위키원
해양학
해양학(海洋學, Oceanography)은 해양에서 일어나는 여러 가지 현상을 연구하는 학문을 말한다. 해양물리학, 해양생물학, 해양지질학, 해양화학, 수산학 따위가 있다.
목차
개요
해양학은 지구의 3/4를 차지하는 바다에 대하여 연구하는 학문이다. 즉, 바다(해양)에서 일어나는 여러 가지 현상을 연구하는 학문이다. 지질학, 물리학, 생물학, 화학 그리고 이들 각 분야의 학문을 바다와 그 주위에 적용할 공학을 비롯한 여러 학문 분야를 포함한다. 해양학의 세부학문으로는 물리해양, 화학해양, 생물해양, 지질해양 등으로 나뉘어진다. 해양지질학은 지구 내부의 성분, 지각의 변동, 해저퇴적물의 특성, 고기후에 대한 연구를 한다. 해양지질학은 순수 학문분야를 넘어 지진예측이나 지하자원의 분포를 분석하는 실용적인 학문에도 영향을 주는 학문분야이다. 물리해양학은 파랑역학, 해류, 해양-대기의 상호작용을 연구하는 학문분야이다. 물리해양학은 공해로 인한 기후 변화에 대한 예측이 중요해짐에 따라 학문의 중요성이 부각되고 있다. 해양생물학은 해양생물의 분포와 특성, 해양-대기의 상관관계로 인한 생물에 미치는 영향을 연구하며, 해양생물로부터 유용한 물질을 얻기 위해 연구하는 분야이다. 화학해양학은 해양의 용존 고체 및 기체와 이들 성분이 해양에 미치는 지질학적·생물학적 관련성을 연구하는 학문이다. 해양공학은 석유 플랫폼, 선박, 항만 등 해양을 이용하는 데 있어서 구조물의 건조·설계 분야를 연구하는 학문이다. 또 항해의 안전성 재고에 대한 연구가 이 분야에서 이루어지고 있다.[1][2]
상세
해양학은 해양의 자연현상을 연구하는 학문의 한 분야로 해수의 운동과 물성에 관하여 연구하는 해양물리학, 수질을 다루는 해양화학, 플랑크톤과 많은 생물을 주로 다루는 해양생물학, 해저지질과 지각구조를 다루는 해양지질학 및 해양지구물리학 등이 포함되어 있다. 해수의 운동과 물성(物性)에 관하여 연구하는 해양물리학, 수질을 다루는 해양화학, 플랑크톤과 많은 생물을 주로 다루는 해양생물학, 해저지질과 지각구조를 다루는 해양지질학 및 해양지구물리학 등이 포함되어 있다. 영어명 oceanography에서 알 수 있듯이 지리학적인 의미를 포함한 학문이지만, 제2차 세계대전 이후에 관측기의 개발로 인해 해양의 동적(動的) 현상을 연구하는 학문으로 발전하여 왔다.
현재의 해양관측은 관측기를 주체로 하여 행하여지며, 어떤 때는 몇 척의 관측선이 공동으로 관측하면서, 동역학적인 현상을 연구하고 있다. 또 관측탑·부표 등을 이용하여 연속관측도 하고 있으며, 항공기나 인공위성 등도 이용하고 있다. 최근에는 학문의 발전과 함께 많은 경계영역의 문제가 해양학의 대상이 되고 있다. 예를 들면 증발과 파(波)의 발생 등은 기상학과의 경계영역의 문제이다.
