지구과학 고2 대기와 해양의 상호작용

해수의 염분

해수 염분의 위도별 분포(증발량-강수량 차이)와 주요 이온 조성을 이해하고 심층 순환과의 관련성을 파악한다.

해수에 녹아 있는 염류의 양을 나타내는 값으로, 위도별 분포는 대체로 증발량과 강수량의 차이가 결정하며, 염류의 구성 비율은 어디서나 거의 일정합니다.

바다의 짠 정도는 '소금을 얼마나 넣었는가'가 아니라 '물을 얼마나 덜어 냈는가'로 정해집니다. 물이 증발해 빠져나가면 남은 물이 짜지고, 비가 내려 물이 더해지면 싱거워집니다.

쉽게 말하면

해수의 성질에서 밀도를 정하는 두 요소가 수온과 염분이라고 했습니다. 그중 염분을 정하는 규칙은 놀랍도록 단순합니다. 물이 빠져나가면 짜지고, 물이 더해지면 싱거워집니다. 즉 염분을 좌우하는 것은 (증발량 − 강수량)입니다.

이 관점으로 위도별 분포를 보면 그림이 곧바로 그려집니다. 대기 대순환에서 위도 30도 부근은 하강 기류로 건조해 증발이 강수를 크게 웃돕니다. 그래서 아열대 해역의 염분이 가장 높습니다. 적도는 상승 기류로 비가 많아 강수가 증발을 상쇄하므로 오히려 염분이 조금 낮아집니다. 고위도로 가면 기온이 낮아 증발이 약하고, 빙하가 녹아 담수가 더해지므로 염분이 낮습니다. 염분 분포의 지도는 결국 기압대의 지도를 옮겨 그린 것입니다.

또 하나의 규칙이 염분비 일정 법칙입니다. 바닷물이 짠 곳이든 싱거운 곳이든, 녹아 있는 염류들의 '서로 간의 비율'은 거의 일정합니다. 어디서나 염화 이온이 가장 많고 그다음이 나트륨 이온입니다. 이유는 물의 출입이 물만 더하거나 덜어 낼 뿐, 염류의 조성 자체는 건드리지 않기 때문입니다. 게다가 해수는 해류로 오랜 시간 뒤섞여 왔습니다. 이 법칙 덕분에 한 가지 이온의 농도만 정확히 재면 나머지와 전체 염분을 계산할 수 있습니다.

염분은 밀도를 통해 심층 순환과 연결됩니다. 차갑고 짠 물은 지구에서 가장 무거운 해수이며, 극지방에서 이런 물이 심해로 가라앉으면서 전 지구적인 순환이 시작됩니다. 바닷물이 얼 때 소금이 얼음 밖으로 밀려나 남은 물이 더 짜지는 현상이 그 방아쇠 역할을 합니다.

이렇게 나타납니다

예시 1

위도별 염분 분포가 M자를 그리는 이유

위도 30도 부근에서 가장 높고, 적도에서 살짝 내려앉고, 고위도로 가면서 낮아집니다. 아열대는 증발이 압도적이고, 적도는 비가 많고, 고위도는 증발이 약한 데다 빙하 융해수가 더해집니다. 강수와 증발이라는 두 힘의 줄다리기가 그대로 그래프 모양이 됩니다.
예시 2

큰 강이 흘러드는 연안의 염분

하천수가 대량으로 유입되는 하구 부근은 염분이 크게 낮아집니다. 우리나라 서해는 큰 강물이 유입되고 수심이 얕아 계절에 따른 염분 변화가 동해보다 큽니다. 장마철에 특히 낮아지는 것도 담수 유입 때문입니다.
예시 3

바닷물이 얼면 남은 물이 짜진다

해수가 얼 때 소금은 얼음 결정 안으로 잘 들어가지 못하고 밖으로 밀려납니다. 그래서 해빙 자체는 짜지 않고, 대신 주변에 남은 바닷물의 염분이 올라갑니다. 이 물은 차갑고 짜므로 밀도가 극단적으로 커져 심해로 가라앉습니다. 극지방의 결빙이 심층 순환의 출발 스위치인 셈입니다.

자주 하는 오해

염분이 높은 곳은 염류가 더 많이 공급된 곳이라 생각하기

이렇게 생각하기 쉬움아열대 바다는 강에서 소금이 더 많이 흘러들어 짜다

실제로는염류의 총량이 아니라 물의 양이 문제입니다. 증발로 물이 빠져나가 농축된 것입니다.

염류를 공급하는 것은 주로 육지에서 흘러든 물질과 해저 화산 활동인데, 이런 공급은 특정 위도에 몰려 있지 않고 아주 느리게 일어납니다. 반면 증발과 강수는 위도별로 극명하게 다릅니다. '소금을 더한다'가 아니라 '물을 덜어 낸다'로 생각을 바꾸면, 왜 위도별 염분 분포가 기압대 분포와 겹치는지가 한 번에 설명됩니다.

염분비 일정 법칙을 '염분이 어디서나 같다'로 오해하기

이렇게 생각하기 쉬움바닷물의 염분은 전 세계 어디서나 거의 같다

실제로는염분(짠 정도) 자체는 지역과 계절에 따라 분명히 다릅니다. 일정한 것은 염류들 사이의 '구성 비율'입니다.

두 가지를 구분해야 합니다. 염분은 '얼마나 짠가'이고, 염분비는 '녹아 있는 것들의 비율이 어떠한가'입니다. 짠 바다든 싱거운 바다든 염화 이온과 나트륨 이온의 비율은 거의 같습니다. 물이 드나들며 농도만 바꿀 뿐 구성은 건드리지 않기 때문입니다. 이 법칙이 유용한 이유도 바로 여기에 있습니다 — 한 이온만 재면 전체 염분을 알 수 있습니다.