천해파와 심해파

먼바다의 파도는 일정한 간격으로 넘실거리며 해안으로 다가온다. 그런데 해안 가까이에 오면 파도의 간격이 좁아지고, 높이가 높아지다가 결국 하얗게 부서진다. 또 파도는 해안선과 비스듬히 다가와도 해안 가까이에서는 거의 나란하게 밀려온다. 파도의 속력은 무엇이 정하며, 왜 수심에 따라 달라질까?

수심 (m)

파장 (m)

2.2.1물 입자의 운동

파도가 지나갈 때 물 입자는 파도를 따라 멀리 가지 않고 제자리에서 원을 그리며 돈다. 원의 크기는 수면에서 가장 크고, 깊이 내려갈수록 작아져 파장의 절반쯤 깊이에서는 거의 움직이지 않는다. 그래서 수심이 파장의 절반보다 깊으면 파도는 바닥을 느끼지 못하고, 얕으면 바닥에 끌려 물 입자의 원이 납작한 타원이 된다. 잠수부가 몇 m만 내려가도 파도의 흔들림이 크게 줄어드는 까닭이다.

그림 1에서 파장 100 m인 파도를 깊은 바다에서 얕은 바다로 옮겨 보자. 수심 50 m 이상에서는 약 12.5 m/s로 일정하다가, 수심이 얕아지면 느려져 수심 2 m에서는 약 4.4 m/s가 된다.

2.2.2해안에서 일어나는 일

파도가 얕은 곳에 들어와 느려져도 주기는 그대로이다. 그래서 파장 \(L = cT\)가 짧아져 파도의 간격이 좁아진다. 같은 에너지가 좁은 간격에 몰리므로 파고가 높아지고, 결국 꼭대기가 앞으로 넘어지며 부서진다. 또 해안선과 비스듬히 다가오는 파도는 얕은 쪽 부분이 먼저 느려져 방향이 해안선과 나란해지도록 꺾인다. 이것이 파도의 굴절이며, 튀어나온 곶에 파도의 에너지가 모여 깎이고 움푹한 만에는 모래가 쌓이는 까닭이다.¹

2.2.3예제 풀이

심해파는 \(c = \sqrt{\dfrac{gL}{2\pi}}\)이고 \(L = cT\)이므로 \(c = \dfrac{gT}{2\pi} = \dfrac{9.8 \times 8}{6.28} \approx 12.5\) m/s, 파장은 \(12.5 \times 8 = 100\) m이다.

수심 2 m는 파장 100 m의 20분의 1보다 얕으므로 천해파로 보아 \(c = \sqrt{9.8 \times 2} \approx 4.4\) m/s이다. 주기는 8초 그대로이므로 파장은 \(4.4 \times 8 \approx 35\) m로, 먼바다의 3분의 1 남짓이 된다. 즉 파도의 간격이 좁아지는 것을 보고 바닥이 얕아졌음을 알 수 있다. 그래서 서핑을 하는 사람들은 파도가 부서지는 위치로 해저 지형을 읽는다.

아래 탐구 카드에서 파도가 해안에 가까워지며 느려지고 높아지는 까닭을 직접 확인해 보자.

1. 파도는 수심이 파고의 약 1.3배보다 얕아지면 부서진다고 어림한다. 그래서 높이 2 m인 파도는 수심 약 2.6 m에서 부서지기 시작한다.