해안에서 해수면을 관찰하고 있으면 때와 장소에 따라 약간의 차이는있으나 거의 하루에 두번 꼴로 오르고 내림(승강)을 되풀이하고 있음을 알수있다. 이런 주기적인 해면의 상하운동을 조석(潮汐ㆍebb and flowㆍ간만에 의하여 일어나는 바다물의 운동)이라한다. 조석도 파장이 대단하긴, 수면을 따라 전해지는 파도의 일종이다.
■해수를 교환시키는 조석
조석과 동반하는 해수의 유동을 조류(潮流ㆍtide. 조석에의한 바다물의 흐름)라 한다. 조류는 조수가 차고 빠짐에 따라 방향을 바꾸어 해수는 단지 왕복운동을 하고있는것 뿐인것처럼 보인다. 그러나 실제로는 조석에 의한 물의 왕복운동은 해수속의 물질의 확산이나 해협을 통한 해수의 교환에 큰 역할을 하고있다.
그림 a~e 는 조류에 의해 일어나는 해협을 통한 해수 교환현상을 수치실험으로 나타낸것이다. 해협을끼고 남북의 수위차가 커지고 북을 향하는 조류가 최대치가 되었을 시각에 해협의 가장 좁은 곳을 경계로 북쪽 물에 빨강, 남쪽 물에 파랑색을 써보았다(그림a). 약 3시간뒤 조석주기의 4분의1의 시간이 지나 북쪽 흐름이 거의 멈췄을때의 상태를 살펴보면 (그림b)상당량의 파란 물이 해협 북쪽에 옮겨져 있음을 알수있다.그러나 단순히 빨강과 파란 수괴의 경계선이 북쪽으로 움직이는것이 아니고 커다란 소용돌이를 동반하면서 두종류의 물이 차지한 영역이 복잡하게 섞이는 모양이된다. (이 수치계산에서 볼수있는것은 대규모의 소용돌이를 포함한 흐름으로 잔잔한 소용돌이까지 재현되어 있는것은 아니다)
그림c는 6시간뒤 남쪽 흐름이 좀 더 강해졌을때, 그림d는 9시간뒤에 남쪽흐름이 멈췄을 때, 그리고 그림e는 약 12시간뒤 조석의 1주기가 끝났을때의 상태다. 최초의 그림a와 비교하면 알수있듯이 1주기뒤에 물은 원래의 위치로 돌아가는 것이아니고 조석운동에 의해 해협의 양쪽 물이 교환 되어 있음을 알수있다.
■기조력(起潮力)의 원리
조석은 달이나 태양의 인력에 의해 일어난다고 흔히 말하지만 그것은 옳지 않다. 조석을 일으키는 힘,기조력에는 그런 천체의 인력이 관여되어 있기는하나 공전운동에 의해 생기는 원심력과의 균형이 중요하다.
달과 지구는 그 공통의 중심(重心)G둘레를 약 27일 주기로 공전하고있다. 이 공통의 중심은 지구의 질량이 달의 그것에 비해 훨씬 크기 때문에 지구의 중심에서 달을 향해 지구 반경의 약4분의 3의 곳에 있다. 이 공통 중심둘레의 공전 원운동에 의해 생기는 원심력은 바로 지구의 중심(中心ㆍ지구만을 생각했을 때의 重心)되는 곳에서 달의 인력과 균형을 이루고 있다. 따라서 달과 지구의 상대거리는 일정하게 유지되는 것이다.
이 공전운동과 동반하는 원심력의 크기는 지구 중심 둘레의 자전운동 성질은 관계하지 않으므로 지구의 중심에서도, 지표의 어느 위치에서도 같은 크기와 같은 방향을 지니고있다.
이와는 달리 달의 인력은 달과 가까운, 달과 마주한 지표에서는 중심 위치에서 역할하는 인력보다 크고 달 반대쪽의, 뒤쪽 지표에서는 중심보다 작아진다.
그 때문에 달과 마주한 지표에서는 달의 인력이 공전의 원심력을 이겨내 해수가 달쪽에 끌려간다. 또 달과 마주하지 않은 뒤쪽에서는 역으로 원심력이 이겨 해수를 달에서 먼 쪽으로 밀어붙여버리게 된다. 결과적으로 해면은 달과 마주한 지표와 반대쪽지표의 두곳에서 부풀고 그 중간의 곳에서는 상대적으로 줄어들게된다.