해상에서의 중력분포, 해저로부터의 지열류(地熱流)의 측정 등은 지구물리학과 관련이 있다. 또 해양의 생산력에 관한 문제로 생화학·생물학·물리학 등과의 경계영역과의 관계가 있는데, 이러한 다른 연구분야와 중첩한 부문을 연구하면서 발전해 나가고 있다. 1960년대부터는 해저의 지질학 연구가 세계적으로 활발하여, 대서양·태평양 및 인도양의 해저에 큰 산맥이 있고, 이 해저산맥은 해저의 확장이 일어나는 중심이며, 지구는 지난 수십억 년의 지질시대에도 계속하여 해저확장 이동에 따른 지각변동을 받아왔다는 판구조론(plate tectonic)이 밝혀졌다. 이 새로운 학문적 발견은 지구의 여러 곳의 대산맥과 대변동대(大變動帶)의 발달의 원인이 무엇인지를 해결하였다. 따라서 2000년대 이후부터는 자연과학의 여러 분야의 일부로서 더욱 큰 비중을 차지하는 학문이 될 것이다.
해양학은 역동적인 자연과학인 동시에 기상학(氣象學, meteorology), 지구물리학(地球物理學, geophysics), 생화학(生化學, biochemistry), 생태학(生態學, ecology) 등 경계 분야 학문을 다양하게 거느리고 있는 종합과학이다. 해양학은 생물 및 지하자원 개발, 에너지자원 개발, 지진예측 및 쓰나미(tsunami) 예측 등 실질적인 문제에 대한 해결책을 제시하거나, 바다 자체 또는 바다에 살고 있는 해양생물들로부터 정서적인 보상을 얻기도 한다. 해양학에 대한 풍요로운 지식은 지구의 자연환경에 대한 인식과 이해를 높이는 데 크나큰 기여를 한다.[3][4]
역사
초기역사
해양학은 선사시대에 인류가 바다와 파도와 해류에 대한 지식을 습득한 것으로부터 시작되었으며, 이후 기원전 384-322년에 아리스토텔레스와 스트라본이 조수를 기록하였다. 바다에 대한 초기탐험은 주로 지도 제작을 위해 이루어졌으며, 그 내용이 어부들이 그물에서 기르던 동물과 해양의 표면에 대한 것들로 제한되었으며, 이후 납선을 이용한 바다의 깊이 측정 또한 이루어졌다. 체계적으로 지속된 최초의 과학적 대규모 프로젝트로는 대서양의 해류와 바람에 대한 포르투갈의 대서양 항해 캠페인이 있다. 수학자 및 천문학자로서 인정받았던 포르투갈의 수학자 페드루 누네스(1502-1578)는 1527년부터 왕실에 임명될 때까지 조종사 및 선임 선원의 교육에 관여하였는데, 2차원상의 지도에 표시된 두 지점의 지구에서의 최단경로인 사항곡선에 대해 연구했다. 그는 이후 〈구에 대한 소고Treatise of the Sphere〉라는 책을 출판했는데 여기에는 그의 기하학적 및 천문학적인 탐색 방법에 대한 논문이 포함되어있다.
카나리아 제도의 남쪽에서 출발한 배는 오직 바람에 맡긴 항해만으로 돌아오기가 매우 힘들었는데, 그 이유는 바람과 해류의 흐름의 변화 때문이다. 북대서양 환류와 적도 반류와 북동무역풍과 남동무역풍이 만나는 복잡한 바람과 해류의 흐름 때문에 범선이 북쪽으로 되돌아가는 것을 어렵게 만들기 때문이다. 이러한 문제를 극복하고 인도와 아프리카 주변을 통과하는 해상 항로를 명확히 하기 위해 포르투갈인이 체계적인 항해법을 생각해냈다. 그들은 카나리아의 남부지역에서 돌아오는 그 경로를 'volta do largo' 또는 'volta do mar'라 이름 붙였다. 1427년 아소르스제도의 '재발견'은 현재 아프리카 서부 해안에서 돌아오는 경로에 있는 섬의 전략적 중요성과 사르가소해에 대한 기존의 이야기들을 재조합한 것이다. 그리고 이 섬은 1436년에는 다시 돌아오는 서쪽항로 쓰였는데, 항해 도중 아프리카 서부 해안에서 멀리 떨어진 남동풍과 북동풍을 이용하여 서풍이 선원들을 유럽의 서해안으로 이동시키는데 필요했다.
