대양에 대한 과학적 연구 : 해양학 (1)

대양에 대한 과학적 연구 : 해양학이란?

해양학(Oceanography)은 지구 표면의 약 71%를 덮고 있는 광대한 바닷물인 대양에 대한 과학적 연구입니다. 세계 해양을 형성하는 복잡한 과정과 역학을 이해하기 위해 물리학, 화학, 지질학, 생물학 및 기상학의 요소를 결합하는 학제 간 분야입니다. 해양학은 해양 환경, 기후, 해양 생물, 해양과 대기 간의 상호 작용에 대한 지식을 발전시키는 데 중요한 역할을 합니다.

 

I. 해양학의 주요 영역

1. 물리 해양학

물리적 해양학은 세계 해양의 물리적 특성과 과정을 연구하는 해양학의 하위 분야입니다. 해류, 파도, 조수, 바다와 대기 사이의 상호 작용을 포함하여 바닷물의 움직임과 거동을 이해하는 것과 관련이 있습니다. 물리적 해양학자는 관측 데이터, 수치 모델 및 이론적 원리의 조합을 사용하여 해양의 물리적 특성을 형성하는 복잡한 역학을 탐구합니다.

1-1. 해류

해류는 열을 재분배하고 기후를 조절하는 데 중요한 역할을 하는 해수의 대규모 연속 이동입니다. 물리 해양학자는 걸프 스트림 및 남극 순환 해류와 같은 주요 글로벌 해류에서 더 작은 지역 해류에 이르기까지 해류의 패턴, 속도 및 변동성을 연구합니다.

1-2. 파도

파도는 바다를 통한 에너지 전달의 한 형태입니다. 물리 해양학자는 바람에 의해 생성된 파도, 조수 및 수주 내에서 전파되는 내부 파도와 같은 다양한 파도 유형을 조사합니다. 파도의 움직임을 이해하는 것은 해안 엔지니어링, 항해 및 해양 작업에 필수적입니다.

1-3. 해양 순환

해양 순환으로 알려진 다양한 깊이의 해수 이동은 바람, 온도 구배 및 밀도 변화를 포함한 다양한 요인에 의해 구동됩니다. 물리 해양학자들은 이 복잡한 시스템이 기후와 해양의 열, 영양분 및 가스 분포에 어떤 영향을 미치는지 이해하기 위해 연구합니다.

1-4. 해양 혼합

해양의 혼합 과정에는 서로 다른 수괴 사이에서 열, 염분 및 기타 특성의 교환이 포함됩니다. 이는 기온과 염도의 연직분포에 영향을 미치며 해양생태계를 조절하는 데 결정적인 역할을 한다.

1-5. 해안 과정

물리적 해양학자는 근해류, 해안 침식, 퇴적물 이동, 해양과 육지 사이의 상호 작용과 같은 해안 지역에 특정한 과정도 조사합니다.

1-6. 해양-대기 상호 작용

해양과 대기는 밀접하게 연결된 시스템이며 물리적 해양학은 이들 간의 열, 습기 및 운동량 교환을 탐구합니다. 이 교환은 날씨 패턴과 장기적인 기후 변동성에 영향을 미칩니다.

1-7. 물리적 해양학에 사용되는 방법

• 관측 기술: 물리적 해양학자는 부표, 연구 선박, 수중 글라이더, 위성 원격 감지와 같은 다양한 장비와 기술을 사용하여 바다에서 데이터를 수집합니다. 이러한 관측은 해양 역학을 이해하고 수치 모델을 검증하는 데 필수적인 정보를 제공합니다.
• 수치 모델링: 컴퓨터 모델은 해양 프로세스를 시뮬레이션하는 데 사용되어 연구원이 다양한 조건에서 해양 행동을 분석하고 예측할 수 있도록 합니다. 이러한 모델은 연구원이 직접 관찰하기 어려울 수 있는 복잡한 상호 작용을 이해하는 데 도움이 됩니다.

 

2. 화학 해양학

화학 해양학은 해수에서 발생하는 화학적 조성, 특성 및 과정을 연구하는 해양학의 한 분야입니다. 해양 생물과 생태계에 미치는 영향뿐만 아니라 해양의 다양한 화학 원소, 화합물 및 물질의 분포, 변형 및 상호 작용을 조사합니다. 화학 해양학자는 해양 환경, 생지화학적 순환, 인간 활동이 세계 해양에 미치는 영향을 이해하는 데 중요한 역할을 합니다.