지구상의 한 점에 있으면 지구의 자전에 따라 하루 한번씩 양쪽의 부풀음을 통과하므로 하루 사이에 만조와 간조가 각각 2회씩 일어나게된다
이처럼 기조력은 천체의 인력 보다는 인력의 장소에의한 차가 본질적으로 영향을 미치는 것이다. 이때문에 기조력의 크기는 인력의 크기가 천체까지의 거리의 2승에 반비례하는 것과는 달리 천체까지의 거리의 3승에 반비례한다. 그 때문에 지구상에서 받는 태양의 인력은 달의 인력의 약 1백80배나 크나 기조력에 있어서는 거꾸로 달의 기조력이 태양의 기조력보다 2배넘게 커진다.
대조(大潮ㆍflood tide)와 小潮(neap tide)
지구상에 기조력이 일게 하는 천체는 달과 해이지만 그림처럼 신월(新月ㆍnew moonㆍ초승달)과 만월(滿月ㆍfull moonㆍ보름달)일때는 태양과 지구와 달이 거의 일직선상에 있게되므로 달과 태양의 기조력이 서로 강하게 합쳐 간만의 차가 최대로커지는 대조가 된다.이와달리 상현(上弦)과 하현(下弦)일때는 지구에서 본 태양과 달의 방향이 90도 달라지게되어 달과 태양의 기조력이 서로약하게 작용하여 간만의차가 작은소조가 된다.
일조불균등(日潮下均等)
조석은 약 반 날의 주기로 간만이 일어나지만 서로 이어지는 두 만조 또는 간조의 수위가 다른 경우가 많으며 장소에 따라서는 반날이 아니라 약 하루의 주기로 간만이생긴다. 이러한 현상을 일조불균등이라한다.
일조불균등이 생기는 원인의 하나는 기조력에 의해 수면이 부푸는 타원체에 비해 지구의 자전축이 기울어 있기 때문이다. 그림에서처럼 적도상을 빼고 어느 지점에 서서보았을때 자전과 함께 한쪽의 부풀음에 대해서는 그 중심부근을 통하지만 다른한쪽의 부풀음에 따라서는 그 가장자리를 통하게되어 만조의 수위에 큰 차가 생긴다.
일조불균등의 원인으로는 이밖에도 달과 태양의 기조력의 위치상태, 해저의지형과 만의형상에 따른 파도의 변형이나 공명현상등이 얽혀있다.
세계 최대의 조석
세계최대의 조차는 캐나다의 파운디만으로 만 깊숙이의 마이너스 베이신에서 16.1m에 이른다. 지표가 전부 깊은바다로 덮여있을때 달이나 태양의 기조력이 만드는 조석파의 파고(조차)는 대조 일때도 78㎝밖에 되지 않는다. 파운디만에서 큰 조차가 생기는것은 그 만(또는 주변의 바다나 대륙붕을 포함하여)의물의 고유진동주기가 외부의 힘인 조기력의 주기에 가까와 공명현상을 일으키고 있기 때문이다.
타이달 보아-밀어붙이는 물벽
조차가 큰 해역에 얕은 바다가 길고 입구가 나팔처럼 벌어져있는 만이 있으면 만조일때 조석파의 선두부분이 깎아세운 벽같은 모양이 되어 밀어닥치는수가 있다. 이런 현상을 타이달 보아(tidal boa)라한다. 보아는 충격파의 일종으로 부서지는 파도와 물벽이 파도하나 없는 수역에 밀려들어오는 것이다.
중공의 전당강(錢塘江)을 거슬러올라가는 보아와 브라질의 아마존강을 거슬러 올라가는 보아(그곳에서는 포로로카라 부른다)가 특히 유명하다. 전당강 하구부근의 해령현 임강 부근에서 거슬러 올라가는 보아는 대조 때 관람대에 많은 외국관광객이 몰려 구경하기도 한다.
사진은 거슬러 오는 보아를 뒤쪽에서 찍은것으로 파도하나없는 수면에 보아가 진행하는 모양과 특히 뒤쪽에서 거꾸로 파도가 일어 여러 단의 부서지는 파도와 동반하고 있음을 볼수 있다.
