d라이브러리

안녕, 친구들! 난 전설적인 캐리비안의 해적, 잭 스패로우 선장이야!
그런데 해적인 내가 ‘어린이과학동아’에 웬일이냐고? 지금 나와 함께 바다로 탐험을 떠날 어린이선원을 모집하고 있거든. 내가 그동안엔 바다에서 보물만 찾으러 다녔지만, 이젠 바다 곳곳을 자세히 살피기로 마음먹었지! 자~, 그럼 나와 함께 바다로 떠날 친구들은 어서 배 위로 라타라고~!

모두가 바다를 주목하고 있다!

어디 보자…. 제법 많은 친구들이 배 위에 올라탔군! 모두들 보기보다 용감한 걸? 그럼 지금부터 모험을 시작하자! 닻을 올려라~!
이쯤에서 왜 내가 금은보화 찾는 일을 그만 두고 바다를 살펴야겠다고 하는지 궁금한 친구들이 있을 거야. 나는 바닷물의 흐름인 해류, 해양 생물, 바다 속 땅, 바닷물의 정보 등을 관측하려고 해. 이걸 ‘해양관측’이라고 하지. 후훗! 보기보다 내가 좀 똑똑하지?
최근 해양관측 분야가 더욱 중요해지고 있어. 왜 그런지는 이 신문기사들을 보면서 얘기하자고.

해양 희귀 생물종 발견

최근 해양생물학자 알렉산더 세멘노브 박사가 북극에 사는 독특한 생물들의 사진을 공개했다. 세멘노브 박사가 공개한 생물은 핑크색 골격을 가진 새우, 날개가 달린 것처럼 생긴 민달팽이, 억센 털을 가진 바다벌레 등 다양하다.
과학자들은 지구상에 최대 1억 종의 동식물이 살고 있을 것으로 보고 있다. 하지만 지금까지 알려진 것은 약 150만 종. 특히 바다에는 알려지지 않은 생물종이 더욱 많기 때문에 생물학자들은 모두 바다를 주목하고 있다.

통신해양기상위성 ‘천리안’ 첫 임무 돌입!

4월부터 천리안이 본격적인 관측 활동을 시작했다. 천리안은 2010년 6월 발사된 우리나라 통신해양기상위성으로, 세계 최초로 통신, 해양, 기상 임무를 모두 수행할 수 있다. 천리안 위성은 바다를 자세하게 관측할 수 있다는 점에서 특별하다. 해수면의 온도 변화, 바닷물의 흐름뿐 아니라 바다의 오염물질, 식물성 플라크톤, 적조 등의 위치를 모두 관측한다.
 
일본 방사능 오염해수가 우리나라로?

3월에 일어난 일본 대지진은 원전 폭발까지 발생해 더욱 문제가 커지고 있다. 누출된 방사성 물질이 바다로 흘러들어 해류를 타고 전세계로 퍼질 수 있기 때문이다. 특히 여름철 남태평양에서 태풍이 생기면 방사능 오염해수가 일본 남해연안을 따라 우리나라로 직접 흘러들어올 가능성이 있다. 따라서 바다를 주의 깊게 관찰해야 한다.
 
‘독도 지킴이’ 동해 종합해양관측기지

동해 종합해양관측기지 건설이 5월에 시작될 예정이다. 해양관측기지가 생기면 동해 환경을 더 잘 감시할 수 있으며, 지진과 쓰나미를 신속하게 관측할 수 있을 것으로 기대된다. 일본이 독도를 자신들의 땅이라고 주장하는 상황에서 해양관측기지의 건설은 우리 땅을 적극적으로 지키는 의미도 가지고 있다.

우주만큼 탐험하기 어려운 바다

전세계가 바다의 변화를 주목할 만큼 갈수록 바다의 중요성이 커지고 있어요. 하지만 우리 곁에 가까이 있는 바다도 알고 보면 머나먼 우주만큼 다가가기 어려운 곳이랍니다. 바다 속은 수심 10m씩 내려갈 때마다 압력이 1기압씩 높아져요. 즉, 평균 수심인 1000m의 바다에 가면, 손톱 위에 100㎏의 역기를 올려놓은 것과 같은 압력이 가해진답니다. 또한 수심이 깊은 바다는 햇빛이 물을 통과하지 못해 매우 컴컴하죠. 이 때문에 바다를 관측하고 탐사하기 위해서는 과학 기술의 발달이 반드시 필요해요.

