지구과학 고2 대기와 해양의 상호작용

엘니뇨·남방진동

엘니뇨와 라니냐 시 열대 태평양 해수면 온도·기압 변화와 전 지구적 기후 영향을 분석한다.

무역풍의 세기 변화와 열대 태평양 해수면 온도의 변화가 서로 맞물려 몇 년 주기로 반복되는 대기·해양의 결합 진동으로, 바다 쪽 변화를 엘니뇨, 대기 쪽 변화를 남방진동이라 부릅니다.

무역풍은 열대 태평양의 따뜻한 물을 서쪽으로 밀어 쌓아 둡니다. 무역풍이 약해지면 밀려 있던 따뜻한 물이 동쪽으로 되돌아 퍼지고, 그러면 대기가 다시 바뀌어 무역풍을 더 약하게 만듭니다. 서로가 서로를 밀어주는 되먹임입니다.

쉽게 말하면

평상시의 열대 태평양부터 그려야 합니다. 편서풍과 무역풍의 무역풍이 동에서 서로 불며 따뜻한 표층수를 서태평양으로 계속 밀어 쌓습니다. 그 결과 서태평양은 수온이 높고 해수면도 상대적으로 높으며, 그 위에서는 상승 기류가 활발해 비가 많습니다. 반대로 동태평양(남아메리카 서안)에서는 표층수가 빠져나간 만큼 용승과 침강의 용승이 일어나 차가운 심층수가 올라옵니다. 수온이 낮고, 하강 기류가 우세해 건조하며, 영양염이 풍부해 세계적인 어장이 형성됩니다.

엘니뇨는 이 구도가 무너진 상태입니다. 어떤 이유로 무역풍이 약해지면, 서쪽으로 밀어붙이던 힘이 줄어 따뜻한 물이 동쪽으로 되퍼집니다. 동태평양의 용승은 억눌리고 수온이 올라갑니다. 그러면 그 위 대기의 상승 기류 구역도 동쪽으로 옮겨 갑니다. 여기가 핵심입니다 — 대기가 바뀌면 무역풍이 더 약해지고, 무역풍이 약해지면 따뜻한 물이 더 동쪽으로 퍼집니다. 바다와 대기가 서로를 부추기는 되먹임 고리가 돌아갑니다. 엘니뇨(바다의 온난화)와 남방진동(태평양 동서 기압의 시소)이 사실은 한 현상의 두 얼굴이라 하나로 묶어 부르는 이유입니다.

결과는 지구 규모로 번집니다. 평소 건조하던 남아메리카 서안에 폭우와 홍수가 나고, 평소 비가 많던 서태평양·동남아시아·호주 쪽에 가뭄이 듭니다. 용승이 멈추니 영양염 공급이 끊겨 어획량이 무너지고, 생태계와 에너지 흐름의 먹이 사슬이 바닥부터 흔들립니다. 열대 태평양에서 시작된 변화가 먼 지역의 기후까지 바꾸는 것을 원격 상관이라고 합니다. 반대 방향으로 치우친 상태가 라니냐입니다.

이렇게 나타납니다

예시 1

엘니뇨라는 이름의 유래

남아메리카 서안의 어민들이 연말 무렵 바닷물이 따뜻해지고 물고기가 잡히지 않는 시기를 가리켜 부르던 말에서 왔습니다. 어민들에게 이것은 통계가 아니라 생계의 문제였고, 그래서 이 현상은 과학자보다 어민이 먼저 알아차렸습니다.
예시 2

용승이 멈추면 어장이 무너진다

동태평양에 따뜻한 표층수가 두껍게 덮이면 아래의 찬 심층수가 올라오지 못합니다. 영양염 공급이 끊기니 플랑크톤이 줄고, 그것을 먹는 멸치류 어획이 급감하며, 그 물고기를 먹는 바닷새까지 타격을 입습니다. 바람의 변화가 먹이 사슬의 꼭대기까지 올라가는 데 몇 달이면 충분합니다.
예시 3

비가 오는 곳이 통째로 이동한다

따뜻한 바다 위에서 상승 기류가 생기고 비가 옵니다. 그러니 따뜻한 물이 동쪽으로 옮겨 가면 비 구역도 함께 동쪽으로 옮겨 갑니다. 평소 비가 넉넉하던 서태평양 쪽이 가물고, 평소 사막에 가깝던 남아메리카 서안이 물에 잠깁니다. 비의 총량이 사라진 것이 아니라 자리를 옮긴 것입니다.

자주 하는 오해

엘니뇨의 원인이 '바닷물이 데워진 것'이라고 생각하기

이렇게 생각하기 쉬움동태평양의 바닷물이 어떤 이유로 데워져서 엘니뇨가 시작된다

실제로는동태평양의 수온 상승은 원인이라기보다 결과에 가깝습니다. 출발은 무역풍의 약화이고, 그 결과 따뜻한 물이 동쪽으로 퍼지고 용승이 억제되어 수온이 오릅니다.

이 오해는 엘니뇨를 '바다만의 사건'으로 축소합니다. 그러면 왜 대기의 기압 배치까지 함께 뒤집히는지, 왜 남방진동과 한 몸으로 묶이는지 설명할 수 없습니다. 엘니뇨는 바다와 대기가 서로를 강화하는 되먹임 현상이라, 어느 쪽이 원인이고 어느 쪽이 결과인지 딱 잘라 나눌 수 없습니다. 다만 눈에 보이는 방아쇠는 바람 쪽에서 당겨집니다.

엘니뇨를 지구 온난화와 같은 것으로 여기기

이렇게 생각하기 쉬움엘니뇨는 지구가 더워져서 생기는 현상이고, 곧 지구 온난화의 다른 이름이다

실제로는엘니뇨는 몇 년 주기로 나타났다 사라지는 자연 변동이고, 지구 온난화는 장기적으로 진행되는 추세입니다. 성격이 다른 두 가지입니다.

엘니뇨는 열을 새로 만들어 내는 것이 아니라 이미 바다에 있던 열의 '위치'를 바꾸는 현상이며, 몇 년 뒤 라니냐라는 반대 국면으로 돌아갑니다. 지구 온난화는 온실 기체가 열을 붙잡아 두어 전체 에너지가 쌓이는 장기 추세입니다. 둘을 뒤섞으면, 라니냐가 온 해에 '지구 온난화가 멈췄다'는 잘못된 결론을 내리게 됩니다. 짧은 진동과 긴 추세를 분리해서 보는 훈련이 이 단원의 핵심입니다.