포르투갈인들은 1년 중 대서양의 계절변화에 따른 해류와 바람의 세기를 고려하여 다양한 경로를 이용할 정도였으며, 포르투갈의 항해법에 대한 정보 중 지도와 경로를 유출하면 사형을 할 정도로 정보관리가 엄중했고, 이런 민감한 정보들을 1775년 리스본 지진으로 파괴된 왕립기록보관소에 보관하였었다. 포르투갈의 탐험가인 바르톨로메우 디아스는 1487년 8월에 전설적인 기독교 국가였던 에티오피아를 발견 할 것을 명령받아 아프리카 서해안 탐험을 계획하였다 희망봉을 발견하였고 바스쿠 다 가마는 희망봉이 발견된 후 포르투갈의 숙원이던 인도 항로를 개척하였다.
1493년 3월, 크리스토퍼 콜럼버스가 1차 항해를 마치고 귀국한 후 스페인과 포르투갈 사이에 영토분쟁이 발생했는데, 1494년 토르데시야스조약을 체결하여 카보베르데섬 서쪽 서경46도 지점을 기준으로 남북방향으로 일직선을 그어 동쪽은 모두 포르투갈이, 서쪽의 아메리카 지역은 스페인이 차지하기로 하였다. 이 조약을 통해 포르투갈이 인도산 후추를 독점할 수 있게 되었으며 남미대륙에서 브라질만이 유일하게 포르투갈어를 사용하게 된 것도 이 조약으로 인한 것이다.
덴마크의 아라비아 탐험은 1761~1767년에 일어났다. 이 원정대는 프레드릭 5세의 후원으로 1761년 1월 4일 코펜하겐에서 6명이서 출발하였으며, 알렉산드리아에 상륙하여 나일강을 따라 올라갔다. 이들의 주요목적은 이집트, 아라비아와 시리아의 자연사를 연구하고 지리를 파악해서 지도를 제작하는 거였으며, 부수적으로 구약성서를 밝히는 것이었다. 이 원정대에는 해양생물에 대한 연구를 하기 위해 그물이 있었으며, 스크레퍼를 이용하여 바닥에 있는 샘플까지 수집할 수 있었다. 긴 항해를 마치고 1767년 2월에 콘스탄티노플에 도착하여 같은 해의 11월에 코펜하겐으로 돌아왔는데 여행도증 5명이 사망하고 1명만이 살아서 돌아올 수 있었다.
태평양의 해류에 대한 정보는 제임스 쿡과 루이 앙투안 드 부갱빌을 포함한 18세기 후반의 탐험가들에 의해 수집되었으며, 제임스 레넬은 1777년 희망봉 주위를 항해하며 Scilly 섬 근처의 간헐적 해류에 대해 이해하고(Rennell 's Current라고 함) 대서양과 인도양의 해류를 자세히 설명하는 해양학에 대한 최초의 과학 교과서를 썼다.[1]
현대해양학
과거 수많은 연구에도 불구하고 인간의 지식은 바다의 얕은 지역으로 한정되어 있었으며 바다의 깊이에 대해서는 거의 알려지지 않았다. 19세기 중반 영국 왕립 해군의 모든 세계의 해안선을 도표로 만들기 위한 노력이 널리 알려지지는 않았지만 그동안 알려지지 않았던 해양에 대한 과학적 관심을 높이는 계기가 되었다.
순수하게 과학을 목적으로 둔 최초의 해양 탐사는 챌린저 탐사이다. 1871년 영국 정부가 영국 왕립 학회의 권고에 따라 세계의 바다를 탐험하고 해양의 과학적 조사를 실시하는 탐험을 발표를 하였다. 이후 스코트랜드의 에든버러 대학에서 자연사를 담당하던 찰스 와이빌 톰슨과 캐나다출신인 그의 제자 존 머레이가 시작하였다. 챌린저 호는 톰슨의 감독하에 약 70000해리(130,000km)의 탐사를 여행했다. 1876년 탐사를 끝낸 챌린저호는 심해생물을 발견하였다. 약 4717종의 해양생물을 발견하여 해양생물학이란 학문을 탄생시키기도 하였으며 바다 수온, 퇴적물 채집, 심충수, 해류, 기상관측 등의 자료는 현대 해양학의 기초가 되었다. 챌린저 탐사의 영향으로 서방국가에서는 해양 탐사가 본격적으로 시작되었다.