어때? 이제 바다를 잘 관측하고 아는 것이 무엇보다 중요하다는 걸 알았겠지? 그럼 지금부터 본격적인 해양관측을 시작해 보자!

바다를 보면 기후 가 보인다!

잠깐! 그런데 갑자기 주위 온도가 높아진 것 같은데…. 흠…, 그렇다면 이제 곧 육지의 날씨에도 변화가 오겠군. 무슨 소리냐고? 바다도 대기처럼 따듯한 물과 차가운 물이 흐르는 길이 있는데, 이를 ‘해류’라고 해. 이런 해류를 보면 지구 전체의 기후 변화를 알 수 있단다. 마침 저기 바다 위의 기상캐스터 니모가 온다!
“안녕? 난 바다를 관찰해서 날씨를 알아맞히는 기상캐스터, 니모라고 해. 바다랑 날씨가 무슨 상관이냐고? 잘 봐. 지금부터 내가 설명해 줄게!”

바다를 보면 날씨가 보인다!

육지에 있는 공기와 바닷물은 열을 흡수하는 정도가 각각 달라요. 그래서 육지와 바다는 늘 온도 차이가 나지요. 이런 온도의 차이는 공기를 움직이게 하는데, 이런 변화가 바로 날씨에 영향을 준답니다. 따라서 날씨를 예측하기 위해서는 바다의 변화를 잘 관찰해야 해요. 공기는 차가우면 밀도가 커져서 아래로 가라앉아요. 가라앉은 공기들은 주변으로 흩어지면서 공기의 흐름이 생기는데, 이것이 바람이죠. 그래서 여름에는 천천히 더워지는 바다에서 대륙 쪽으로 바람이 불고, 겨울에는 빨리 차가워진 육지에서 바다 쪽으로 바람이 불어요. 또한 비와 눈이 내리는 것도 바닷물이 증발해 구름을 만들기 때문이랍니다.
주로 6~9월인 여름에 생기는 태풍도 바다의 에너지로 만들어져요. 태풍은 바닷물 표면의 온도가 25℃ 이상이고, 주변 공기의 온도가 바닷물보다 조금 낮을 경우에 바닷물이 많이 증발하면서 생기거든요.

태풍이 육지로 오게 되면 많은 피해가 발생하기 때문에 위성이나 뜰개와 같은 장비로 늘 바다의 움직임을 주시하지요. 특히 올해는 후쿠시마 원전의 방사성물질이 여름이 되면 태풍을 타고 우리나라로 올 가능성도 있기 때문에 더 주의 깊게 살피고 있답니다.
정준석 (기상청 기후과학국 기후예측과 과장)

바다를 보고 어떻게 날씨를 예측할까?

바다의 변화로 날씨를 예측하기 위해서는 다양한 관측 기기가 필요해요. 우선 인공위성은 카메라를 통해 지구 전체 바다의 변화를 관측해요. 그리고 조사선과 항공기, 뜰개는 직접 바다에서 수온, 염분 등의 자세한 정보를 알아 내죠. 기상예보관은 이렇게 관측한 자료와 날씨 변화에 영향을 주는 다른 요인들을 함께 고려해서 기상예보를 한답니다.

조사선

해양관측장비를 싣고 해양조사를 실시하는 배. 배 위에서 직접 실험이 가능하도록 따로 연구실이 마련돼 있다. 쇄빙연구선인 아라온호, 심해를 조사하는 잠수조사선 등 목적에 따라 종류가 다양하다.

항공기

태풍이 많은 지역과 같이 배로 나가기 어려운 지역은 항공기에 장비를 싣고 해양관측을 실시한다.

해양관측소

파랑, 해일 등을 관측하는 곳으로 해안가에서 멀리 떨어진 곳에 설치돼 있다.
 
