해수의 운동과 순환_에크만 수송과 지형류

2. 에크만 수송과 지형류

(1) 에크만 수송

마찰층 내에서 해수의 평균적인 이동은 북반구의 경우 바람 방향의 오른쪽 90º 방향으로 나타나는데, 이를 에크만 수송이라고 한다.

 

① 에크만 나선 : 해수면 위에서 바람이 일정하게 계속 불면 북반구에서 표면 해수는 전향력의 영향으로 바람 방향의 오른쪽으로 약 45º 편향되어 흐른다. 또한 수심이 깊어짐에 따라 해수의 흐름은 오른쪽으로 더 편향되고 유속이 느려져 해수의 이동 형태가 나선형을 이루는데 이를 에크만 나선이라고 한다.

 

② 마찰 저항 심도 : 해수의 이동 방향이 표면 해수의 이동 방향과 정반대가 되는 깊이를 마찰 저항 심도라고 한다. 마찰 저항 심도까지의 층을 마찰층 또는 에크만층이라고 한다.

 

※ 에크만 수송

마찰층 내에서 평균적인 해수의 이동을 말하며, 북반구에서 바람 방향의 오른쪽 직각(90º) 방향으로 나타난다.

 

※ 마찰 저항 심도

에크만 나선에서 해수의 이동 방향이 표면 해수의 이동 방향과 정반대가 되는 깊이이다.

 

※ 에크만층 또는 마찰층

해수면에서 마찰 저항 심도까지의 구간으로, 에크만층이 나타나는 깊이는 바람이 강할수록, 전향력이 약할수록 깊다.

 

(2) 지형류

수압 경도력과 전향력이 평형을 이루는 상태에서 흐르는 해류를 지형류라고 한다.

 

① 지형류의 발생 과정

1. 북반구의 해양에서 수압 경도력에 의해 수압이 낮아지는 방향으로 해수가 이동하면 전향력에 의해 해수가 오른쪽으로 편향된다.
2. 수압 경도력에 의해 해수의 유속이 점차 빨라지고 전향력은 더욱 커지면서 운동 방향은 오른쪽으로 계속해서 편향된다.
3. 빨라진 유속에 비례해 커진 전향력은 수압 경도력과 크기는 같고 방향이 정반대로 되어 두 힘은 평형을 이루게 되므로 지형류가 형성된다.

② 지형류의 방향과 유속

• 지형류의 방향 : 북반구에서는 수압 경도력의 오른쪽 90º 방향으로, 남반구에서는 수압 경도력의 왼쪽 90º 방향으로 등수압선과 나란하게 흐른다.

(3) 에크만 수송과 아열대 해양의 지형류(북반구)

무역풍과 편서풍에 의해 표층 해수에서 표층 해수의 에크만 수송이 일어나고 이로 인해 형성된 해수면의 경사에 의해 지형류가 형성된다.

1. 북반구에서 무역풍에 의한 표층 해수의 에크만 수송은 북쪽으로 일어나고, 편서풍에 의한 표층 해수의 에크만 수송은 남쪽으로 일어나므로 해수면의 높이는 아열대 해양에서 높아진다.
2. 해수면의 높이 차에 의해 수압 경도력이 생기고 해수가 이동하기 시작하면 전향력이 작용하여 해수의 이동 방향이 점차 오른쪽으로 편향되면서 유속이 증가한다.
3. 수압 경도력이 전향려과 평형을 이루게 되면 수압 경도력의 오른쪽 90º 방향으로 지형류가 지속적으로 흐르게 된다.
4. 무역풍대에는 북적도 해류가 동쪽에서 서쪽으로 흐르고, 편서풍대에는 북태평양 해류(북대서양 대류)가 서쪽에서 동쪽으로 흐르면서 시계 방향의 순환을 형성한다.

▶ 대양의 표층 해류는 대부분 지형류이기 때문에 해수면 높이가 같은 지역을 따라 흐른다.

▶ 해수면의 높이를 관측하면 지형류의 방향을 알 수 있다.

 

※ 해수면의 경사

두 해수 간에 밀도 차(수온 차)가 생길 때, 에크만 수송에 의해 표층 해수가 한 방향으로 이동하여 쌓일 때 발생할 수 있다. 실제 지형류를 유지시켜 주는 해수면의 경사는 1/100000 정도로 매우 작다.

 

※ 지형류의 유속

위도가 낮을수록 또는 해수면의 경사가 급할수록 빠르다.

 

※ 지형류 평형

수압 경도력과 전형력이 평형을 이룬 상태이다.

 

 

(4) 서안 경계류와 동안 경계류

① 서안 강화 현상 : 고위도로 갈수록 전향력이 커지기 때문에 순환을 이루는 해류 중 대양의 서쪽 연안을 따라 흐르는 해류가 강한 흐름으로 나타나는 현상이다.

1. 해수에 작용하는 전향력의 크기는 고위도로 갈수록 커진다.
2. 북반구의 경우 서안 경계에서 북진하는 해수의 이동은 시계 방향의 순환을 강하게 만들고, 동안 경계에서 남진하는 해수의 이동은 시계 방향의 순환을 약하게 만든다.
3. 표층 해수의 순환 중심이 서쪽으로 치우치게 된다.
4. 표층 해수의 순환 중심이 서쪽으로 치우치면 서쪽 해수면의 경사가 급해지면서 해류가 강해진다.
5. 서안 경계류는 유속이 빠르고 폭이 좁고 깊은 해류가 되고, 동안 경계류는 유속이 느리고 폭이 넓고 얕은 해류가 된다.

② 서안 경계류와 동안 경계류

• 서안 경계류 : 대양의 서쪽 연안을 따라 좁고 빠르게 흐르는 해류이다.
• 동안 경계류 : 대양의 동쪽 연안을 따라 비교적 넓고 느리게 흐르는 해류이다.

구분	폭	깊이	속도	해수의 수송량	예
서안 경계류	좁다	깊다	빠르다	많다	쿠로시오 해류, 멕시코 만류
동안 경계류	넓다	얕다	느리다	적다	캘리포니아 해류, 카나리아 해류

 

※ 아열대 해양의 에크만 수송과 지형류

무역풍과 편서풍에 의해 에크만 수송이 일어나고, 그 결과 생긴 해수면의 경사로 인해 지형류가 흐른다.

 

※ 서안 강화 현상

순환의 중심이 서쪽으로 치우치면서 서쪽 해수면의 경사가 급해지고 해류가 강해지는 현상이다.

 

※ 서안 경계류

아열대 순환에서 대양의 서쪽 연안을 따라 고위도로 흐르는 폭이 좁고 빠른 해류이다.

 

※ 동안 경계류

아열대 순환에서 대양의 동쪽 연안을 따라 저위도로 흐르는 비교적 폭이 넓고 느린 해류이다.

 

③ 세계 주요 해류

• 해양 표면의 물은 바람에 의해 움직일 때 전향력에 의해 북반구에서는 바람 방향의 약 45º 방향으로 편향되어 흐른다.
• 적도 해류 : 무역풍대에서 형성된 해류로 동쪽에서 서쪽으로 흐르며, 북적도 해류와 남적도 해류가 있다.
• 북태평양 해류, 북대서양 해류, 남극 순환 해류 : 편서풍에 의해 형성된 해류로 해야으이 서쪽에서 동쪽으로 흐른다.
• 적도 반류 : 적도 무풍대를 따라 서쪽에서 동쪽으로 흐르는 해류이다.
• 서안 경계류는 난류이며 표층 해류의 염분이 높다.
• 동안 경계류는 한류이며 표층 해류의 염분이 낮다.