1877년에는 미국의 박물학자 아가시(Alexander Agassiz)가 블레이크 호를 동원하여 355여군데에서 심해를 조사하였으며 이후 최초의 해양 선박인 알바트로스를 이용해 여러 번의 해양 조사를 하여 수많은 해양생물학자를 양성하기도 하였다. 19세기 이후 20세기에 들어서 기술의 발전에 따라 해양학도 발전하게 되는데 1914년에는 최초로 바닥에서 반사되는 음파로 수짐을 재는 음향 측심이 이루어지게 되었다. 독일에서는 1925년에서 1927년까지 약 2년 동안 음향측심기를 사용하여 약 70,000개의 해양 깊이를 측정, 수집하여 해저 수심도를 작성하였는데 이 탐사를 메테오 탐사(Meteor Expedition)라고 한다. 1957년에는 핵잠수함 노틸러스호가 북극을 탐사하였다.
20세기 후반에는 그동안 바다에서 진행되던 해양학 연구가 인공위성을 사용하여 하늘 위에서도 가능하게 되었다. 1978년 미국은 최초의 해양탐사용 위성 Seasat을 발사하여 해양의 수온, 해안선과 같은 해양 자료를 수집하였다. 1990년에는 10년 연구계획으로 WOCE(World Ocean Circulation Experiment, 세계 해양 순환 실험)가 형성되어 미국, 일본, 한국등 다양한 국가가 참여하여 연구를 하였다. 현대의 해양 연구는 지구 기후 변화, 지구 온난화 그리고 이와 관련된 생물권 문제를 이해하고 해결하는데 중점을 두고 있다. 해양에 대한 더 많은 연구는 과학자들이 기후 예측을 더 쉽게 판단할 수 있게 해주며 더 나아가 지구 자원의 효율적 활용에도 도움이 되고 있다.[1]
주요 연구영역
물리해양학
해수의 물리적 특성
바다가 물로 채워져 있으므로 우선적으로 해수의 물리적 특성에 대해 연구한다. 민물은 표면에서 얼지만 바닷물은 차가울수록 무겁기 때문에 밑에서 언다. 바닷물이 얼 때에는 순수한 물 분자들만 응결하므로 주위 해수보다 가벼워지기 때문에 어는 순간 표면 위로 떠오르게 된다. 따라서 빙하에는 해저 동물의 시체가 많이 포함되어 있다. 이와 같이 해수의 결빙과정, 수온, 밀도와 같은 해수의 물리적 특성, 물의 전 지구적인 온도조절효과, 해수에서의 소리의 전파양상, 햇빛이 해수에 침투할 때의 양상이 연구대상이다.
대기순환
지구의 대기와 바다는 서로 직접적으로 접촉하면서 기체, 물과 입자들을 서로 자유로이 교환한다. 바다에서부터 대기로 들어가는 기체들은 기후에 중요한 영향을 끼치고, 대기로부터 바다로 들어가는 기체들은 퇴적물의 침전과 생물의 분포는 물론 해수 자체의 물리적 성질에 영향을 준다. 바다 표면에서 증발하여 바람을 타고 움직이는 수증기는 지구 전체의 극심한 온도변화를 작게 만들며, 비를 통하여 농업에 필요한 수분을 공급해준다. 이와 같이 바다에 직접적인 영향을 끼치는 대기의 조성과 성질, 태양열의 가열에 의한 대기의 순환, 바람의 유형 및 폭풍에 대해 연구한다.