뜰개(부이)

바다 위에 떠서 풍향, 풍속, 기온, 기압 등을 관측한다. 추가 달린 쇠줄에 연결되어 있으며, 바다 밑 땅에 고정돼 있다.

천리안 위성

천리안은 가로, 세로 길이 500m의 구간을 지도상에 한 점으로 표시해, 해양 생물 분포와 바닷물의 온도, 엘니뇨, 라니냐, 적조 등의 해양 환경
변화 등을 하루 8번 감지한다. 천리안이 관측한 정보는 한국해양연구원, 국립해양조사원, 기상청 등으로 보내져 바로 확인할 수 있다.

아르고(ARGO)

수온, 염분 등을 관측하는 기능을 가진 장비이다. 일정 수심까지 들어가면 해류를 따라 흐르다가 10일마다 수면 위로 올라온다. 이 때 관측한 정보를 위성을 통해 무선통신으로 보낸다.
조위관측소

전국 주요 항만과 섬에 있는 해양관측시설물로, 해수면 높이나 수온 등을 관측한다.

바다를 보면 생명 이 보인다!

바닷물의 흐름이 날씨와 관련이 있다니, 정말 놀랍지! 뭐? 말하는 니모가 더 신기하다고? 생물에 관심이 많은 친구라면 알겠지만 바다에는 놀랍고 신기한 생물들이 많이 살고 있어. 과학자들도 바다생물에 많은 관심을 갖고 연구하고 있지. 마침 저기 해양 생물을 채집하는 배가 보이는군. 그럼 이렇게 바다 위에서 말할 것이 아니라, 직접 심해로 내려가 보자! 잠수정으로 변신!

바다는 생물자원의 보물창고!

바다에는 우리가 아직 발견하지 못한 생물이 육지보다 훨씬 많아요. 수심 2000m 이상의 빛조차 들어오지 않는 심해에서도 꿋꿋이 살아가는 심해생물들도 있지요. 이런 해양생물의 특별한 능력은 새로운 의약품이나 바이오 에너지를 만드는 데 중요한 정보가 돼요. 실제로 우리나라 조사선 온누리호가 발견한 미생물인 ‘써모코커스 온누리누스’는 수소를 많이 배출하는 특징을 가지고 있어, 차세대 친환경 에너지원으로 각광받고 있답니다.
이처럼 우리에게 해양생물은 갈수록 더 중요한 자원이 되고 있어요. 그래서 전세계 많은 과학자들은 바다로 나가 새로운 생물종을 찾기 위해 노력하고 있답니다.

바다생물, 어떻게 조사할까?

바다생물을 관측하고 채집하기 위해서는 사람이 직접 바다로 들어가기도 해요. 하지만 심해에는 수압이 강하기 때문에 수중카메라, 무인잠수정 등의 다양한 장비를 이용한답니다.

그물

배에 매달아 한꺼번에 많은 생물을 잡아 올릴 때 쓴다. 생물의 몸집에 따라 그물의 촘촘한 정도가 정해진다.

수중카메라

생물을 직접 잡지 않고 녹화된 영상으로 생물을 관측할 수 있다.

그랩

조개와 같이 바다 밑에 사는 생물을 채집하는 장비로, 집게 모양의 통이 열린 채로 들어가 퇴적물과 생물을 함께 집은 뒤 입구를 닫아 끌어올린다.
 
스쿠버다이빙

사람이 직접 바다로 들어가 생물을 채집하고 관찰한다.

무인잠수정

사람이 들어갈 수 없는 깊은 바다에는 무인탐사선을 넣어 생물을 영상으로 찍기도 하고, 로봇 팔로 직접 채집도 한다.

바다를 보면 지구 역사 가 보인다!

바다 속에 들어오니 신기한 생물들이 많지? 나도 신종 생물을 찾아 볼까….
“두두 두두두~~!”
엥? 이게 무슨 소리지? 옆에 있는 망원경 좀 줘봐. 흐음…, 드릴 같이 생긴 게 바다 밑에 있는 땅을 뚫고 있는데? 아~, 해양 지각을 뚫는다는 그
과학자들이로군!
과학자들이 해양 지각을 뚫어서 맨틀의 샘플을 채취하겠다고 하더라고. 지구의 구조와 역사를 알아 내겠다는 거지. 과연…, 성공할 수 있을까?

