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수온
수온(水溫, water temperature)은 물의 온도를 가리킨다.
개요[편집]
수온은 물의 온도를 말하며 물이 가지는 물리적인 성질 중에서 가장 중요한 요소이다. 즉, 물의 물리적 성질 중에서 가장 중요한 요소이며, 물의 화학적 성질이나 생물환경 및 수리용(水利用) 면에 큰 영향을 주기 때문에 여러 측면에서 연구대상이 되고 있다. 인간이 이용하는 물에는 온천수, 하천수, 지하수, 호소 또는 저수지의 물로 나누어 생각할 수 있다. 또한, 수온은 해수의 온도를 의미하는 것으로, 해수 표면에서 해양과 대기사이의 열교환이 해수의 수온분포를 지배한다. 보통 해양에서 수온은 －2∼30℃ 사이의 변화 범위를 갖는다. 수온의 연직 분포는 수심이 깊어질수록 온도가 감소해서 해수는 수직적으로 표면혼합층, 수온약층 그리고 심해층과 같은 3개 층으로 나뉜다. 태양에너지를 흡수해서 따듯해진 표층해수는 바람과 냉각에 의해 혼합이 일어나 수온이 균일한 표면혼합층을 만들게 된다.
순수한 물은 0°C에서 얼지만 해수는 염류를 포함하고 있어서 그 온도에서 빙점에 도달하지 않는다. 영하에서도 얼지 않는 해수가 존재하여서 수온은 대략 –2°C의 하한을 가진다. 표면혼합층 아래 부분에는 수심이 깊어짐에 따라 온도가 급히 감소하는 수온약층이 존재하고, 그 아래에는 수온 변화가 거의 없는 저온의 수온 분포를 가진 심해층이 위치하게 된다. 수온의 수평 분포는 지역적으로 해류의 존재, 하천수의 유입, 해안선의 유무 등에 의해 수평 수온분포가 영향을 받게 된다. 대양에서는 수평 등치선이 위도와 평행하게 형성되며, 적도에서 극 쪽으로 갈수록 수온이 감소하는 경향을 보인다.[1][2][3]
수온의 연직 분포[편집]
수온은 수심이 깊어질수록 감소하는데 크게 3개 층으로 연직 분포를 나누어 볼 수 있다. 바람에 의한 활발한 혼합이 이루어져서 수온이 연직적으로 거의 일정한 혼합층(mixed layer), 깊이에 따라 수온이 급격히 감소하는 수온약층(thermocline), 그리고 수온의 변화가 매우 적은 심해층이 있다. 혼합층은 중위도에 잘 발달되어 있으나 열대지방은 바람이 약하여 매우 얇다. 여름철 중위도에서는 계절적 수온약층이 상대적으로 얕은 수심에 발달한다. 겨울과 봄철의 고위도에서는 혼합층과 수온약층으로 구분하기 어려울 정도로 해수 수층 전체가 거의 동일한 수온을 가진다.[3]
수온의 범위[편집]
해양의 표층은 태양 복사의 유입 등으로 수온이 상대적으로 높지만, 수심이 수천 m인 심층까지 모두 포함하여 전 대양의 수온 분포를 조사해 보면 수온의 빈도수가 가장 큰 범위는 0~2°C이고 그 다음이 2~4°C 범위에 분포해 있다. 이는 대부분의 해양 수온이 매우 낮은 4°C 이하의 저온 상태로 있다는 것을 의미한다. 실제로 해수 전체 부피의 약 75% 정도가 0~4°C 사이에 분포한다.
