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바닷속 탐사

  • 바닷속 환경
    해양 생물의 종류

    지구는 다른 행성과 달리 해양을 가지고 있는 것이 특징이다.

    지구 표면적의 70% 이상을 차지하고 있는 해양에 엄청난 양의 물이 없었다면 지구는 다른 행성처럼 생명체가 없는 황무지가 되고 말았을 것이다. 가장 오래된 화석이 해양에서 서식하였던 생물의 화석이라는 점.

    모든 생물의 대사 작용이 수용액 상태에서 진행되는 점, 동물의 혈액 조성이 해수의 화학조성과 유사한 점 등은 해양에서 생명이 탄생하였음을 시사한다.

    해양에서는 육지보다 더 다양한 동물들이 발견되며, 극피동물이나 모악동물처럼 해양에서만 발견되는 동물도 많다. 해양생물은 생활 형태에 따라 부유생물 (플랑크톤; plankton), 유영생물 (nekton), 저서생물 (benthos)로 분류된다. 운동능력이 약하거나 없어서 물의 흐름에 의해 떠다니며 생활하는 것을 부유생물이라 하고, 어류와 같이 유영능력이 뛰어나 자력으로 이동할 수 있는 것을 유영생물, 암반, 모래, 펄과 같은 해양의 바닥에서 생활하는 것을 저서생물이라 한다.

    해양은 지구상에서 가장 규모가 큰 생태계로, 표영생태계와 저서생태계로 나눌 수 있다. 표영생태계는 해양의 수층 부분에 해당되며, 유영생물과 부유생물이 주로 서식한다. 표영생태계는 육지와의 거리에 따라 연안생태계와 외양생태계로 나눌 수 있으며, 대체로 대륙붕 위의 수층을 연안생태계라 하고 그 밖의 외해 쪽을 외양생태계라 한다. 저서생태계는 해양의 바닥부분에 해당되며, 이곳을 서식처로 생활하는 저서생물에 의해 점유되어 있다.

    해양생물의 특징

    해양생물은 육상생물과 기본적인 구조나 기능은 비슷하지만, 수중생활에 적응하기 위한 몇몇 독특한 특징을 갖는다. 물은 부력을 제공하므로 크기가 큰 생물도 자유롭게 활동할 수 있어 지구상에서 가장 큰 동물인 고래가 해양에 서식하고 있다. 또한 물의 흐름은 생물체를 운반·이동시키므로, 바다에는 운동능력이 아예 없거나 거의 없는 여러 종류의 플랑크톤들이 서식한다. 특히 식물플랑크톤의 경우 크기가 매우 작은데, 크기가 작아지면 작아질 수 록 단위 부피에 대한 표면적이 커지기 때문에 마찰저항이 커져 침강속도가 줄어들게 되며 빛이 풍부한 표층에 오래 머물러 있기가 쉽다. 또 부피에 비해 표면적이 클수록 세포와 외부와의 물질 교환이 효율적으로 일어나므로 주변에서 영양염류를 효과적으로 흡수할 수 있으며, 노폐물의 배출도 효율적이 된다.

    해양생물은 환경변화에 대응하기 위한 전략 방법에 따라 순응자(conformer)와 조절자 (regulator)로 나뉜다. 순응자는 환경변화에 따라 생리 상태를 바꾸고, 조절자는 환경변화에 도 불구하고 생리 상태를 일정하게 유지한다. 예를 들어 해양 변온동물이나 해양 무척추동물은 순응자로서, 주변 온도가 올라가면 체온도 올라가고 따라서 신진대사가 빨라진다. 해 양 조류나 해양 포유류 같은 항온동물은 조절자이기 때문에 주변 온도가 올라가더라도 일정 한 신진대사율을 유지한다.

    조류의 경우 공기를 많이 포함할 수 있는 잔털을 가지고 있어 물과의 접촉을 최소화하여 열손실을 줄이고, 고래나 돌고래와 같은 해양포유류는 단열효과 가 큰 두꺼운 피하지방층을 가지고 있거나 특이한 혈관구조를 가지고 있어 열손실을 막을 수 있다.

    해양환경

    해양은 특이한 물리·화학적 성질을 가진 해수로 인하여 육지와는 다른 독특한 환경을 이루 고 있다. 해양환경의 특징은 육상보다 환경요인의 변화가 적다는 것이다. 그러나 해양환경에도 조간대나 연안역처럼 환경 변화가 심한 곳도 있다. 조간대 조수 웅덩이(tide pool)는 기상조건에 따라 염분 변화가 심하고, 강하구는 조석 간만에 따라 염분 변화폭이 크며, 연안 에서는 기온의 일교차에 따라 수온이 변하기도 한다. 해양생물에 영향을 미치는 물리·화학적 환경요인으로는 수온, 염분, 용존산소, 영양염류, 빛 등을 들 수 있다.

