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심층수
심층수(深層水, deep water)는 저층수와 중층수 사이의 수심 1,000~4,000ｍ에 있는 저온·고밀도의 큰 수괴(水塊)를 말한다. 고위도 지방의 표층수가 침강하여 생긴다고 한다. 해양심층수(海洋深層水)의 줄임말이다.
개요[편집]
심층수는 해저 근처의 저층수와 위쪽의 중층수 사이에 있는 약 1000~4000m 부근의 수괴를 말한다. 수온은 1~2℃로 낮고 밀도가 높다. 심층수의 유동에 관해서는 아직 밝혀지지 않은 점들이 많은데, 심해 순환에는 새로운 이론과 관측 사실이 늘어나고 있으며, 현대 해양학의 큰 과제이다. 해저 근처의 저층수(底層水)와 위쪽의 중층수(中層水) 사이에 있는 약 1000∼4000m의 수괴로서 성질은 저온(1∼2℃)·고밀도이다. 남극 대륙 주변과 북대서양 북부에 있는 저온의 표층수(表層水)가 겨울에 냉각되었다가 심층까지 침강하여 심층수를 형성하는 것으로 생각된다. 태평양에서는 그와 마찬가지로 냉각이 일어나도 염분이 낮으므로 심층까지 침강하지 않으므로 태평양에 존재하는 심층수는 대서양과 남극해가 그 기원일 것으로 추정된다.
대서양의 심층수는 태평양보다 산소가 많은데, 이것은 대서양의 수괴가 더 새롭다는 것을 의미한다. 심층수의 수온이나 염분은 3대양이 비슷하지만, 염분은 대서양이 가장 많고, 다음에 인도양·태평양의 순서로 되어 있다. 심층수의 유동에 관해서는 아직 밝혀지지 않은 점들이 많은데, 심해 순환에는 새로운 이론과 관측 사실이 늘어나고 있으며, 이는 현대 해양학의 큰 과제이다. 심층수는 바다 깊은 곳에서 퍼올린 바닷물로서 심해의 최소 기준선인 수심 200m 이상에서 채수하며, 용도에 따라서 정수, 탈염 등 가공을 거쳐 사용한다. 해양심층수는 지구상의 가장 깨끗한 식수원이기도 하기 때문에, 일본 등 일부 국가에서는 식음료 등 관련 상품이 큰 시장을 형성하고 있다. 세계 각국에서 연구에 박차를 가하고 있으며, 대한민국 역시 정부 차원에서 많은 투자를 하고 있다.[1][2][3]
특징[편집]
심층수 또는 해양심층수는 수심이 깊고 움직임이 적은 '안정된 바다'에 있는 물이다. 바닷속 대류에 의해 이동하며, 지구의 기후에도 막대한 영향을 미친다. 대체로 온도가 낮은 심층수는 영양 염류가 풍부하다. 또한 대기의 영향을 거의 받지 않기 때문에 표층에 비해 변화가 적다. 햇빛이 충분히 닿지 않기 때문에 식물성 플랑크톤이 적고, 표면에 있는 물과도 섞이기 어렵기 때문에 용존 산소량 또한 적다. 미네랄이 풍부하고 채취 과정에서 오염이 거의 발생하지 않으며 매장량이 거의 무제한이다. 이론상으로는 깊은 바다에 수도관만 연결시키면 채취가 가능할 정도이므로 생산 비용도 저렴하다.
청정성
하천이나 댐 등에서 채취한 표층수와 비교해서 해양심층수는 일반 세균이 거의 존재하지 않고 고압(200m 기준 약 20기압)의 환경에서 무기영양소가 상대적으로 매우 높다. 미국의 대표적인 심해 유인잠수정 앨빈호(Alvin, 우즈홀 해양연구소 소속)가 사고로 심층수가 고여있는 해저 1540m까지 침몰했다가 약 1년 뒤에야 인양된 적이 있는데, 진공 상태의 밀폐성 등의 이유에서인지 앨빈호 안에는 승무원들이 먹다 남은 음식이 전혀 썩지 않고 그대로인 채 발견되었다고 보도된 바 있다.
