츄 사이언스 - 조석을 일으키는 힘, 기조력

조석 현상과 조류

1. 조석

해수가 규칙적으로 승강하는 현상을 조석이라고 합니다. 모든 해안에서 수면은 하루에 2회씩(반일주, semi diurnal) 또는 1회씩(일주, diurnal) 주기적으로 승강하며, 이에 따라서 해수가 움직이고 있습니다. 조석의 작용으로 해면이 최고가 되었을 때를 만조(high water)라 하고, 최저가 되었을 때를 간조(low water)라고 합니다. 만조로부터 다음 만조까지를 또는 간조로부터 다음 간조까지의 시간을 조석의 주기라 합니다. 이는 약 12시간 25분의 주기로 나타나고 있습니다. 즉 24시간 50분만에 반일주 조석에서는 2회의 만조와 2회의 간조가 일어나게 되고, 일주의 조석에서는 1회의 만조와 1회의 간조가 나타납니다. 이것은 달의 시운동과 관련이 있는데, 달은 지구 주위를 1회전 하는데 평균 24시간 50분이 걸린다는 의미이기도 합니다. 만조와 다음 간조 때의 해면의 높이 차를 조차(tidal)라 합니다. 조차는 매일 변하는데, 특히 달의 공전과 관련이 있습니다. 달과 관련된 조차의 부등 중 가장 중요한 것들을 살펴보겠습니다.

대조와 소조

삭망 후 1~2일에 나타나며 최대의 조차가 나타나는 조석을 대조(spring tide)라고 합니다. 삭망 후 대조까지의 시간을 조령(age of tide / phase age)이라고 합니다. 조차의 최소는 상현, 하현 후 1~2일에 일어나게 되는데, 이를 소조(neap tide) 또는 조금이라고 합니다. 소조 때의 조차를 소조차(neap range)라고 합니다. 삭과 망 사이의 시간은 평균 14.7653일입니다.

일조부등

매일의 고저조 높이의 변화를 살펴보면 조석이 일조부등(diurnal ineqality) 임을 알 수 있습니다. 연이은 만조 또는 간조의 높이 차는 달의 적위가 최북 또는 최남 후 일정 시간 후 최대가 됩니다. 그러나 달이 적도를 통과한 후 일정 시간이 지나면 그 차는 없어지게 됩니다. 이 부등은 적위의 도수뿐만 아니라 적위의 부호에도 관계됨이 발견되었습니다. 따라서 그 주기는 1회귀월인 27.3216일입니다. 조차는 장소에 따라서도 크게 달라지는데, 우리나라의 서해안은 3~8m 정도이고, 남해안에서는 1~3m, 동해안에서는 0.2~0.3m 정도입니다. 특히 인천항은 조차가 크기로 유명한데, 사리 때의 평균 조차는 약 8m가 됩니다. 세계에서 가장 큰 조차가 일어나는 곳은 캐나다의 펀디만(Fundy Bay)으로 18m의 조차가 일어납니다. 조석의 시간이 같은 곳을 연결한 선을 등조시선이라 하고, 조차가 같은 지점을 연결한 선을 등조차선이라고 합니다. 등조시도와 등조차도를 살펴보면 만조가 되는 곳이 시각에 따라 어떻게 이동해 가며 어느 곳이 큰 조차를 갖는가를 잘 알 수 있습니다.

2. 조류

조류는 조석에 수반하여 같은 주기로 해수가 전후로 수평운동을 하는 것을 의미합니다. 조류는 조석의 특성에 따라 1일에 4회 또는 2회씩 그 방향이 변하게 됩니다. 간조로부터 만조 사이에 육지로 향하는 흐름을 밀물 또는 창조류라고 하고, 해면이 낮아질 때에 바다 쪽으로 나아가는 흐름을 썰물 또는 낙조류라고 합니다. 대양에서는 조류의 크기가 눈에 띄지 않을 정도이지만 연안 가까이의 얕은 바다나 좁은 수로 및 항구의 입구에서는 매우 커서 눈으로도 알 수 있을 정도입니다. 우리나라에서는 다도해와 서해의 여러 좁은 수도에서 매우 센 조류를 볼 수 있습니다. 특히 이순신 장군의 전승지인 울돌목에서는 대조 시에 약 10노트의 유속을 나타냅니다.

기조력

위에서 설명한 조석을 일으키는 힘을 기조력이라고 합니다. 이러한 기조력은 지구 - 달 및 지구 - 태양 사이의 만유인력의 결과입니다. 지구와 달 두 천체가 그들의 공통 질량중심의 주위로 회전운동을 하는데 필요한 구심력과 인력의 차에 의해 기조력이 일어나게 되는 것입니다. 지구와 달 사이에는 만유인력이 작용하고 있어 서로 끌어당겨 충돌하여야 하는 것처럼 보이지만 끌려가 충돌하지 않는 것은 지구중심에 작용하는 달의 인력이 지구와 달의 공통 질량중심을 지구가 공전하는데 필요한 구심력으로 쓰이기 때문입니다. 지구의 자전을 고려하지 않는다면 지구 상 임의의 점에서도 점 주위를 똑같은 반지름으로 원운동을 하게 됩니다. 이 점에서 미치는 달의 인력을 생각할 때 중심점 방향의 성분은 공전하는 구심력으로 쓰이며 나머지 성분은 중심점의 기조력이 됩니다. 태양은 달보다 질량이 크지만 거리가 멀기 때문에 태양에 의한 기조력은 달에 의한 기조력의 약 1/2에 지나지 않습니다. 따라서 지구의 조석현상은 거의 달의 영향을 받고 있음을 알 수 있습니다. 이러한 기조력은 지구가 자전함에 따라 지구 상의 관측 지점에서의 해수면은 시간에 따라 변하게 됩니다.

기조력에 의한 해수면