    수온

    해수는 비열이 높기 때문에 해역에 따라 온도 차이가 적어 육지에서 경험할 수 있는 극한 환경이 없다.

    계절 변화가 심한 온대역에서도 표층수온 변화 폭은 대체로 20℃를 넘지 않으며, 수심이 1,000m가 넘는 심해에서는 연중 3℃의 거의 일정한 수온이 유지된다. 전 해 양의 표층수 경우 일부 예외 (페르시아만에서의 36℃)를 제외하고 수온은 남극지방의 -2℃ 에서 적도지방의 30℃까지 분포한다. 온도에 대한 내성은 해양생물의 분포에 큰 영향을 미친다. 즉 낮은 온도에 잘 견디는 생물은 남극해나 북극해처럼 온도가 낮은 곳에서, 높은 온도에 잘 견디는 생물은 열대해역에서 볼 수 있다. 수온은 수심에 따라서도 차이를 보인다.

    수심이 깊어짐에 따라 급격한 수온 변화를 보이는 곳을 수온약층(thermocline)이라 하는데, 수온약층을 경계로 상하층의 물은 잘 섞이지 않아 해양생물의 분포에 큰 영향을 미친다.

    염분

    담수가 유입되는 곳은 염분의 변화가 심하다

    물분자는 극성을 가지고 있는 좋은 용매이기 때문에, 해수 중에는 각종 염들이 많이 녹아있다.

    해수가 짠 것은 암석에 들어있던 염분이 오랜 세월동안 빗물에 씻겨 해양으로 흘러들어가, 수분만 증발하고 염분은 남았기 때문이다. 해수는 평균 35‰ (‰은 천분율, ppt라고 도 함)의 염분을 포함하고 있는데, 이는 해수 1kg 중에 평균 35g 정도의 염분이 포함되어 있는 것이다. 해수에 녹아있는 염분의 주성분은 염화나트륨(NaCl)으로 전체 염분의 약 80% 정도 된다. 해양생물들은 온도뿐만 아니라 염분 변화에도 잘 적응하여 살고 있다. 특히 연어나 뱀장어처럼 바다와 강을 오가는 물고기의 경우는 염분 농도차이에서 오는 삼투압 조절이 필수적이다.

    용존산소

    해양에 사는 대부분의 생물은 육상생물과 달리 수중에 녹아있는 용존산소를 이용하여 호흡 한다.

    대기 중에는 약 210ml·ℓ-1의 산소가 있지만 해수 중에는 단지 9ml·ℓ-1의 산소 가 있을 뿐이다. 생물의 호흡에 의해 소비되는 해수 중의 용존산소는 식물플랑크톤의 광합성을 통해서, 또 대기 중에서 확산되는 산소에 의해 보충된다. 오염이 심한 연안 내만역에 서는 미생물에 의한 유기물질의 분해로 빈산소상태가 되어 해양생물이 살기 부적합한 환경 이 되기도 한다. 외양역에서는 수심이 700-1,000m 되는 곳에는 용존산소 최소층(oxygen minimum layer)이 나타난다. 용존산소 최소층은 흔히 수온약층과 거의 비슷한 깊이에서 발견된다. 이는 표층에서 사망한 생물들이 심층으로 가라앉다가 급격한 수온의 하강으로 밀도가 커진 수온약층 부근에 모여 분해가 일어나기 때문이다.

    영양염류

    해수중에 녹아있는 질산염과 인산염은 바다에서 일차생산을 담당하고 있는 모든 해양식물의 성장에 중요한 비료가 된다. 한편 규산염은 규조류의 성장에 중요한 영양염류가 된다. 이 외에 철, 망간, 아연, 구리, 코발트와 같은 금속, 비타민과 같은 유기물도 해양식물의 성장에 는 필수적이다. 질소는 해수중에 질산염, 아질산염, 암모늄이온이나 질소를 포함한 유기물 형태로 존재하며, 이 중 질산염이 가장 많이 존재한다. 질산염이나 인산염은 일차생산이 활발히 일어나는 표층에서는 식물에 의해 빨리 흡수되므로 일반적으로 농도가 낮으며, 영양염 이 재생산되는 저층에서는 높다. 또 이들 영양염의 농도는 계절적인 변화를 보여 일차생산 이 낮은 겨울에 가장 높은 농도를 보인다.