해양순환
대양의 변두리를 흐르는 흐름을 환류(gyre)라고 부르는데 표층해류인 환류의 원인과 흐름의 양상, 지형적 환류의 흐름의 양상, 용승과 침강에 대해 연구하고, 수천 년에 걸쳐 깊은 심해저를 순환하는 열염순환(thermohaline circulation)도 연구 대상이다. 요즈음 기상과 수산업에 지대한 영향을 미치는 엘니뇨(El Nino)와 라니냐(La Nina)에도 연구의 초점이 맞추어져 있다.
파랑
현재까지 관측된 바다의 파도 중 가장 큰 것은 파고가 무려 34m에 달한 것이 있었다. 서너 개의 파가 중첩되어 나타나는 현상으로서 에너지가 한 곳으로 집중되면 조용하던 바다에서 순식간에 거대한 파가 솟아올라 지나던 배를 난파시켜 버린다. 1943년 이러한 중첩파가 퀸엘리자베스호를 때려, 해면에서 28m 높이에 있던 조타실의 유리창을 산산 조각나게 하였다.
바다에서 지진이 일어나면 쓰나미라고 불리는 지진해일이 발생하는데 이 지진해일의 파괴력은 상상 이상으로 지진이 일어날 당시의 수 미터의 파고가 해변에 도달할 즈음엔 수십 미터 높아져 건물과 사람들을 집어삼킨다. 후쿠시마 원전 파괴와 수마트라에서 일어난 쓰나미로 인한 엄청난 인명 및 재산 피해는 잘 알려져 있다. 이와 같이 풍파의 발달 요소, 풍파의 파고와 파장, 파의 굴절과 간섭, 폭풍해일, 세이쉬, 쓰나미의 발생 양상과 전파속도, 해양 내부의 밀도 경계면에서 발생하는 내부파 등이 연구 주제이다.
조석
조석(潮汐, tide)이란 달과 태양 그리고 지구의 운동에 의한 주기적인 해면 변동을 말한다. 조석은 지구 둘레의 반에 해당하는 파장으로 모든 해파 중에서 가장 긴 파이다. 달과 태양이 조석에 미치는 힘, 조석의 형태와 무조점, 제한된 해역에서의 조석, 조석이 만드는 물의 흐름인 조류의 양상, 조력발전에 대해 연구한다.[4]
화학해양학
해수의 구성 성분
바닷물은 어디서 오고, 바닷물에 녹아있는 성분은 어디서 왔는가는 화학해양학의 기초를 이루는 지식이다. 이와 같이 바닷물과 바다 소금의 기원, 구성 성분비의 일정성, 각각의 성분 물질의 종류와 농도, 해수분석방법 등을 연구한다.
염분(salinity)과 pH
물에 녹아 있는 무기입자의 총량을 염분(salinity)이라고 한다. 전 세계 대양은 약 5조 톤(5×1012톤)에 달하는 소금을 가지고 있다. 바다는 각종 물질을 우려낸 일종의 지구 차(earth tea)이다. 바닷물이 모두 말라버린다면 지구는 약 45m 두께의 소금으로 덮일 것으로 계산된다. 바다의 염분은 지역에 따라 다르고 같은 지역이라도 계절에 따라 달라지는데 그 이유에 대해 연구한다. 또한 염분은 수괴의 밀도를 결정짓는 중요한 요인 중 하나이므로, 밀도 차에 의한 물의 움직임을 연구하려면 염분변화를 측정해야 한다.
한편, 용액의 산도 또는 알칼리도를 pH로 표현하는데 바닷물의 평균 pH는 7.8로서 약알칼리성이다. 바닷물은 pH 변화에 대해 완충작용을 한다. 그러나 광합성, 유기물 부패, 동식물 호흡 등에 의해 소폭으로 변화하는데 이러한 변화의 원인 및 양상에 대해 연구한다.