개발
심층수는 지구상에서 채취 가능한 식수 중 가장 청정한 것이기 때문에 세계 각국은 연구와 산업화에 많은 노력을 기울이고 있다. 특히 일본에서는 해양심층수가 음료, 스파(spa)를 비롯한 각종 건강 상품으로 큰 시장이 형성되어 있는 상태다. 2000년대 들어서는 대한민국 정부에서도 심층수 관련 산업을 육성하기 위해 다양한 지원을 하고 있다. 국립 연구기관인 해양심층수연구센터를 2004년 5월에 설립하여 심층수에 대해 연구개발을 하고 있으며, 일본 자본 등과 합작으로 심층수 관련 상품을 개발, 판매 중이다. 대교와 강원도, 고성군, 일본KIBI 시스템이 투자한 민관합자법인회사인 '강원심층수'가 강원도 고성군에 설립되었고, 심층수와 관련된 음료, 김치 등을 일본 등에 수출하고 있다. 특히 일본 후쿠시마 원전 사고 여파로 청정 식수에 대한 수요가 폭증하자 일본으로부터 주문이 쇄도하기도 하였다.[2]
물리적 특성[편집]
심층수는 해양 심층수(deep ocean water)의 줄임말로서, 해수의 밀도 차이에 의하여 해저의 가장 낮은 곳에서 느리게 흐르는 해수를 의미한다. 극지방에서 주로 형성되는 심층수는 전 세계 바다를 순환한다. 또한 해저의 가장 낮은 곳에서 형성되므로, 매우 낮은 온도를 가지고 있기 때문에 상대적으로 용존 산소가 풍부하다. 심층수는 전체 해양의 약 90%를 차지하며, 온도는 약 0~3℃의 범위를 가지고, 염분은 약 3.5%를 보인다.
심층수는 다음과 같은 물리적 특성을 가지고 있다.
- 빛(light) : 표층해수 및 중층 표영대와 같은 해양의 상부를 제외하고, 심층수에는 자연채광이 통과하지 않는다. 따라서 광합성이 불가능하기 때문에 식물과 플랑크톤 등은 심층수 구역에서는 살 수 없다. 식물 플랑크톤은 거의 모든 지구 생태계의 일차 생산자이기 때문에 심층수에 사는 생명체들은 다른 곳에서부터 에너지를 공급받아야만 한다. 이 에너지는 열수 배출구(hydrothermal vent) 또는 투광대(photic zone; 생물이 광합성을 할 수 있는 물속의 최상층)에서 배출되는 유기 물질에서 기원한다. 가라앉는 유기 물질은 조류 미립자, 이물질 및 기타 형태의 생물학적 폐기물들로 구성되며, 이들을 종합적으로 바다 눈(marine snow; 바다 속 유기물질들이 해저로 눈처럼 침전하는 현상)이라고 한다.
- 압력 : 해수면의 압력은 10m 깊이마다 약 1기압씩 증가하기 때문에 많은 해양생물들이 경험하는 압력은 상당히 크다고 볼 수 있다. 최근 몇 년간 과학계는 심해 생물체에 미치는 압력의 영향에 대한 자세한 정보가 부족했지만 특수한 압력 유지 챔버를 포함하는 트랩의 발달로 심해에서 손상되지 않은 큰 대형 동물을 양호한 상태로 회수할 수 있게 되었다.
- 염분(salinity) : 염분은 심해 전체에서 약 천분의 35정도로 일정하다. 염도에는 약간의 차이가 있지만, 지중해와 홍해를 제외하고 생태학적으로 중요한 차이를 보이지는 않는다.
- 온도(temperature) : 해양에서 온도 구배가 가장 큰 두 영역은 지표수와 심층수 사이의 전이 구역인 수온약층(thermocline)과 해저와 열수 배출구(hydrothermal vent) 사이의 전이 구역이다. 수온약층의 두께는 수백 미터~천 미터 까지 다양하다. 수온약층 아래에 위치한 심층수는 더 차갑고 균질한 특성을 가진다. 주어진 깊이에서 온도는 계절적 변화 및 연간 변화 없이 거의 일정하며 실질적으로 변하지 않는다. 열수 배출구에서 나오는 물의 온도는 400℃에 이르지만, 배출구의 수 미터 내에서 2~4℃정도로 낮아진다. 해양의 심층수에서 해수의 이동은 주로 밀도류에 의해서 발생한다. 따라서 밀도 구배에 의해 해수의 흐름이 형성되며, 해수의 온도 및 염분의 변화가 밀도차를 야기하므로, 심층의 해수 순환을 열염 순환(thermohaline circulation)이라고 한다. 심층수는 동일한 밀도층을 따라 수평적으로 이동하며 전 세계 해양의 해수순환 모식도는 다음과 같다.[4]
기준[편집]
심층수의 개발 및 관리에 관한 법률 시행규칙 제 2조 해양심층수의 수심요건에 따르면 해양심층수(海洋深層水)는 기본수준면으로부터 200미터 아래의 바다를 말한다. 다만 수입하는 해양심층수의 경우는 해당 국가에서 정하는 수심을 말한다. 그러나 해양심층수는 위의 수심기준에 적합하고 아래의 서술될 수질기준에 적합한 것을 말한다.
- 가. 수온이 연중 섭씨 3.0도 이하를 유지해야한다.
