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지구과학

바다, 환류, 해류

by 요니여니s 2023. 3. 8.

1990년대 초, 남부 아프리카는 금세기 최악의 가뭄을 겪었다. 거의 1억 명의 사람들이 식량이 부족했다. 이것은 남아메리카 북서 해안의 해수면 온도 상승과 관련하여 몇 년마다 세계의 많은 지역에 이상 기후를 가져오는 변화의 극단적인 예였다. 바다의 온도가 3°C를 넘지 않는 것처럼 보이는 경미한 온난화가 지구의 절반을 돌 때 그렇게 심각한 영향을 미칠 수 있다는 것은 우리의 기후가 바다에 의해 어느 정도 영향을 받는지를 보여준다. 기온 변화와 기후 사이의 연관성은 이제 너무 잘 확립되어 있어서 적도 바로 남쪽의 동태평양의 표면 온도는 짐바브웨의 옥수수 수확량을 1년까지 예측하는 데 사용될 수 있다. 과학자들이 현재 기온 c를 예측하는 능력에서 무엇을 기대해야 하는지에 대한 훨씬 더 앞선 조기 경고와 함께 앞으로 1년 더 걸릴 것이다(CANE et al., 1994).
아프리카에서 이러한 급격한 결과를 초래하는 상황을 '엘니뇨' 또는 '엘니뇨-남부 진동 사건' 또는 ENSO라고 한다. 세계에서 가장 심각한 영향을 받는 지역이 있지만, 사소한 영향은 훨씬 더 멀리서 느낄 수 있다. 예를 들어 북서부 유럽은 종종 ENSO 이후 시원하고 습한 여름을 보낸다. 가장 심각하게 영향을 받는 지역에서는 온도가 정상에서 최대 0.5°C까지 편차가 있지만 북반구 전체에서 약 0.2°C의 편차가 발생한다. 세계 각지의 가뭄뿐만 아니라, 최근의 ENSO 사건은 알래스카의 비정상적으로 따뜻한 날씨, 미국 동부의 눈에 띄게 따뜻한 겨울, 캘리포니아의 해수면 100mm 상승과 심각한 해변 침식, 태평양의 산호초의 죽음 등이 있다.
통상적으로 남적도 해류는 무역풍에 의해 지표수를 남아메리카에서 인도네시아로 서쪽으로 운반한다. 이 상당히 얕은 표면의 물층 아래에는 온도가 급격히 떨어지는 열선이라는 경계가 있다. 지표수의 서쪽으로의 이동은 적도 저류 또는 크롬웰 해류로 알려진 열선을 따라 동쪽으로 흐르는 흐름에 의해 보상된다. 이 시스템은 따뜻한 표면의 물을 서쪽으로 이동시키기 때문에, 열전대 위의 표면층은 인도네시아 주변 약 200m 깊이이지만 열전대가 거의 표면에 도달하는 미국 해안에서 매우 얕습니다.해수면 온도는 27.5°C에서 30°C 사이다. 이것은 바닷물이 증발에 의해 냉각되고 온도가 높을수록 바닷물에서 더 많은 물이 증발하기 때문에 바닷물이 도달할 수 있는 최대 온도에 가깝다.
그 변화는 인도양과 태평양에 걸쳐 기압이 분포하면서 시작된다. 이로 인해 열대 수렴대(ITCZ)는 12월에서 2월의 한겨울에 보통보다 더 남쪽으로 이동한다. 이것은 '남쪽 진동'이며 남반구 무역풍을 약화시키거나 심지어 방향을 바꾸게 한다. 남적도 해류를 몰고 오는 바람은 약해지거나 역전되기 때문에 따뜻한 지표수가 남아메리카 앞바다에 축적되기 시작하며, 때로는 서쪽에서 불어오는 바람에 의해 강화되기도 한다. 따뜻한 물을 가로질러 이동하는 공기는 그것이 해안에 도달할 때 촉촉해지고 수분을 잃는다. 이로 인한 비는 건조한 해안 지역을 따라 가축을 위한 풍부한 방목을 가져오며, 보통 크리스마스 즈음에 시작되기 때문에 이 현상은 '소년 엘니뇨'로 알려져 있다. 어떤 해에는 그 반대의 일이 일어난다. ITCZ는 북쪽으로 멀리 머물고, 무역풍이 강하며, 남아메리카 앞바다는 평소보다 더 춥다. 이것은 '라 니냐'로 알려져 있다(HIDORE AND OLIVER, 1993).
비록 엘니뇨가 해안가의 농부들에게 풍요를 가져다 주지만, 대부분의 다른 사람들, 특히 어부들은 고통을 받는다. 남아메리카의 서쪽 해안을 따라 북쪽으로 흐르는 훔볼트 해류는 남극으로부터 긴 여정 동안 수집된 영양분을 운반하며, 페루와 에콰도르 해안의 풍부하고 차가운 물은 얇은 따뜻한 물 층을 통해 표면으로 잘 올라갑니다. 이러한 융기는 해양 동식물의 풍부한 개체수를 유지하고 중요한 멸치 어장을 지원한다. 그러나 엘니뇨 기간 동안 영양분이 풍부한 물은 수면에 도달하는 것을 멈추고 어업은 실패한다.
