽으로 계속 확장하여 남빙양의 인도양 구역에 이르고, 인도양 내부로 북상하여 인도양 아열대 환류 내부로도 진입한다. 인도양의 남극 중층수는 드레이크 해협 표층의 기원으로부터 오랜 시간이 지난 상태이기 때문에 다른 해역에서의 남극 중층수보다 용존산소가 훨씬 낮다.[4]
북태평양 중층수[편집]
북태평양 중층수(North Pacific Intermediate Water)는 구로시오(Kuroshio)와 오야시오(Oyashio) 두 해류가 수송하는, 전혀 다른 특성의 해수가 혼합되는 일본 동부에서 기원하여 북태평양 일대에 분포하는 수온과 염분이 상대적으로 낮은 수괴이다.
북태평양의 구로시오 연장(Kuroshio Extension) 해역에서는 구로시오가 수송하는, 생성된 지 오래된 아열대 환류(subtropical gyre)의 고염수와 오야시오 해류가 수송하는, 최근 생성된 아한대 환류(subpolar gyre)의 저염수가 혼합하여 북태평양 중층수를 형성한다. 이 혼합 과정은 수직적인 염분 최소 구조를 만들어내며, 아열대 환류 내에서 상층의 고염수 아래에 염분 최소층으로 구분되는 북태평양 중층수의 중요한 특징을 만드는 중요한 기작이다. 북태평양 중층수의 포텐셜 밀도(potential density)는 약 26.6~26.9 이어서, 늦겨울 아한대 환류 표층에 존재하는 해수의 밀도보다 약간 높기 때문에 산소가 풍부하고 저염의 특성을 가지는 북태평양 중층수가 형성되며, 수직 확산 및 오호츠크해(Okhotsk Sea)의 해빙 형성을 통해 아한대 환류 내부로 확장한다. 최근 연구에 따르면 북태평양 중층수는 구로시오 연장 역과 아극 전선(subarctic front) 사이에서 3가지 경로를 따라 형성하는 것으로 알려졌다. 이동형 관측에 기반하여 추정한 북태평양 중층수의 형성 시간 규모는 1~1.5년이며, 체류 시간(residence time)은 약 20년 정도이다. 체류 시간보다 형성 시간 규모가 작아 북태평양 중층수의 특성은 오야시오 해류 수송량이 크게 변화하는 연도에만 다소 변화할 뿐 쉽게 변화하지 않음을 알 수 있다.
태평양의 중층은 두 종류의 저염 중층수로 채워져 있는데, 하나는 북태평양 중층수이고, 다른 하나는 남극 중층수(Antarctic Intermediate Water, AAIW)이다. 두 수괴는 모두 차고 저염의 특성을 보이는 아극대(subpolar latitudes)의 표층수를 기원 수로 한다. 아열대와 열대 태평양에서는 중층수가 고염의 환남극 심층수(Circumpolar Deep Water)와 고염의 중앙수(Central Water) 사이에 위치하기 때문에 두 중층수는 모두 수직적인 염분 최소층으로 구분할 수 있다. 북태평양 중층수에 해당하는 염분 최소층이 북태평양의 아열대 해역에 국한되어 나타나지만, 남극 중층수에 해당하는 염분 최소층은 열대 태평양과 남태평양뿐만 아니라 남빙양, 대서양, 인도양까지 광범위하게 분포한다. 두 태평양 중층수는 모두 용존산소가 높은 특징이 있지만, 중앙수에 비해 낮은 용존산소를 보여 체류 시간이 긴 것을 확인할 수 있다. 등밀도 면에서의 염분과 용존산소 분포를 통해 두 수괴의 확장을 뚜렷하게 볼 수 있는데, 북태평양 중층수는 오호츠크해부터, 남극 중층수는 남태평양 동부부터 각각 확장하는 형태의 저염, 고산소 수괴로 확인된다.[5]
아한대 중층수[편집]
아한대 중층수(Subpolar Intermediate Water, 亞寒帶中層水)는 아극해역이나 극해역에서 냉각되어 극전선 부근에서 침강하여 해양 상층의 대류권보다 깊은 곳을 적도방향으로 흐르는 저온 저염분의 수괴(水塊)를 말한다. 고위도 지방의 대부분의 해역은 수온과 염분이 낮은 아한대수가 차지하는데, 이것이 아한대 수렴선으로부터 중앙수 하층에 잠입한 것임. 이 수괴가 있기 때문에 중위도부터 열대까지 깊이 수백 m에 이르는 곳에 염분의 극소층을 볼 수 있다. 이 중층수는 북태평양에 가장 광범위하게 분포한다.[6]
동해 중층수[편집]
동해 중층수(East Sea Intermediate Water)는 동해의 영구 수온약층 바로 아래에 존재하며 동해 서부 및 남부 해역에 넓게 퍼져 있는 수괴로 높은 용존산소 농도와 염분 최소층을 갖는 전형적인 중층수이다. 동해중층수는 영구 수온약층 아래에서 250 μmol/l 이상의 높은 용존산소와 수직적으로 저염 최소층을 가지고 있으며 동해 서부 및 남부 해역에서 넓게 발견되는 전형적인 중층수이다. 수온 범위는 1~5℃ 정도이며 염분은 34.06 psu 이하이고 퍼텐셜 밀도는 26.9~27.3 의 범위를 일반적으로 가지고 있는 것으로 알려져 있다. 이 염분 최소층은 일본 해양학자들이 처음 발견하였으나, 한국 과학자들이 처음으로 수괴로 분류하고 동해중층수로 명명하였다.
관측 자료에 기반한 겨울철 영구 수온약층을 경계로 고염 대마난류수와 수직적으로 인접해 있는 이 수괴는 높은 용존산소를 가지고 있으며, 낮은 염분을 갖고 있는 점으로 보아 동해 북부 해역의 겨울철 표층에서 형성되는 것으로 추정하였다. 그러나 동해중층수가 주로 형성되는 것으로 추정한 해역은 북한 영해였기 때문에 실제 관측 자료가 부족하여 주로 일본 학자들을 중심으로 수치 모형실험을 통해 동해중층수의 기원과 형성에 대해 보고하였다.
동해 북서부 해역(서일본분지)의 겨울철 표층에서 형성되는 것으로 추정하였는데, 해당 해역이 북한 영해였기 때문에 자료 부족으로 정확한 결론을 내리지 못하다가, 최근 아르고 플로트가 동해 북부 전반에 걸쳐 많은 자료를 생산함에 따라 동해중층수가 주로 형성되는 해역이 40~42 °N, 130~133 °E로 블라디보스토크 남쪽에 겨울철 형성되는 북한 전선의 서쪽 지역에서 넓게 형성된다고 알려졌다. 해당 해역은 러시아에서 불어오는 골바람에 의해 형성되는 쌍극 바람 응력 컬(dipole wind stress curl) 중 해수의 침강을 유발하는 음의 바람 응력 컬이 강하게 나타나는 해역이다. 따라서 동해중층수는 다른 중층수의 형성과 유사하게 섭입(subduction) 과정을 통해 형성되는 것으로 추정하고 있다.[7]
동영상[편집]
각주[편집]
참고자료[편집]
- 〈중층수〉, 《네이버 국어사전》
- 〈중층수〉, 《용어해설》
- 〈중층수〉, 《지구과학사전》
- 〈중층수〉, 《두산백과》
- 〈남극 중층수〉, 《해양학백과》
- 〈북태평양 중층수〉, 《해양학백과》
- 〈아한대 중층수〉, 《해양과학용어사전》
- 〈동해 중층수〉, 《해양학백과》
같이 보기[편집]
