해수(海水, seawater) 또는 바닷물은 바다에 있는 물을 말한다. 지구 표면에 있는 물의 97% 이상이 해양에 있는 해수이다. 부피는 약 1.4 x 109 km³이고 평균 깊이는 3,800m에 이르는 광활한 서식처이다. 이 가운데 식물이 햇빛을 이용해서 나머지 모든 해양 생물을 먹여 살리는 유기물 생산(광합성)이 가능한 해양은 상층 200m 깊이까지로 전체 해수 부피의 5.8%에 지나지 않는다. 절반이 넘는 해수는 3,000m에서 6,000m의 깊이를 채우고 있다.
상층의 해수는 햇빛에 데워져 비교적 따뜻하지만, 대부분의 해수는 그림 1에 보이듯이 5°C가 채 되지 않는 차가운 물로 채워져 있다. 이렇게 차가운 이유는 심층 해수가 극 지방에서 만들어지기 때문인데, 현재 우리가 살고 있는 시기가 기후학적으로 빙하기이기 때문이다.
염도
전반적인 바닷물의 염도가 3.1%(100ml기준)에서 3.8% 사이이지만 전 세계의 바닷물의 염도가 고르다는 뜻은 아니다. 강구에서나 녹는 빙하 가까이에서 흘러나온 민물과 섞이는 곳에서 바닷물은 실질적으로 염도가 떨어질 수 있다.
염도 35‰(퍼밀)은 1000ml 해수 기준 약35g의 소금기를 함유한다. 따라서 해수(3%)를 순수한 물로 100배 희석한 경우 담수(0.05%)수준에 도달할 수 있다.
물리적 특성
우리가 매일 마시는 물(담수)과 해수는 어떻게 다를까? 사람은 바닷물을 마실 수 없는데 그 이유는 바닷물에 녹아 있는 염 때문이다. 평균적인 해수 1kg에는 물 965그램에, 물에 녹은 여러 종류의 염(salts)이 대략 35그램 들어 있다. 이런 해수의 염분(salinity)을 35‰라 규정한다. 해수의 물리적 속성은 해수의 주성분이 물이기 때문에 해수의 물리적 성질은 대체로 물과 많이 유사하다. 언급할 만한 몇 가지 다른 점을 정리하면 다음과 같다.
- 해수에는 염이 녹아 있어서 물보다 약간 무겁다: 표층 해수의 밀도는 1.025kg/L가량이고 심해에 있는 가장 무거운 해수는 1.050kg/L을 넘기도 한다.
- 물(해수)은 빛을 잘 투과시키지 않는다. 식물이 살 수 있는 곳은 표층 200m까지이다.
- 해수의 어는점은 물보다 낮아서 -2°C에서 언다. 어는 온도 특성으로 인해서 해양에는 얼음이 육지보다 흔치 않다.
- 해수가 얼 때 염은 대부분 물 밖으로 축출되어서 1년이 지난 해빙은 녹여서 마실 수 있다.
- 해수에서는 거의 물만 증발한다. 따라서 빗물이나 눈에는 소금이 거의 들어 있지 않다.
- 깊은 곳의 해수는 수압에 의해 약간 압축되고 온도도 올라간다.
- 외양 해수의 염분은 31~38‰ 사이로 지역적 차이를 보인다. 차이는 증발과 강수와 같은 주로 물의 이동에 의한다.
화학적 특성
해수의 뚜렷한 화학적 특성을 몇 가지 정리하면 다음과 같다.
- 해수는 아주 잘 섞여 있다. 태평양과 대서양과 같이 지리적으로 멀리 떨어져 있어도 장소에 따른 조성 성분의 차이가 거의 없다.
- 해수는 약한 알칼리성이다. 현재 표층 해수의 pH는 약 8.1이다. 참고로 오염이 되지 않은 빗물은 대체로 약한 산성을 띤다.
- 해수에는 농도는 크게 차이가 나지만 지구를 구성하는 모든 원소가 들어있다. 해수 염의 주된 공급원이 암석의 풍화이기 때문으로 해양은 미래에 쓰일 광물질을 엄청난 양으로 가지고 있다.
- 해수에 들어 있는 화학물질은 대기-해양-지각의 복합적인 상호작용의 결과이다. 지각이 해수 화학에 미치는 영향은 가장 최근에 밝혀진 것으로 가장 뚜렷한 예로 해저에서 솟구치는 열수를 들 수 있다.
해수전지
해수전지는 바닷물에 녹아있는 나트륨이온과 물을 이용해 전기에너지를 생산·저장하는 장치다. 바닷물에 소금이 이온 형태로 녹아있는데, 이중 나트륨 이온이 리튬 이온처럼 전지의 양극과 음극을 오가면서 전기에너지를 저장하고 발생한다. 2014년 울산과학기술원의 김영식 교수팀이 세계 최초로 개발에 성공했다.
일상에서 가장 많이 쓰이는 전지는 리튬이온 배터리다. 리튬이 금속 중 가장 가벼울 뿐만 아니라 에너지 밀도도 높기 때문에 세계 충전지 시장의 주력상품이 된 것이다. 그러나 리튬은 지각의 0.002%에 불과한 희소금속이라 언젠가는 고갈된다. 지구 표면의 70% 이상을 덮고 있는 해수로 전지를 만들면 리튬처럼 고갈될 걱정이 없다. 또 리튬처럼 비싸지도 않아 전지 제조비 자체를 낮출 수 있다.
참고자료
- 〈해수〉, 《위키백과》
- 〈해수〉, 《해양학백과》
같이 보기
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