- 나. 염분은 연중 33.8 ~ 34.2 psu로서 안정성을 유지하여야 한다.
- 다. 나트륨(Na), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca) 및 칼륨(K) 원소는 각각 27.8(Na) : 3.3(Mg) : 1.1(Ca) : 1(K)의 일정성분비를 유지하여야 한다. 다만, 일정성분비의 허용오차 범위는 ±10퍼센트로 한다.
- 라. 영염류의 수질기준은 다음과 같다. 질산성 질소 0.13 ~ 0.36 mg/L 이하, 인산염 0.02 ~ 0.07 mg/L 이하, 규산염 0.25 ~ 2.4 mg/L 이하, 그리고 질소와 인 비율(N/P RATIO)는 4.5 ~ 6.5 이하로 분포되어야 한다.
다만, 위의 정의는 해양심층수산업에서 활용되어야 할 바닷물의 취수원점의 최소한의 수심과 수질에 대한 기준을 법으로 정해놓은 것에 불과하다. 즉, 취수원점의 수심이 깊을수록 보다 해양심층수에 더욱 가깝다라고 표현되는 것이 바른 표현인 것 같다. 일반적으로는 햇빛이 도달하지 못하는 수심 200m 이상 바다 아래에 분포하고 있는 해수이며 수온이 항상 3.0℃ 이하로 유지되며 인산염·질산염·아질산염·규산염 등의 영양염류와 미네랄 성분이 풍부하고 유기물이나 병원균은 거의 없는 바닷물로 정리되는 편이다.[3]
해양의 연직 구조[편집]
해양층을 온도에 따라 수면으로부터 혼합층(표층), 수온약층, 심층(심해층)으로 구분할 수 있다. 심층수는 보통 태양광이 도달되지 않는 수심이 깊은 영역인 심층(심해층)의 바닷물로 정의한다. 해양층을 온도에 따라 수면으로부터 혼합층(표층), 수온약층, 심해층으로 구분할 수 있다. 표층은 해양의 표면에 해당하고 태양빛이 충분히 투과하여 광합성이 일어날 수 있는 층이다. 표층에서는 바람과 파도의 영향을 받으므로 혼합이 활발히 일어나며 상대적으로 따뜻하고 일정한 수온을 보이게 된다.
표층 아래는 수온약층이라고 하는 층이 존재하는데 아래로 내려갈수록 온도가 급격히 감소하는 층이다. 바다에서 수온약층의 깊이와 연직 온도 경도는 연별 계절별 차이가 크다. 적도 지역에서는 연중 비교적 일정하게 유지되나 중위도 지역에서는 여름철에 가장 발달한다. 극 지역에서는 표층부터 심층까지 온도가 매우 낮아 수온약층이 매우 얕거나 나타나지 않는다. 수온약층은 대기의 성층권과 마찬가지로 안정한 구조이므로 표층과 심해층 사이의 교환을 억제한다. 수온약층은 기상예보에 중요한 역할을 한다. 예를 들어, 태풍예보에 있어서 표층의 수온뿐만 아니라 수온약층까지의 깊이도 중요한데 이 수온약층의 깊이는 태풍의 발생 가능성을 측정하는데 활용되기도 하는 등 태풍 형성의 위험을 예측하는 데 활용된다.
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심해층은 수온약층의 아래에 위치하는 층으로 태양광이 도달하지 않으며 연중 일정한 낮은 온도를 유지한다. 그리고 심층수는 보통 태양광이 도달되지 않는 수심이 깊은 지역의 바닷물로 정의한다. 이 심층수는 유기물이나 병원균 등을 거의 갖고 있지 않을 뿐 아니라, 연중 안정된 저온을 유지하고 있으며, 해양식물의 성장에 필수적인 영양염류가 풍부하고 미네랄 균형성이 양호한 해수자원으로 여겨진다. 해양생태학적 관점에서 심해층은 광합성에 의한 유기물 생산 속도보다 유기물의 분해(무기화) 속도가 더 크고 연직혼합과 인위적 오염이 적은 보상심도(compensation depth, 광합성에 의한 산소의 방출과 호흡에 의한 산소의 흡수가 같은 깊이)보다 깊은 곳으로서 최근 심층수에 대한 개발이 큰 관심을 받고 있다.[5]
동영상[편집]
각주[편집]
참고자료[편집]
- 〈심층수〉, 《네이버 국어사전》
- 〈심층수〉, 《용어해설》
- 〈심층수〉, 《두산백과》
- 〈해양심층수〉, 《위키백과》
- 〈해양심층수〉, 《나무위키》
- 〈심층수〉, 《두산백과》
- 〈심층수〉, 《기상학백과》
같이 보기[편집]
