조석
본문서해안 갯벌에서는 하루에 두 번 바닷물이 밀려왔다가 빠져나간다. 달이 바닷물을 끌어당겨서라고 하는데, 달은 하루에 한 번 하늘을 지나가니 밀물도 하루에 한 번이어야 할 것 같다. 왜 두 번일까? 그리고 밀물 시각은 날마다 약 50분씩 늦어지고, 보름과 그믐 무렵에는 물이 훨씬 많이 들고 난다. 그 까닭은 무엇일까?
2.4.1기조력
달의 인력은 거리의 제곱에 반비례하므로, 지구에서 달에 가까운 쪽은 지구 중심보다 세게, 먼 쪽은 약하게 당겨진다. 지구 전체는 지구 중심이 받는 평균 인력으로 움직이므로, 이 평균을 빼고 남은 차이가 해수를 움직이는 힘이 된다. 이것을 기조력이라 한다. 달 쪽에서는 해수가 달 쪽으로, 반대쪽에서는 해수가 달 반대쪽으로 끌려 지구 양쪽에 바닷물이 부풀어 오른다.
지구의 양쪽에 해수가 부풀어 오르므로, 지구가 자전하는 동안 한 지점은 부푼 곳을 두 번 지난다. 그래서 하루에 만조와 간조가 대체로 두 번씩 있다. 달이 공전하여 같은 자리에 다시 오기까지 약 24시간 50분이 걸리므로, 만조 시각이 날마다 약 50분씩 늦어진다.
기조력은 거리의 세제곱에 반비례한다. 태양은 달보다 훨씬 무겁지만 훨씬 멀어서, 태양의 기조력은 달의 약 0.46배이다. 그림 1에서 날짜를 바꾸어 보자. 삭과 망에는 태양, 달, 지구가 일직선이 되어 두 기조력이 더해지고, 상현과 하현에는 직각이 되어 서로 일부 상쇄된다.1
2.4.2사리와 조금
조차가 가장 큰 때를 사리, 가장 작은 때를 조금이라 한다. 사리는 한 달에 두 번, 음력 초하루와 보름 무렵에 오고, 조금은 상현과 하현 무렵에 온다. 우리나라 서해안은 수심이 얕고 해안선이 복잡하여 조차가 크고, 인천은 사리 때 조차가 8 m를 넘는다. 이런 곳에서는 갯벌이 넓게 드러나고, 큰 조차를 이용한 조력 발전도 할 수 있다. 시화호 조력 발전소는 밀물 때 들어오는 바닷물로 수차를 돌린다.
2.4.3예제 풀이
어느 해안에서 달에 의한 조석의 진폭이 1.0 m, 태양에 의한 조석의 진폭이 0.46 m이다. 사리와 조금 때의 조차(만조와 간조의 높이 차)를 구하여라. 오늘 만조가 오전 6시였다면 사흘 뒤 같은 무렵 만조는 몇 시쯤인가?
사리에는 두 진폭이 더해져 진폭 1.46 m, 조차는 그 2배인 약 2.9 m이다. 조금에는 서로 빼져 진폭 0.54 m, 조차는 약 1.1 m이다. 사리의 조차가 조금의 약 2.7배이다.
만조는 하루에 약 50분씩 늦어지므로 사흘 뒤에는 약 150분, 곧 2시간 30분 늦은 오전 8시 30분쯤이다. 그래서 갯벌 체험이나 바다낚시를 할 때는 그날의 물때표를 꼭 확인한다. 만조와 간조의 시각과 높이가 날마다 달라지기 때문이다.
아래 탐구 카드에서 밀물과 썰물이 하루에 두 번인 까닭과 날마다 달라지는 까닭을 직접 확인해 보자.
- 기조력은 지구 중심과 표면의 인력 차이이므로 거리 \(d\)에 대해 \(\frac{1}{d^3}\)에 비례한다. 태양은 달보다 약 2700만 배 무겁지만 약 390배 멀어, \(\frac{2.7 \times 10^7}{390^3} \approx 0.46\)배이다.
달과 태양의 인력이 지구의 각 부분에 다르게 작용하여 생긴 기조력은 지구 양쪽에 해수를 부풀게 하므로, 하루에 만조와 간조가 두 번씩 생긴다. 달의 공전 때문에 만조가 날마다 약 50분 늦어지고, 해와 달의 배치에 따라 사리와 조금이 번갈아 온다. 그래서 처음 질문의 밀물과 썰물은 지구 양쪽의 부푼 곳을 두 번 지나기 때문에 하루 두 번이고, 달의 위상에 따라 매일 시각과 높이가 달라진다.