태평양 지각을 뚫어라!

지구 내부 구조 역시 지진파 자료를 분석해 지각, 맨틀, 외핵, 내핵으로 이루어져 있다고 추측할 뿐, 아직 누구도 직접 확인하지 못했어요. 이 때문에 많은 과학자들은 해양지각을 뚫어 지구의 역사와 구조를 알기 위한 시도를 하고 있어요. 올해 4월 초, 유럽의 지구과학자들도 이번 봄 안에 태평양 아래의 지각을 뚫고 맨틀을 채취하겠다는 계획을 밝혔지요.
그런데 왜 하필이면 해양지각을 뚫을까요? 그건 대륙지각에 비해 해양지각의 두께가 얇기 때문이에요. 가장 얇은 해양지각의 두께는 6㎞로, 평균 두께 35㎞인 대륙지각의 6분의 1밖에 되지 않거든요. 이런 이유로 현재 탐사 지역으로 가장 유력한 곳은 하와이, 캘리포니아 바하, 코스타리카예요. 한편, 일본 해양연구개발기구에서는 2007년부터 해양시추선 ‘지큐호’를 이용해 맨틀을 채취하기 위한 탐사를 하고 있어요. 우리나라를 비롯해 전세계 27명의 과학자가 참여하고 있답니다.

초음파를 이용해 해저지형을 관측하는 방법

초음파를 이용하는 다중빔 탐사장비는 한번에 넓은 지역을 조사할 수 있다.
더 짧은 시간에 단일빔보다 더욱 정밀한 해저지형도를 만들 수 있다.
 

이제 바다 속 지형도 3D로 본다!

바다 속에는 땅이 새로 생기는 곳도 있고, 반대로 없어지는 곳도 있어요. 과학자들은 이런 해양 지각의 모습과 변화를 알 수 있는 지도인 해저지형도를 만들고 있지요. 해저지형도는 육상의 지형도처럼 수심이 숫자로 표기된 바다 속 땅의 모습을 나타내는 지도예요.(왼쪽 사진) 해양 탐사가 시작된 초기에는 해저지형도를 만들기 위해 납으로 만든 추를 긴 실에 매달아 직접 수심을 재고 기록했어요. 그러다 20세기에 들어
소리의 파동인 음파가 물속에서 잘 전달된다는 사실이 알려져, 음파를 이용해 수심을 측정하기 시작했답니다. 1초에 1500m를 움직이는 초음파를 바다 밑으로 발사한 후, 해양지각에 반사돼 돌아오기까지의 시간을 측정하면 그 지점의 수심이 계산되겠지요? 요즘에는 관측방법의 발달로 더욱 정밀한 해저지형도를 3D로 생생하게 볼 수 있답니다.
 
바다를 보면 자원 이 보인다!

해양 지각에 이렇게 많은 비밀이 숨겨져 있었다니, 정말 놀랍지? 그런데 더 놀라운 사실이 있어! 지금 너희들이 있는 이 바다 밑에 진짜 금은보화가 있다는 사실!
깊은 바다 밑에는 우리에게 유용한 금속인 금, 은, 구리, 망간 등이 들어 있는 심해저 자원이 묻혀 있거든! 그럼 지금부터는 바닷속 보물을 찾으러 가 볼까?

어두컴컴한 바다 밑에서 보물찾기!