2-1. 해수 구성

화학 해양학자는 용해된 염, 가스(예: 산소 및 이산화탄소), 영양분(질소, 인 등), 미량 원소 및 유기 화합물을 포함하여 해수의 주요 및 미량 구성 요소를 분석합니다. 해수 구성의 자연적 변동성을 이해하는 것은 자연적 과정과 인간 활동으로 인한 변화를 모니터링하는 데 필수적입니다.

2-2. 생지화학적 순환

화학 해양학자는 탄소, 질소, 인, 황과 같은 원소의 생지화학적 순환을 연구합니다. 이러한 순환은 생물학적, 지질학적, 화학적 과정 사이의 복잡한 상호 작용을 포함하며, 해양 유기체의 필수 영양소 가용성을 조절하고 온실 가스를 흡수하고 방출하는 해양의 능력에 영향을 미칩니다.

2-3. 해양 산성화

대기 중 이산화탄소 수치가 증가하면 바닷물이 더 산성화 되는 과정인 해양 산성화로 이어집니다. 화학 해양학자는 해양 산성화가 해양 생태계, 특히 산호, 조개 및 일부 유형의 플랑크톤과 같은 탄산칼슘 구조를 만드는 유기체에 미치는 영향을 조사합니다.

2-4. 영양소 순환

질소 및 인과 같은 영양소는 해양 생물을 지원하는 데 중요합니다. 화학 해양학자는 1차 생산 및 생태계 역학에 미치는 영향을 이해하기 위해 해양에서 영양분의 공급원, 흡수원 및 변형을 연구합니다.

2-5. 오염 물질 및 오염 물질

화학 해양학자는 중금속, 플라스틱, 기름 유출 및 농업 유출수를 포함하여 해양 오염 물질 및 오염 물질의 분포와 운명을 평가합니다. 그들은 이러한 물질이 어떻게 해양 유기체에 축적되어 생태계 건강에 영향을 미칠 수 있는지 연구합니다.

2-6. 화학 해양학에 사용되는 방법

• 샘플링 및 분석: 화학 해양학자는 Niskin 병 및 CTD 로제트와 같은 다양한 도구를 사용하여 다양한 깊이와 위치에서 물 샘플을 수집합니다. 그들은 다양한 화학 종의 농도를 결정하기 위해 실험실에서 이러한 샘플을 분석합니다.
• 원격 감지: 위성 기반 원격 감지는 해수면 온도, 엽록소 농도(풍부한 식물성 플랑크톤 지표) 및 기타 화학적 특성과 같은 대규모 해양 기능을 모니터링하는 데 사용됩니다.
• 추적자와 동위원소: 추적자와 동위원소는 바다에서 화학 물질의 이동과 변형을 추적하는 데 유용한 도구입니다. 그들은 해양 유기체의 영양 섭취와 해양 먹이 사슬의 탄소원과 같은 과정에 대한 통찰력을 제공합니다.

 

3. 지질 해양학(해양 지질학)

해양 지질학 또는 지질 해양 과학으로도 알려진 지질 해양학은 해양과 해저에서 발생하는 지질학 및 지질 학적 과정의 연구에 중점을 둔 해양학의 한 분야입니다. 바다 밑의 지각, 해저 형성, 해양 퇴적물의 분포, 해양 영역의 지질학적 역사를 탐구합니다. 지질 해양학자는 지구의 역사, 판 구조론, 해양 자원 및 해저와 관련된 자연재해를 이해하는 데 중요한 역할을 합니다.

3-1. 해저 지형학

지질 해양학자는 해저 산맥(중앙 해령), 해구, 해산, 심해 평원, 대륙붕을 포함한 해저의 지형과 특징을 연구합니다. 이러한 특징은 해저를 형성하는 지질학적 과정에 대한 중요한 단서를 제공합니다.

3-2. 판구조론

판구조론은 지구의 암석권 판의 움직임을 설명합니다. 지질 해양학자는 발산 경계(판이 멀어지는 곳), 수렴 경계(판이 충돌하는 곳), 변형 경계(판이 서로 미끄러지는 곳)와 같은 판 경계를 조사합니다. 이러한 판 상호 작용은 해양 지각의 생성과 파괴를 담당합니다.

3-3. 해저 확산

지질 해양학자들은 해저 확산 이론을 뒷받침하는 증거를 제시했습니다. 이 이론은 어떻게 새로운 해양 지각이 중앙 해령에서 형성되고 이 해령에서 측면으로 퍼지는지 설명합니다.