ENSO 사건은 대략 7년마다 일어난다. 그것들은 새로운 것이 아니다: 첫 번째는 1541년에 기록되었고 더 최근에는 1891년, 1925년, 1953년 그리고 1972-83년에 기록되었다. 1982-3년에는 특히 강력한 효과가 있었는데, 그 효과는 10년 후에도 여전히 감지되고 있었다. 1986-87년, 1995-96년, 1998-99년에도 심각한 ENSO 사건이 발생했다. 적도수류의 흐름 변화는 북태평양을 가로지르는 장주기파(로스비파)를 유발하고 쿠로시오 해류의 흐름을 북쪽으로 이동시켜 1993년에도 여전히 감지되고 있던 중위도 태평양에 따뜻한 지표수를 가져왔다(JACOBS et al., 1994).
해류는 적도에서 고위도로 열을 전달하는 데 중요한 역할을 한다. 해류 자체는 주로 우세한 바람에 의해 움직이지만, 물이 적도에서 멀어지거나 적도 쪽으로 이동할 때 그 움직임은 코리올리 효과에 의해 영향을 받는다. 이로 인해 북태평양과 남태평양, 북대서양과 남대서양, 인도양의 일반적인 원형 해류가 발생한다.
적도에서 약 30° 남쪽으로 중심이 있으며, 북반구에서는 시계 방향으로, 남반구에서는 시계 반대 방향으로 흐른다. 일반적으로 기후 효과는 두 반구 모두 비슷하다. 극점에서 적도 쪽으로 이동하는 물은 대륙의 서해안 가까이를 지나며 냉각되고, 극점으로 흐르는 적도 물은 동해안을 지나며 따뜻해진다. 일본 근해의 따뜻한 구로시오 해류의 북쪽 편향이 캘리포니아에서 느끼는 기후적 결과와 함께 북태평양을 어떻게 따뜻하게 할 수 있는지를 이를 통해 알 수 있다.
이것은 약 11000년 전에 일어난 것으로 믿어지며, 역설적으로, 급격한 기후 온난화에 의해 발생한 것으로 보인다. 그 때, 마지막 빙하기가 끝나가고 있었고 빙상이 녹고 있었다. 북아메리카 북부의 대부분을 덮고 있던 로렌티드 빙상은 주로 미시시피 강을 통해 북대서양으로 물을 방류했고, 밀도가 높은 바닷물 위에 떠다니는 엄청난 양의 매우 차가운 담수를 방출했다. 이것은 북대서양 표류가 실패한 이유의 일부였다. 다른 하나는 북대서양 심해(NADW)의 형성에 관한 것이었다. 해빙의 가장자리에는 바닷물이 매우 조밀하다. 바닷물이 얼면 얼음 결정 격자가 형성되면서 바닷물의 염분이 제거되기 때문에 인접한 물은 평균보다 염분이 많다. 동시에 물이 가장 밀도가 높은 온도인 약 4°C에서도 일어난다. 밀도가 낮은 물 아래로 가라앉고, 해저 근처에서 천천히 흐르는 물살을 형성하여 적도 쪽으로 흐른다. 이것은 NADW이고 가라앉는 물은 북쪽으로 흐르는 지표수로 대체된다. 북대서양 해류와 그 일부인 북대서양 해류를 통제하는 것이 바로 이 시스템이다. 빙하기가 끝날 무렵의 온난화는 극지방이 아이슬란드까지 북상하면서 해빙이 후퇴하는 것과 관련이 있으며, 이것은 NADW의 형성을 방해했다.
약 11000년 전과 약 1000년 동안 서유럽은 빙하기 상태로 다시 빠져들었다. 역전이 시작되었을 때, 스코틀랜드는 완전히 얼음이 없었는지도 모르지만, 머지 않아 스코틀랜드의 대부분이 수백 미터 두께의 빙상 아래에 놓여 있었다(Roberts, 1989). 이러한 급격하고 극적인 기후 악화는 이 시기로 추정되는 토양에 드라이아스 옥토페탈라의 꽃가루 알갱이가 존재함으로써 처음으로 감지되었다. 드라이아스 옥토페탈라는 고산지대와 아북극 지역의 특징적인 식물로 기후 역전 현상에 그 이름을 붙였는데, 이는 어린 드라이아스로 알려져 있다. 이 현상은 기원전 11000년에서 10000년(현재 이전)까지 지속되었으며, '젊은이'라고 불리는데, 이는 12000년 이전의 냉각기에 대한 증거가 있기 때문이며, 이는 Older Dryas (PENINGTON, 1974)로 알려져 있으며, 이와 유사한 원인이 있었을 수 있다.
해류는 명확하게 정의되어 있고 일부는 빠르게 흐른다. 예를 들어, 쿠로시오 해류는 최대 3 ms⁻¹로 흐른다. 그러나 그들의 기후 영향은 간접적인데, 그것들은 그것들이 접촉하는 해안을 따뜻하게 하거나 냉각시키는 것이 아니라, 그것들과 접촉하는 공기의 특성에 영향을 미친다는 점에서, 그것들은 대륙에 날씨를 가져오는 공기이다. 그 연관성은 분명히 가장 중요하며, 장기적인 기후 예측은 현재 존재하는 것보다 훨씬 더 큰 이해에 기초해야 한다. 예를 들어, 온실 효과로 인한 북반구의 급격한 기후 온난화가 NADW의 형성을 방해하고 북서부 유럽에서 심각한 냉각을 촉발할 수 있다는 것이 실현 가능한가? 기후 조건에 세계적인 변화가 있을 경우 ENSO 사건의 원인과 발생 빈도는 어느 정도인가? 현재로서는 그러한 질문에 대답할 수 없다. 그들이 그럴 때까지, 기후 변화의 지역적 영향에 대한 모든 예측은 매우 신중하게 접근해야 한다.

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