ARGO 자료와 해수의 성질

북태평양에 띄운 Argo 플로트 한 대는 열흘마다 2000 m 깊이까지 가라앉았다가 떠오르며 수온과 염분을 재고, 해수면에서 위성으로 자료를 보낸 뒤 다시 가라앉는다. 이 플로트가 보낸 한 번의 기록에서 해수면은 25 °C, 염분 35.5였고, 2000 m 깊이는 2 °C, 염분 34.6이었다. 해수면의 물이 더 짠데도 아래로 가라앉지 않는다. 바닷물의 밀도는 수온과 염분 중 무엇이 더 크게 정할까? 그리고 이런 기록이 7년 동안 쌓이면 무엇을 알 수 있을까?

2.7.1스스로 가라앉고 떠오르는 플로트

Argo 플로트는 길이 1 m 남짓한 원통으로, 안의 기름을 바깥 주머니로 밀어내거나 다시 빨아들여 부피를 바꾼다. 부피가 커지면 부력이 커져 떠오르고, 작아지면 가라앉는다. 보통 1000 m 깊이에서 아흐레쯤 떠다니다가 2000 m까지 내려간 뒤, 떠오르는 동안 수온, 염분, 압력을 잰다. 해수면에서는 위치와 자료를 위성으로 보낸다. 그래서 플로트 한 대는 열흘마다 깊이별 기록 하나와 함께, 1000 m 깊이에서 얼마나 흘러갔는지도 알려 준다.

바다의 깊이별 수온 변화는 수십 °C에 이르지만 염분 변화는 1 정도에 그친다. 그래서 대부분의 바다에서 밀도의 분포는 수온이 정하고, 해수면의 따뜻한 물은 짜더라도 가볍다. 다만 수온이 고르게 낮은 극 바다에서는 염분의 작은 차이가 밀도를 정한다. 수온과 염분을 가로축과 세로축에 찍은 수온–염분도에서는 같은 밀도를 잇는 곡선과 비교해 물 덩어리가 어디서 왔는지 가려낼 수 있다.¹

2.7.27년의 기록이 알려 주는 것

플로트 한 대의 기록을 시간 순서로 늘어놓으면 계절에 따라 표층의 혼합층이 깊어지고 얕아지는 모습이 보인다. 겨울에는 해수면이 식어 밀도가 커지므로 위아래 물이 섞여 혼합층이 100 m 넘게 깊어지고, 여름에는 표층이 데워져 수온 약층이 해수면 가까이 올라온다. 또 1000 m에서 떠다닌 위치를 이으면 중층 해류의 방향과 빠르기를 알 수 있다. 수천 대의 기록을 모으면 바다 전체가 해마다 얼마나 열을 저장하는지까지 계산할 수 있다.

2.7.3예제 풀이

해수면 물은 \(1027\,[1 - 1.7\times10^{-4}\times15 + 7.6\times10^{-4}\times0.5] = 1027 \times 0.99783 \approx 1024.8\) kg/m³이다. 2000 m의 물은 \(1027\,[1 + 1.7\times10^{-4}\times8 - 7.6\times10^{-4}\times0.4] = 1027 \times 1.00106 \approx 1028.1\) kg/m³이다. 어림식은 수온 10 °C 부근에서 얻은 것이어서 그림 1의 값과 조금 다르지만, 차이의 크기는 비슷하다.

밀도 차 약 3.3 kg/m³ 가운데 수온 차 23 °C가 만든 몫은 \(1027 \times 1.7\times10^{-4}\times23 \approx 4.0\) kg/m³이고, 염분 차 0.9가 만든 몫은 \(1027 \times 7.6\times10^{-4}\times0.9 \approx 0.7\) kg/m³로 반대 방향이다. 그래서 해수면 물이 더 짜도 수온이 훨씬 높아 가볍다. 또 7년이면 \(7 \times 365/10 \approx 255\)개의 기록을 보낸다. 즉 플로트의 수온과 염분 기록으로 밀도의 구조를 계산하면 바다가 왜 층을 이루는지, 그 층이 계절과 해마다 어떻게 바뀌는지 알 수 있다.

아래 탐구 카드에서 Argo 자료를 내려받아 바다마다 깊이별 수온, 염분, 밀도를 그리고, 한 플로트의 7년 기록에서 혼합층의 변화를 찾아보자.

1. Argo라는 이름은 그리스 신화에서 이아손이 탄 배 아르고호에서 따왔다. 바다 높이를 재는 인공위성 제이슨과 짝을 이루어, 위성이 해수면을 재고 플로트가 바닷속을 잰다는 뜻을 담았다. 2000년에 첫 플로트를 띄운 뒤 30여 나라가 함께 운영한다.