오른쪽 그림은 WOA(World Ocean Atlas) 수온 자료를 이용하여 매우 깊은 심층을 제외한 수심 0~3000m 사이의 해수 수온의 빈도수를 백분율로 나타낸 것이다. 0~2°C 수온 범위에 40.8%로 가장 많이 분포해 있고, 2~4°C도 28.5%에 달하는 것으로 나타난다. 매우 맑은 해수에서도 해수면을 통해 유입되는 태양 복사에너지의 대부분은 표층 1m 이내에서 50% 정도가 흡수되고, 100m 깊이에는 1%보다 적은 양이 도달하기 때문에 심층의 해수는 수온이 매우 낮은 상태를 유지하고 있다.[3]
수온 측정 방법[편집]
수온은 해수 채수가 가능할 경우 수온계로 직접 측정이 가능하지만, 일반적으로 전기전도도가 온도의 함수임을 이용하여 CTD(Conductivity, Temperature, Depth)를 활용하여 수온을 측정한다. 해수 표층 수온의 대부분은 표층 뜰개(surface drifter)가 자유롭게 떠다니면서 해수면 아래 15~20cm를 측정하고 있다. ARGO(Array for Real-time Geostrophic Oceanography) 중층 프로트는 부력을 조절하여 해수면에서부터 2000m까지 수온을 관측하며, 표층으로 다시 부상한 후 인공위성으로 수온 자료를 송신한다. ARGO는 지상에서 해상으로 가지 않더라도 중/심층의 수온 자료를 수집할 수 있게 해준다.[3]
기타 특징[편집]
표층 수온의 공간분포와 계절 변화
표층 수온은 일반적으로 위도에 따라 변하며 저위도에서 높고 고위도에서 낮은 분포를 보이고, 겨울에 낮고 여름에 높은, 계절에 따른 변동 특성을 보인다. 북반구에서는 대략 2월 중순에 최저가 되며 8월 중순 혹은 말경에 최고의 수온이 나타난다. 주어진 지점에서 일 년 동안 변화하는 수온의 연진폭은 해역마다 다양한 크기를 가지며 고위도로 갈수록 시간에 따른 연간 변화 범위가 크다.
해수 수온의 공간적 분포는 한류와 난류의 분포와 관계가 있고, 수심이 얕아 조석이 크고 조류가 센 해역에서는 강한 연직 혼합으로 인하여 주변보다 상대적으로 낮은 표층 수온이 나타난다. 바람에 의해 혼합이 활발한 해역에서도 비교적 낮은 해수 온도가 분포하고, 바람이 연안과 평행하게 일정한 방향으로 불어서 출현하는 연안 용승 해역에서도 낮은 수온을 보인다. 그 외에도 해양의 내부파가 전파될 때 수 분에서 수 시간의 주기를 가지고 주기적으로 수온이 변동하기도 한다.[3]
수심에 따른 수온의 공간분포
측기들이 관측한 해양실측 수온 자료를 이용하여 수온의 수십 년 평균장을 산출한 WOA 수온장이고, 수심 0m, 500m, 1000m, 3000m의 현장 관측 자료를 퍼텐셜 온도(또는 온위, potential temperature)로 환산하여 나타냈다. 퍼텐셜 수온은 각 깊이에서 직접 측정한 수온을 단열적으로 해수면까지 끌어 올렸을 때 해수가 가지는 온도이다. 표층에서는 수온이 –2~30°C의 범위에 분포하지만 깊은 수심으로 내려갈수록 현격하게 감소함을 볼 수 있다. 500m에서는 멕시코만류가 최고 18°C 정도이고, 3000m로 내려가면 전체 3~5°C 이하의 해수가 존재함을 알 수 있다. 적도 부근에서 첫 번째와 마지막 수온 분포를 비교해 보면 표층과 3000m 심층의 수온 차이가 20~30°C정도로 매우 큼을 볼 수 있다.[3]
관련 용어[편집]
고수온계[편집]
고수온계(paleothermometry)는 과거 해양이나 호수의 수온을 알기 위해서 간접적인 방법을 사용하여 그 당시의 수온을 추정하는 방법을 말한다. 직접 수온을 측정할 수 없었던 먼 과거의 수온 기록을 알기 위해서는 오랫동안 수층의 바닥에 쌓여서 과거 환경 기록들을 보존하고 있는 해양퇴적물, 산호 또는 호수퇴적물을 채취하여 이용한다. 퇴적물에 포함된 해양생물 유해, 미화석, 유기물 성분비들은 그 당시 주변 환경의 수온을 잘 반영하므로 고수온계 혹은 수온 프락시로써 이용되고 있다. 대표적인 고수온계는 미화석 군집, 유공충 및 탄산염 조가비(패각)의 산소동위원소 값, 탄산염 미화석의 Mg/Ca 비, 산호의 Sr/Ca 비, 유기생체지표 등이 있다. 고수온 복원을 통해서 과거 기후 변화, 해류 변화, 열적 팽창 정도에 따른 해수면 높이 및 다양한 해양환경에 대한 정보를 얻을 수 있다.
