해양의 심층 순환, 엘니뇨와 남방 진동

 바다 표면에는 바람의 영향으로 표층 순환이 발생합니다. 하지만 바람의 영향을 거의 받지 않는 심층에서도 해수가 천천히 움직여 심층 해류가 발생합니다. 이러한 심층 해류에 이한 해수의 순환을 심층 순환이라고 합니다.

 

심층 순환의 형성 원리

 

 바람에 의해 나타나는 표층 순환과는 달리, 표층수 아래에서 해저까지 나타나는 심층 순환은 밀도가 높은 표층수가 침강하면서 발생합니다. 해수의 밀도를 결정하는 가장 중요한 요인은 수온과 염분이기 때문에 심층 순환을 열염 순환이라고도 합니다.

 

 심층 순환은 깊이에 따라 순환의 구조가 달라집니다. 약 1500m까지의 깊이에서 흐르는 해수를 중층수라고 하며, 그 아래는 심층수, 저층수로 이루어져 있습니다. 대서양의 심층 순환은 남극 저층수와 북대서양 심층수, 그 외 여러 지역을 근원으로 한 중층수로 구성되어 있습니다. 태평양의 경우에는 남극에서 공급된 저층수와 심층수, 중층수로 구성되어 있습니다.

 

 심층 순환은 유속이 매우 느리기 때문에 표층 순환보다 그 흐름을 관찰하기가 어렵습니다. 따라서 심층 순환은 수온과 염분을 관측하여 알아냅니다. 해수의 밀도는 수온과 염분에 따라 결정되므로 이들 요인이 변하면 심층 순환 또한 달라지게 됩니다.

 

심층 순환의 역할

 

 표층 순환과 심층 순환은 독립적으로 나타나는 것이 아니라 서로 컨베이어 벨트처럼 연결되어 있습니다. 일반적으로 극 지역에서 형성된 심층 해류는 해양의 저층에서 적도를 향해 흐르고, 이러한 흐름은 표층 해류가 적도에서 극 쪽으로 흐를 수 있도록 해 줍니다.

 

 물이 표층에서 침강한 뒤 심층 순환을 거쳐 다시 처음의 표층으로 되돌아오는 데는 수백 년에서 1000년에 가까운 오랜 시간이 걸립니다. 이와 같이 심층 순환은 매우 느리지만 전 수심에 걸쳐 일어나고 전체 해수를 순환시키는 역할을 합니다.

 

 그런데 극 지역의 표층에서 심층으로 침강하는 해수의 양이 감소하면 고위도로 이동하는 표층 해류의 흐름이 약해질 수 있습니다. 그 결과 저위도의 열이 고위도로 제대로 전달되지 못하면서 지구의 전체적인 기후에도 변화가 생길 수 있습니다.

 

용승과 침강

 

 대기와 해양의 운동은 유기적인 관계에 있기 때문에 서로 영향을 주고받습니다. 바람이 불어 표층 해수가 수평으로 발산하면 깊은 곳의 찬물이 상승하는데, 심층의 찬물이 표층으로 올라오는 현상을 용승이라고 합니다. 용승한 물은 영양 염류가 풍부하여 좋은 어장을 형성하기도 합니다.

 

 해안 지역에서는 용승한 찬물의 영향으로 안개가 자주 발생하고 대기가 안정하여 강수량이 적어 건조 지대가 형성됩니다. 반면 표층 해수가 수렴하는 지역에서는 표층의 물이 침강하는 현상이 나타납니다. 이때는 따뜻한 표층 해수가 모이기 때문에 해수면의 온도가 높아지고 수온 약층이 나타나는 깊이가 깊어집니다.

 

엘니뇨와 라니냐

 

 열대 태평양 지역에 무역풍이 평상시보다 더 약하게 부는 경우에는 연안 용승과 적도 용승이 약해져 페루 연안인 동태평양과 적도 태평양 중앙부의 수온이 높아지는 현상을 엘니뇨라고 합니다. 반대로 무역풍이 강해지면 용승이 잘 일어나 평년보다 수온이 더 낮아지는 현상을 라니냐라고 합니다.

 

남방 진동

 

 열대 태평양에서 표층 수온의 변화는 주변 기압 분포와 대기의 흐름을 변화시킵니다. 평년에 서태평양에서는 강한 상승 기류 때문에 저기압이 발달하고, 수온이 낮은 동태평양에서는 하강 기류가 나타나 고기압이 발달합니다.

 

 엘니뇨 시기에는 열대 태평양의 중앙 또는 동쪽으로 치우친 지역에 저기압이 발달하고 서태평양에 하강 기류가 발달하여 동-서 순환의 형태가 달라집니다. 반대로 라니냐 시기에는 서태평양의 기압이 평년보다 낮아지고, 동태평양의 기압은 높아집니다.

 

 이와 같이 열대 태평양의 동·서 기압은 한쪽에서 상승하면 다른 쪽에서 하강하는 양상을 보이는데, 이렇게 시소처럼 진동하는 형태의 기압 변화를 남방 진동이라고 합니다.

 

대기와 해수의 상호 작용 - ENSO

 

 엘니뇨와 라니냐는 해양의 수온 변화를, 남방 진동은 대기의 기압 패턴의 변화를 의미하는데, 서로 밀접하게 관련되어 있기 때문에 이 둘을 합하여 엘니뇨 남방 진동(엔소, ENSO)이라고 합니다.

 

 ENSO는 2~7년 사이의 주기로 발생하는데, 바람, 해류, 수온, 기압 등에서 일반적인 평형이 깨지면서 평년과는 다른 기상 현상이 함께 나타납니다. 이러한 바람의 세기 변화나 가뭄과 홍수이 발생에 대해서는 1800년대 말부터 기록으로 남아 있습니다.

 

 엘니뇨 시기 우리나라의 겨울은 평년보다 따뜻하고 강수가 많은 편입니다. 오스트레일리아 북동부와 동아시아, 인도 지역에서는 평년과는 달리 가뭄 피해가 나타나고, 열대 동태평양에 위치한 중남미 지역은 폭우와 홍수 피해를 입기도 합니다. 미국의 서부 지역은 우리나라와 비슷하게 따뜻하고 강수량이 많은 겨울이 나타납니다. 라니냐 시기의 기상 특징은 엘니뇨 시기와는 반대로 나타나기도 합니다.