바다 위에 떠 있는 조사선에서 심해의 자원을 개발하는 것은 하늘을 날고 있는 비행기에서 땅에 있는 보물을 찾는 것과 비슷해요. 배와 비행기의 크기가 비슷할 뿐 아니라, 국내선 비행기가 나는 고도와 바다 표면에서 심해저 자원이 있는 곳의 수심이 거의 비슷한 높이거든요.
게다가 바다에는 해류와 수압이 있고 캄캄해서 눈으로 보이지도 않으니, 해저자원 개발이 얼마나 어려운 것인지 짐작이 가죠?
하지만 바다 속에는 수많은 자원이 묻혀있기 때문에 전세계 과학자들이 끊임없이 관측하고 또 개발하고 있어요. 특히 석유를 채취하기 위해 바다 지각 밑에 구멍을 뚫는 시추 기술이 점차 발달하면서 점점 깊은 곳에서 자원을 개발할 수 있는 길이 열리고 있답니다.

로봇 집광기

사람이 들어갈 수 없는 깊은 바다에서 심해저 자원을 캐기 위해서는 로봇 집광기가 반드시 필요하다. 탱크와 같은 모양을 한 로봇 집광기는 미리 설계된 경로를 돌아다니며 바닥에 있는 광물을 빨아들여 채집한다. 그리고 이것을 잘게 부수어 관을 통해 배로 옮긴다.

바다에서 어떻게 자원을 찾을까?

"심해자원을 찾는 과정은 생각보다 길고 어려워요. 우선 음향측심기를 이용해 해저지형을 확인하고 자원이 있을 만한 곳을 찾아요. 그 다음, 그 위치에 시료채취기를 넣어서 물, 암석, 퇴적물을 채집해 성분을 분석하죠. 성분을 분석한 결과 우리에게 유용한 광물이 발견되면 수중카메라를 내려 자원이 많은 곳이 어딘지 둘러봐요. 그리고 그 곳에 로봇 집광기를 넣어서 광물을 채집해요. 이렇게 채취한 광물을 제련소에서 녹이면 우리가 필요한 금속들을 얻을 수 있어요. 최근 전세계에서 많이 찾는 해양 자원으로는 망간단괴, 망간각, 해저열수광상 등이 있답니다"
문재운 (한국해양연구원 심해·해저자원연구부 박사)


심해의 검은 황금, 망간단괴

망간단괴는 바닷물에 녹아 있는 금속 성분이 5000m 깊이의 바닥에 가라앉아 생긴 광물 덩어리를 말해요. 보통 지름 3~10㎝의 감자처럼 동그란 모양을 하고 있지요. 망간단괴에는 망간, 니켈, 구리, 코발트 등 다양한 산업의 필수 소재로 쓰이는 금속이 들어 있어요. 이 때문에 ‘심해의
검은 황금’이라고 불린답니다.
 
바다 속 화산, 해저열수광상

열수광상은 화산 활동이 활발한 곳에서 해저 지각의 틈새를 따라 들어간 바닷물로 인해 만들어져요. 해저로 스며든 바닷물은 마그마의 열에 의해 섭씨 약 400℃로 뜨거워져 금속들을 녹이고, 이와 함께 섞여 ‘광액’이 돼요. 이런 광액이 점차 많이 모이면 압력이 높아져 약해진 지각을 뚫고 위로 상승하죠. 이 때 무거운 금속이 바닥에 가라앉아 해저열수광상이 만들어진답니다.
 
해저의 아스팔트, 망간각

망간각은 코발트, 니켈, 구리 등 망간단괴와 비슷한 금속으로 이루어진 광물이에요. 주로 수심 1000~3000m에 많이 있지요. 망간각의 단면은 만들어진 환경에 따라 조금씩 다른 모습을 하고 있어요. 1㎝도 되지 않는 얇은 층이 100만년 바다의 역사를 담고 있는 거랍니다.
 
해양관측기지에 가다!

다시 바다 위로 올라와 해류를 따라서 항해하다 보니 벌써 대한민국 동해까지 왔군. 저기 이번 해양관측의 마지막 종착지인 독도가 보여! 갑자기 독도에는 왜 온 거냐고? 아까 본 신문기사 기억 안 나? 내년이면 독도 바다에 동해 종합해양관측기지가 건설되잖아. 이 기지가 생기면
동해 환경을 감시할 뿐 아니라, 한국으로 오는 지진이나 쓰나미 등을 더욱 신속하게 관측할 수 있단다. 자~, 그럼 지금부터 해양관측기지에 대해 알아볼까?