바다의 침전물
강물이 말라서 바닷물이 되었다면 강물의 성분과 바닷물의 성분이 같아야 될 것이다. 그러나 강물은 칼슘(Ca)이 주요 성분이고 바닷물은 염소(Cl)와 나트륨(Na)이 주요 성분이다. 이 차이는 과잉 휘발성 물질(excess volatiles)때문이다. 과잉 휘발성 물질에는 어떤 것이 있으며 어떤 경로로 바다에 들어 왔는지 연구한다. 그 외에 탄산염, 인산염, 망간단괴 등 바닷물로부터 침전된 물질에 대해 연구한다.
해양의 영양염류순환
바다에서 생물체의 구성요소인 단백질 및 핵산을 이루는 영양염류인 질소, 인, 황의 순환과정(recycling)에 대해 연구한다.[4]
지질해양학
지구 내부구조와 판구조론
지진파를 통한 지구의 내부 층상구조에 대해 연구한다. 판구조론(plate tectonics)은 지구의 지각이 얇은 빵 껍질과 같은 몇 개의 판구조로 되어 있어 서로 부딪히며 운동하는데 이로 인해 지진과 화산이 일어난다는 이론으로 1970년대 지질학의 기초를 다시 쌓은 획기적인 이론이다. 이 판구조론의 이론과 실제에 대해 연구한다.
해저의 모양
해저의 모양을 알기 위해서는 수심측량이 필수적인데 수심측량의 여러 방법에 대해 연구하고 대륙붕, 대륙사면, 해저협곡, 대륙대 등의 대륙 주변부와 대양저 산맥, 열수공, 심해저 평원과 심해저 구릉, 해산과 기요(guyot), 해구와 호상열도 등 대양저의 모양과 생성원인에 대해 연구한다.
퇴적물
퇴적물의 기원은 육상기원, 생물기원, 수성기원, 우주기원이 있는데 각각의 기원과 분포에 대해 연구한다.[4]
생물해양학
해양생물권의 구분
해양에서 생물이 살고 있는 생물권은 표영계(pelagic system)와 저서계(benthic system)로 나뉜다. 각각의 생물권의 물리·화학·지질학적 특성에 대해 연구한다.
해양의 생태학적 요인
해양생물의 분포를 결정하는 물리·화학·생물학적 요인은 무엇이 있고 각각의 요인들은 어떻게 생물분포에 영향을 미치는지 연구한다.
플랑크톤(plankton)
바다의 플랑크톤은 광합성을 하는 식물플랑크톤(phytoplankton)과 생물을 잡아먹는 동물플랑크톤(zooplankton)으로 나뉜다. 식물플랑크톤 중에서는 돌말(diatom)이 전 세계 바다에서 최우점종으로 출현하고 있으며, 동물플랑크톤은 계절적으로 차이는 있으나 요각류(copepods)가 일반적인 최우점종의 위치를 차지한다. 이와 같이 동·식물플랑크톤의 종류, 분포, 생태 및 생리에 연구한다.
유영생물(nekton)
바다의 유영생물은 어류가 주축을 이룬다. 한편 오징어·꼴뚜기와 같은 무척추동물 또한 유영생물에 포함되며 바다거북과 같은 파충류, 고래, 물개, 바다사자와 같은 포유류 역시 유영생물에 속한다. 이와 같은 어류 및 무척추동물, 포유류, 척추동물 등 해양의 유영생물의 종류와 분포, 생태 및 생식에 대해 연구한다.
저서생물(benthos)
저서생물은 비교적 얕은 수심에서 서식하고 있어 광합성을 하는 저서식물과 넓은 수심대에 서식하고 있는 저서동물로 나뉜다. 고둥, 전복과 같은 복족류, 조개와 같은 이매패류, 갯지렁이와 같은 다모류, 불가사리 같은 극피동물이 주를 이룬다. 이러한 저서식물 및 저서동물의 종류와 분포, 생태 및 생식에 대해 연구한다.[4]
각주
참고자료
같이 보기
