지구과학 고2 대기와 해양의 상호작용

표층 순환과 환류

편서풍·무역풍·전향력에 의해 형성되는 아열대 환류(북태평양·남대서양 등)와 서안 강화 현상을 이해한다.

무역풍과 편서풍이 밀어낸 해수가 대륙에 막혀 만드는 거대한 원형 순환으로, 북반구에서는 시계 방향, 남반구에서는 반시계 방향으로 돌며, 순환의 서쪽 가장자리에서 흐름이 유난히 강해집니다(서안 강화).

욕조에서 한쪽 끝을 계속 밀면 물이 벽에 부딪혀 되돌아오며 큰 고리를 그립니다. 대양의 환류는 무역풍과 편서풍이라는 두 손이 바다를 반대 방향에서 밀어 만든 고리입니다.

쉽게 말하면

해류가 바람에서 시작된다는 것을 보았습니다. 이제 그것이 왜 원형이 되는지를 볼 차례입니다. 편서풍과 무역풍을 떠올려 보세요. 북반구 아열대 해역을 기준으로, 남쪽에서는 무역풍이 해수를 서쪽으로 밀고, 북쪽에서는 편서풍이 해수를 동쪽으로 밉니다. 서로 반대 방향으로 미는 두 개의 힘이 바다 위아래에 나란히 놓인 셈입니다.

여기에 대륙이 벽으로 서 있습니다. 무역풍에 밀려 서쪽으로 가던 물은 대륙에 막혀 북쪽으로 꺾이고, 편서풍에 밀려 동쪽으로 가던 물은 반대편 대륙에 막혀 남쪽으로 꺾입니다. 네 조각이 이어지면 하나의 커다란 시계 방향 고리가 완성됩니다. 이것이 아열대 환류입니다. 남반구에서는 전향력(코리올리 힘)의 방향이 반대이므로 환류도 반시계 방향입니다.

환류의 각 구간은 성격이 다릅니다. 저위도에서 고위도로 향하는 서쪽 가장자리의 흐름은 따뜻한 물을 실어 나르는 난류이고, 고위도에서 저위도로 향하는 동쪽 가장자리의 흐름은 찬물을 나르는 한류입니다. 같은 대양의 양쪽 해안이 위도가 같아도 기후가 크게 다른 이유입니다.

가장 흥미로운 사실은 이 고리가 대칭이 아니라는 점입니다. 서쪽 가장자리의 해류는 폭이 좁고 깊고 매우 빠른 반면, 동쪽 가장자리의 해류는 넓고 얕고 느립니다. 이것을 서안 강화라고 합니다. 원인은 전향력의 크기가 위도에 따라 달라진다는 데 있습니다. 고위도로 갈수록 전향력이 커지므로 순환이 좌우로 대칭이 될 수 없고, 흐름이 서쪽 가장자리로 몰려 압축됩니다. 자전하지 않는 행성이라면 환류는 좌우 대칭이었을 것입니다.

이렇게 나타납니다

예시 1

대양 동안과 서안의 기후 차이

환류의 서쪽 가장자리에는 저위도의 열을 실은 난류가 북상하므로 그 해안은 온화하고 습합니다. 동쪽 가장자리에는 고위도에서 내려온 한류가 흐르므로 그 해안은 서늘하고, 찬 바다 위에서는 상승 기류가 억제되어 건조해지기 쉽습니다. 대륙 서안의 저위도 지역에 사막이 발달하는 데는 한류의 몫도 있습니다.
예시 2

서안 강화 — 왜 서쪽 해류만 빠른가

전향력은 고위도로 갈수록 커집니다. 이 위도별 차이 때문에 환류는 대칭을 유지할 수 없고, 흐름이 대양의 서쪽에 좁고 강하게 몰립니다. 그 결과 서쪽 가장자리의 해류는 폭이 좁은 대신 매우 빠르고 깊게 흐르며, 대양 전체 열 수송의 큰 몫을 담당합니다.
예시 3

환류의 중심은 왜 잔잔한가

고리를 이루는 흐름이 바깥을 따라 돌기 때문에 순환의 한복판은 상대적으로 정체되어 있습니다. 이 구역은 아열대 고압대와 겹쳐 바람도 약합니다. 표류물이 이 한복판에 오랫동안 갇혀 쌓이는 것도 그 때문입니다.

자주 하는 오해

환류의 회전 방향을 전향력만으로 설명하기

이렇게 생각하기 쉬움북반구에서는 전향력이 오른쪽으로 작용하니 환류가 시계 방향으로 돈다

실제로는회전 방향의 뼈대를 만드는 것은 바람의 배치입니다. 남쪽의 무역풍(서쪽으로 밀기)과 북쪽의 편서풍(동쪽으로 밀기)이 반대로 밀기 때문에 고리가 생깁니다. 전향력은 그 흐름을 다듬고 비대칭(서안 강화)을 만듭니다.

전향력만으로 설명하면 '왜 하필 고리인가', '왜 아열대 해역에 한 개씩인가'에 답할 수 없습니다. 두 항상풍이 위아래에서 반대 방향으로 미는 배치가 회전의 씨앗입니다. 대륙이 그 흐름을 가두어 닫힌 고리로 만들고, 전향력이 마지막으로 좌우 비대칭을 새깁니다. 세 요소를 순서대로 쌓아야 환류가 제대로 그려집니다.

난류와 한류를 '물의 절대 온도'로만 구분하기

이렇게 생각하기 쉬움따뜻한 물이면 난류, 차가운 물이면 한류다

실제로는기준은 주변 해수와의 상대적 온도입니다. 저위도에서 고위도로 흐르며 주변보다 따뜻한 물을 나르면 난류, 고위도에서 저위도로 흐르며 주변보다 차가운 물을 나르면 한류입니다.

절대 온도로 따지면 모순이 생깁니다. 고위도에 도달한 난류의 물은 열대 바다의 어떤 물보다도 차갑지만 여전히 난류입니다. 중요한 것은 '그 물이 어디에서 와서 주변에 무엇을 더해 주는가'입니다. 난류는 주변에 열을 주고, 한류는 주변에서 열을 가져갑니다. 해류를 열의 배달부로 보면 이 정의가 자연스러워집니다.