대표적인 고수온계
- 미화석 군집 : 표층 해수나 해저 바닥에 사는 플랑크톤 군집은 다양한 종으로 구성되어 있으며 저위도에서 고위도까지 다양한 환경에서 발견되고 있다. 서식하고 있는 환경에 따라 종 구성, 군집 정도가 다르게 나타난다. 따라서 플랑크톤이 서식하는 곳의 수온에 대한 정보를 얻을 수 있다. 퇴적물의 미화석 군집 자료로부터 통계식을 이용하여 화석이 서식했던 시기의 표층 수온을 추정할 수 있다. 미화석 군집은 단순하게 수온에만 의존하는 것이 아니라 먹이, 영양염, 염분, 산소 함량과 같은 여러 요인에도 밀접하게 반응을 하므로 정확히 판단하는 데 제한적인 요소가 있다.
- 산소동위원소 : 부유성 및 저서성 유공충의 패각을 이루고 있는 탄산염의 산소동위원소 비는 고수온 프락시로써 오랫동안 사용되어 왔다. 일반적으로 탄산염 내 산소동위원소 값은 수온이 1℃ 증가할 때 0.21~0.23‰ 감소한다. 따라서 산소동위원소 값이 높으면 낮은 수온을 의미한다. 만약 빙하의 부피를 같이 고려하는 경우, 빙하의 부피가 증가하는 경우에는 더 높은 산소동위원소 비율 값을 나타낸다. 유공충의 산소동위원소 비율 값은 단지 수온뿐만 아니라 유공충이 서식했던 해수의 산소동위원소 비율에도 영향을 받는다. 해수의 산소동위원소는 전 지구적 빙하의 부피, 주변 해역의 염분에도 영향을 받으므로 유공충 산소동위원소를 이용하여 수온을 복원할 때에는 해수의 동위원소 비율 값을 알고 있을 때만 비교적 정확한 수온에 대한 정보를 얻을 수 있다.
- 마그네슘(Mg)/칼슘(Ca) 비와 스트론튬(Sr)/칼슘(Ca) 비 : 유공충과 인편모조류와 같은 해양생물들은 주로 탄산칼슘을 이용해서 패각을 만들며 적은 양이지만 마그네슘도 함께 결합한다. 하지만 마그네슘은 패각을 약하게 할 수 있기 때문에 생물들은 체내 대부분의 마그네슘을 제거하려고 한다. 이러한 작용은 수온의 영향을 받으며, 따뜻한 수온일수록 패각에 더 많은 마그네슘을 함유하게 된다. 그러므로 높은 Mg/Ca 비는 높은 수온을 의미한다. 스트론튬은 산호의 골격을 구성하는 탄산염에 잘 결합한다. 일반적으로 산호 골격 내의 Sr/Ca 비는 해수 온도와 역상관 관계를 보여준다.
- 유기생체지표 : 퇴적물 내 유기분자구조의 분포는 수온을 반영한다. 착편모조강 기원의 알케논은 플랑크톤의 성장 온도에 따라 불포화 정도가 변화하며, 타움고세균 기원의 GDGTs(Glycerol dialkyl glycerol tetraethers)는 주변 수온에 의해 고리화 정도가 결정된다. 알케논 불포화 지수()와 TEX₈₆이 대표적이며 이러한 지수로부터 과거 수온을 추정할 수 있다.[4]
동영상[편집]
각주[편집]
참고자료[편집]
- 〈수온〉, 《네이버 국어사전》
- 〈수온〉, 《위키백과》
- 〈수온〉, 《용어해설》
- 〈수온〉, 《두산백과》
- 〈수온〉, 《지구과학사전》
- 〈수온〉, 《해양학백과》
- 〈고수온계〉, 《해양학백과》
같이 보기[편집]
