바닷물이 지구를 한 바퀴 도는 데 걸리는 천 년, 열염순환

열염순환은 바닷물의 온도와 염분 차이로 생기는 밀도 차이 때문에 일어나는 깊은 바다의 대규모 흐름이다. 차갑고 짠 물은 무거워 가라앉고, 따뜻하고 덜 짠 물은 가벼워 위로 떠오른다. 이 단순한 원리가 전 지구 바다를 잇는 거대한 순환을 만들어, 흔히 해양 컨베이어 벨트라고 불린다. 바닷물 한 덩어리가 이 순환을 따라 지구를 한 바퀴 도는 데는 대략 천 년이 걸리는 것으로 추정된다.

바람이 만드는 해류와 무엇이 다른가

바다의 흐름은 크게 두 종류로 나눌 수 있다. 표층 해류는 주로 바람이 바다 표면을 밀어서 생긴다. 쿠로시오 해류나 멕시코 만류처럼 이름이 널리 알려진 해류가 여기에 속하며, 대개 수심 수백 미터 이내에서 비교적 빠르게 흐른다. 반면 열염순환은 바람이 닿지 않는 수천 미터 깊이의 바다를 움직이고, 속도는 매우 느리지만 옮기는 물의 양은 엄청나다.

구분	표층 해류	열염순환
원동력	바람	온도·염분에 따른 밀도 차
깊이	표면~수백 m	심해 수천 m까지
속도	비교적 빠름	매우 느림
순환 시간	수년 단위	수백~천 년 단위

바닷물이 가라앉는 장소

열염순환의 출발점은 극지방 가까운 바다다. 북대서양의 그린란드와 노르웨이 사이 바다에서는 겨울에 바닷물이 매우 차가워진다. 게다가 바닷물이 얼어 해빙이 될 때는 소금이 빠져나가 주변의 남은 물이 더 짜진다. 차갑고 짠 물은 밀도가 커서 깊은 바다로 가라앉고, 이 물이 해저를 따라 남쪽으로 천천히 흘러간다. 남극 주변 바다에서도 비슷한 방식으로 매우 무거운 물이 만들어져 바닥으로 깔린다.

가라앉은 물은 대서양 바닥을 따라 남하한 뒤 남극 주변을 돌아 인도양과 태평양으로 퍼진다. 그곳에서 오랜 시간에 걸쳐 조금씩 데워지고 섞이며 다시 위로 올라오고, 표층 해류를 타고 대서양으로 돌아와 순환을 마무리한다. 깊은 바다로 내려간 물이 다시 해수면을 보기까지 수백 년이 걸리는 셈이다.

유럽이 위도에 비해 따뜻한 이유

열염순환은 지구의 열을 재분배하는 중요한 통로다. 적도 부근에서 데워진 바닷물이 표층을 따라 북대서양까지 올라가면서 많은 열을 대기로 내놓는다. 서유럽이 비슷한 위도의 캐나다 동부보다 겨울이 훨씬 온화한 데에는 이렇게 북쪽으로 실려 오는 따뜻한 물의 역할이 크다고 여겨진다. 바다는 대기보다 열을 훨씬 많이 저장할 수 있어서, 해류가 바뀌면 넓은 지역의 기후가 함께 달라질 수 있다.

열뿐 아니라 이산화탄소와 산소, 영양분도 이 순환을 따라 이동한다. 표층에서 녹아든 이산화탄소가 무거운 물과 함께 깊은 바다로 내려가면 수백 년 동안 대기와 떨어져 갇히게 된다. 깊은 바다에서 다시 올라오는 물은 영양분이 풍부해 그 지역에 풍성한 어장을 만들기도 한다.

순환이 느려지면 무슨 일이 생기나

과학자들이 열염순환을 주목하는 이유는 이 흐름이 생각보다 예민할 수 있기 때문이다. 기후가 따뜻해지면 그린란드의 빙하가 녹아 북대서양에 민물이 많이 흘러든다. 민물이 섞이면 바닷물이 덜 짜지고 가벼워져, 가라앉는 힘이 약해진다. 그러면 순환 전체가 느려질 수 있다.

지질 기록을 보면 과거에 이 순환이 갑자기 약해지며 북반구의 기온이 짧은 기간에 크게 출렁인 흔적이 있다. 그래서 현재의 대서양 순환이 얼마나 약해지고 있는지, 어느 지점에서 급격한 변화가 일어날 수 있는지를 두고 활발한 연구가 진행되고 있다. 다만 변화의 속도와 시점은 아직 불확실성이 크다.

보이지 않는 흐름을 재는 방법

깊은 바다의 느린 흐름은 직접 보기 어렵다. 과학자들은 바다 곳곳에 떠다니며 수심별 온도와 염분을 재는 자동 관측 장비를 띄우고, 대서양을 가로질러 해저에 계측기를 줄지어 설치해 흐름의 양을 잰다. 바닷물 속에 녹아 있는 특정 화학 물질의 농도를 추적해, 그 물이 언제 표면을 떠났는지 거꾸로 계산하기도 한다. 천 년짜리 순환을 이해하려면 이렇게 수십 년 동안 꾸준히 쌓은 관측이 필요하다.