    빛

    약 3∼50%의 빛은 바다의 표면에서 반사되고, 수층을 통과한 빛도 수심이 깊어짐에 따라 점차 감소하여 어느 깊이 이하부터는 암흑의 세계가 펼쳐진다. 광합성을 하기 위해서는 충분한 빛이 필요하므로, 수층에서의 광량은 식물플랑크톤의 분포 깊이를 결정하게 된다. 보 상수심 (compensation depth)은 수층내에서 식물플랑크톤에 의한 광합성량이 호흡량과 같아지는 곳을 말하며, 이 보다 얕은 수심에 있는 식물플랑크톤은 광합성에 의한 유기물을 축적 할 수 있다. 수층에서 식물플랑크톤에 의한 총광합성량이 총호흡량과 같게 되는 수심을 임계수심(critical depth)이라 하며 만약 식물플랑크톤이 이 층보다 아래에 머물게 되면, 생존이 불가능해진다.

  • 바닷속조사와 방법
    • 해저지형조사
    • 수심측량
    해저지형조사

    일반적으로 해저지형은 육상지형에 비하여 국부적인 기복이 적고, 경사는 완만한 편이다. 깊이에 따라 다음의 네 가지로 나뉜다.

    3차원 해저지형도 : 동해

    대륙붕

    대륙붕의 수심은 35 - 240m의 범위를 나타내며, 전 세계에 분포 하는 대륙붕의 평균수심은 128m이다. 바다쪽 한계는 기울기가 급변하는 곳이며, 이 부분이 바로 대륙붕과 대륙사면의 경계 부분이다. 대륙붕의 평균기울기는 약 1 : 500 또는 2m : 1km의 기울기를 가지며, 약 0°07'경사도로 나타난다. 폭은 거의 없는 상태에서 최대 130km의 범위를 가진다. 일반적으로 기복은 낮으며 20m내외의 자연적 기복을 가진다.

    대륙사면

    대륙붕에서 바다쪽으로 연장된 해저지형으로 비교적 급한 기울기를 가지는 해저이다. 평균수심 3,660m까지 발달하며 대륙사면이 깊은 해구로 연결되는 경우는 8,200m의 수심까지 이른다. 대륙사면의 기복은 1,000m 이상에 달하며, 특히 해저 협곡에서는 큰 기복이 있다.

    해양 2002호를 이용한 해저지형 조사

    대심해저

    평원과 구릉으로 구성된다. 심해저 평원은 1:1,000 이하의 기울기를 가지며, 심해저 구릉은 집단적으로 모여 발달되며, 작고 다소 낮은 언덕형 지형이다. 심해저 평원은 저탁류에 의해서 운반된 퇴적물이 넓은 범위로 퍼져 퇴적되어 형성된 것이다.

    해구·해연

    수심 6,000m 이상의 좁고 긴 요지를 해구라 하고, 그 중에 특히 깊은 곳을 해연이라고 한다. 해구는 호상열도와 관련되어 있으며, 전 세계적으로 25∼27개의 해구가 있다. 해구의 폭은 20-60km의 범위이다. 그 단면형은 V자형이고, 상부에서의 경사는 5-6°, 하부에서는 20°이상에 달하는 것도 있다. 이 밖에 뚜렷한 기복의 지형으로는 해저 돌출부 ·대륙대 ·해중산 ·평정해산 등이 있다.

    국립해양조사원에서는 항만이나 주요항로, 연안에 대한 수심, 해안선의 형상, 해저지형, 암초의 위치 및 높이, 해저질, 해수의 유동 등을 규명하기 위한 조사를 시행하고 있으며 그 성과를 토대로 해도 등수로 도·서지를 간행·서비스하고 있다.

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    바다 속 모양 관측

    음향측심기

    수심 측량은 바다를 항해하는 선박의 안전을 위하여 시작되었다. 초기에는 납으로 만든 추에 눈금을 새긴 줄을 매어 해저까지 내린 다음, 줄에 표시한 눈금으로 바다의 깊이를 알아내는 방법으로 수심을 측량하였다. 추의 무게는 3.2 ∼ 12.7kg 정도를 사용하였으며, 이 방법은 오늘날에도 항만에서 암벽의 직하 수심을 측정할 때 사용하고 있다.

     장비사진,  각종자료 입수광경, 다중빔  음향 축심기

    제2차 세계대전이후 음향탐지 기술의 급속한 발달이 이루어지면서 음향측심기(수심측정기)가 개발되기 시작하였다. 음향측심기는 바다 밑에 초음파를 발사하면 약 1,500m/s의 속도로 바다 밑에 이른 뒤 다시 반사되어 같은 경로로 되돌아오는 성질을 이용한 것이다.

    이 과정에 걸리는 시간을 잰 뒤 이 수치를 이용하여 물의 깊이를 알아냈다. 그러나, 초음파의 전달속도는 바닷물의 온도와 염분, 수압 등에 따라 달라지므로 수심에 대한 바닷물의 물리적 특성 측정값을 이용하여 관측값을 수정해야 한다.