해양과학기지는 무슨 일을 하는 곳일까?

해양과학기지는 해양 및 기상예보, 어장예보, 지구환경문제, 해상교통안전 등에 필요한 정보를 실시간으로 수집하고 제공하기 위해 만든 구조물이에요. 무인으로 운영되는 기지에는 다양한 관측 기기와 전력을 공급하기 위한 태양광·풍력발전장치, 헬리콥터 이·착륙장 등이 있어요.
해양과학기지에서 관측한 수온, 염분, 파도의 최고 높이, 바닷물 속도 등의 정보는 10분마다 한 번씩 위성 통신을 이용해 국립해양조사원으로 보내져요. 이 때문에 우리는 컴퓨터 앞에 앉아서 시시때때로 변하는 바다의 정보를 손쉽게 알 수 있어요.
우리나라는 현재 이어도와 가거초에 해양과학기지가 있으며, 앞으로 독도와 백령도에도 추가로 건설할 예정이랍니다.

독도 동해 종합해양과학기지

이어도에 있는 기지보다 2배 이상의 규모로 세워지는 동해 종합해양과학기지가 완공되면 동해를 통해 오는 지진이나 쓰나미 등을 정확하게 관측할 수 있다. 우리 땅인 독도 주변의 바다 정보를 더욱 자세히 알 수 있어, 해양심층수와 천연가스 하이드레이트 등의 자원을 개발하는 데도 많은 도움이 된다.

위치 동해에 있는 독도의 북서쪽 해상
설치 시점 2012년 완공 예정
규모 높이 88m(수중 50m, 수상 38m), 면적 약 2700㎡

이어도 종합해양과학기지

위치 제주도 남서쪽 바다에 위치한 이어도
설치 시점 2003년 완공
규모 높이 76m(수중 40m, 수상 36m), 면적 약 1300㎡

우리나라에 오는 태풍의 대부분은 이어도를 통과해 와요. 이어도 종합해양과학기지는 2004년 여름에 연속해서 온 태풍 4개의 정보를 실시간으로 기상청에 제공했지요. 덕분에 태풍 피해를 줄일 수 있었답니다
심재설 (한국해양연구원 기후연안 재해연구부 연구원)

‘어린이과학동아’ 친구들! 나와 함께한 해양관측은 재미있었나? 이제 바다를 관측하고 탐사하고 연구하는 일이 얼마나 중요한지 모두 잘 알
았겠지? 나는 이제부터 해적 말고, 해양관측학자가 되려고 해. 그 중에도 해저열수광상을 개발하는 일을 할까 하는데…. 뭐라고? 아직도 보물 욕심을 버리지 못했다고? 힛! 들켰다! 어쨌든 해양관측도 하고 보물도 찾고 싶은 친구는 다시 배 위로 올라타라고~!

특집 한걸음 더

ARGO (Array for Real-time Geostrophic Oceanography)

2000년에 시작된 ‘아르고(ARGO)’는 전지구의 해양 정보와 기후 변화 등을 관측하기 위한 국제공동프로그램이에요. 현재 전세계 바다에 약 3200개 탐사 장비가 해류를 따라 흐르며 실시간으로 해류, 수온, 염분 등의 해양 정보를 수집하고 있지요. 이 중 우리나라는 110여 개를 직접 운영하고 있답니다.

아르고 장비가 태풍을 감시한다!

앞서 말했듯이 태풍은 바다에서 생겨나요. 아르고 장비로 바다의 층별 수온과 염분 등을 관측하면 어디서, 또 얼마큼 큰 태풍이 생길 수 있는지 예측할 수 있어요. 태풍이 일어나면 강한 바람 때문에 바다 표층의 따뜻한 물과 심층의 차가운 물이 뒤섞여요. 태풍이 생길 무렵에 아르고
장비가 수집한 바다의 정보를 분석한 결과, 평소보다 혼합층의 수온이 평균 1℃ 정도 내려갔다고 해요. 평소 혼합층의 수온은 거의 변화가 없기 때문에 1℃의 변화도 엄청난 것이랍니다.