    일반적으로 10∼200㎑ 정도의 주파수를 사용하는데, 주파수가 낮으면 깊은 곳까지 측정할 수 있는 반면 정밀도는 낮아지고 주파수가 높으면 정밀도는 향상되지만 깊은 수심까지 측정이 불가능해진다. 보통 정밀한 측정을 위해 200㎑ 가량의 주파수를 사용하고 있다.

    현재 수심 측량은 기존의 음향측심기와 달리 음파의 송·수신 범위 안에서는 바다 밑 횡단면 전체를 동시에 측정할 수 있는 다중빔 음향측심기를 이용하고 있다. 이 장비는 배가 이동하면서 다중음향신호를 발사하고, 이를 다시 수신함으로써 수심과 해저지형을 동시에 관측·기록하는 방법을 채택하고 있다.

    기존 음향측심기가 조사선의 수직하부 한 지점의 측심만 할 수 있는 것과는 달리 이 장비는 송·수파 가능 범위의 해저 횡단면 전체를 동시에 측심할 수 있을 뿐만 아니라, 정밀도에서도 기존의 측심기보다 우수하기 때문에 해저 지형도를 작성하는데 많이 활용되고 있다. 또한, 측정된 자료는 컴퓨터를 통해서 실시간 등심도 또는 지형도가 컬러그래픽으로 작성되며, 여러 형태의 정보로 분석·처리하여 관리된다.

    [3차원 영상도 : 동해중부] 3차원 영상도(동해중부), 단면도(A~B 지영)

    국립해양조사원에서는 활용 목적에 따라 1 : 1만 축척으로 항만에서 시행되는 항만측량, 1 : 2만∼1 : 3만 축척으로 주요항로에 대해 실시되는 항로측량 1 : 5만 축척으로 연안해역에서 시행되는 연안측량, 1 : 20만∼1 : 50만 축척으로 대륙붕 획선·해저구조규명·광물자원탐사·해저지형측량·중력관측·지자기관측 및 지층탐사 등 종합적 목적으로 시행되는 해양측량 등을 실시하고 있다.

    영토관할권 획정에 기초가 되는 기준점을 조사하여 유엔에 기탁하고 국내·외에 공포하여 영해 및 배타적 경제수역 획선·인접국가간 관할해역 분쟁소지를 조정하기 위한 영해기점조사, 해안선의 정확한 경계와 연안지역의 각종 현황과 지리 정보를 조사하는 해안선조사측량도 시행하고 있다.

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  • 천부지층탐사
    해적 퇴적물

    해저지각의 구성 물질이나 용암이 식으면서 그 당시의 지구 자기장의 방향에 맞추어 정렬되어 만들어지는 해저 자기정렬 등의 조사는 현재 우리가 보고 있는 대륙의 모양이 어떻게 결정되었는가 하는 등의 연구에 매우 중요한 자료로 사용된다. 또한, 현재는 각종 해양 자원의 분포와 구성 등을 알아내기 위해 보다 적극적으로 조사되고 있다.

    해저지질조사는 음향탐사방법을 주로 많이 사용하고 있으며, 이것은 소리(음파)가 진행하는 도중 매질의 성질이 바뀌면 일부는 경계면에서 반사되어 되돌아오고 나머지는 굴절된 후 계속 진행하는 성질을 이용하여 수중에서 폭약이나 압축공기를 폭발시켜 발생시킨 음향을 여러 개의 수중마이크 또는 수신기를 통해 감지하고 이 자료를 분석하여 해저지각 구성 물질을 확인하는 방법이다.

    이러한 음향탐사방법은 음향의 파장이 길기 때문에 매우 제한된 분해 능력을 갖는 단점이 있다. 따라서, 퇴적층의 경우 해저 퇴적물이나 암반에 구멍을 뚫어 시료를 분석하는 방법을 동시에 이용한다.

    천부지층 분포도

    해저층이 딱딱한 돌이나 암반 등으로 구성되어 있는 경우에는 드렛지(dredge) 또는 잠수정의 채집팔을 활용하고, 표층 퇴적물을 채집할 경우에는 굴착기 삽 부분이 서로 마주보는 형태를 가지고 있는 채집기(grab)를 이용하거나 선박에서 중력을 이용하여 원통관을 해저 퇴적층을 뚫고 들어가게 한 후, 원통관을 회수하는 피스톤코어 등을 이용한다. 또한 어느 지점에서 지구와의 인력 크기는 해양지각의 구성 물질에 다르게 나타나므로 중력을 측정함으로써 해양지각의 공간적 변화특성을 파악할 수 있으며, 바다의 암석과 퇴적층의 상대적 연령을 알기 위해 지자기를 측정하는 조사를 시행한다.

담당
운영지원과 해양정보화 서대현
전화번호
051-400-4374

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