3-4. 섭입대

섭입대는 하나의 지각판이 다른 지각판 아래로 내려가는 지역입니다. 지질 해양학자는 이 지역에서 발생하는 지질학적 과정을 연구하며, 이로 인해 심해 해구, 화산호 및 지진이 형성될 수 있습니다.

3-5. 해양 퇴적물

지질 해양학자들은 해저에 있는 해양 퇴적물의 분포, 구성 및 기원을 조사합니다. 이러한 퇴적물은 과거 기후, 해양 순환 및 지구 표면의 역사에 대한 귀중한 정보를 제공합니다.

3-6. 고해양학

이 하위 분야는 퇴적물 코어 및 화석화된 해양 생물과 같은 지질학적 증거를 사용하여 과거 해양 조건 및 환경 변화를 재구성하는 것을 포함합니다. 해양과 기후가 지질학적 시간 규모에 따라 어떻게 진화했는지 이해하는 데 도움이 됩니다.

3-7. 지질학적 해양학에 사용되는 방법

• 해저 매핑: 지질 해양학자는 수중 음파 탐지기 및 기타 매핑 기술을 사용하여 해저의 상세한 이미지를 만들어 지형과 지질학적 특징을 드러냅니다.
• 코어 샘플링: 과거의 환경 조건, 기후 변화 및 해양의 역사를 연구하기 위해 해저에서 퇴적물 코어를 수집합니다. 이 코어는 지구의 지질학적 역사에 대한 기록을 제공합니다.
• ROV 및 잠수정: 원격 작동 차량(ROV) 및 유인 잠수정을 통해 연구원은 심해 환경과 지질학적 특징을 가까이에서 탐색하고 연구할 수 있습니다.
• 지구물리학적 조사: 지진 프로파일링 및 자기적 조사와 같은 지구물리학적 방법은 과학자들이 바다 밑 지각의 구조와 구성을 이해하는 데 도움이 됩니다.

 

4. 생물학적 해양학(해양생물학)

해양 생물학으로도 알려진 생물학적 해양학은 해양 생물과 생태계 연구에 중점을 둔 해양학의 한 분야입니다. 바다에 서식하는 다양하고 복잡한 유기체, 그들의 분포, 행동, 생리학, 상호 작용 및 환경에 대해 탐구합니다. 생물학적 해양학자는 해양 생물 다양성, 생태계 역학 및 환경 변화가 해양 유기체에 미치는 영향을 이해하는 데 중요한 역할을 합니다.

4-1. 해양 생물

생물학적 해양학자는 미세한 식물성 플랑크톤과 동물성 플랑크톤에서 대형 해양 포유류, 어류 및 바닷새에 이르기까지 광범위한 해양 생물을 연구합니다. 그들은 해양 환경에 대한 이러한 유기체의 적응과 생활 전략을 조사합니다.

4-2. 해양 생태계

해양 생물과 이들의 물리적, 화학적 환경 간의 상호 작용은 해양 생태계를 형성합니다. 생물학적 해양학자는 산호초, 다시마 숲, 하구, 심해 서식지와 같은 다양한 해양 생태계의 구조와 기능을 조사합니다.

4-3. 식물성 플랑크톤 및 1차 생산

식물성 플랑크톤은 광합성을 수행하고 해양 먹이 그물의 기초를 형성하는 미세한 조류입니다. 생물학적 해양학자는 해양 생물을 지원하는 데 중요한 식물성 플랑크톤 분포, 풍부도 및 1차 생산을 연구합니다.

4-4. 동물플랑크톤과 해양 먹이그물

동물플랑크톤은 해류를 따라 표류하는 작은 동물입니다. 그들은 식물성 플랑크톤에서 더 높은 영양 수준으로 에너지를 전달하는 해양 먹이 사슬에서 중요한 역할을 합니다. 생물학적 해양학자는 해양 먹이 사슬의 구조와 역학, 생태계를 통한 에너지 흐름을 조사합니다.

4-5. 해양 생물다양성

바다는 다양한 종의 서식지이며, 생물학적 해양학자는 해양 생물다양성을 평가하고 문서화하여 다양한 해양 지역의 풍부함과 다양성을 이해합니다.

4-6. 해양 보존

생물학적 해양학자들은 해양 보존 노력에 적극적으로 참여하고 있습니다. 그들은 멸종 위기에 처한 종을 연구하고, 인간 활동이 해양 생태계에 미치는 영향을 평가하며, 해양 보호 구역 설정을 위한 과학적 증거를 제공합니다.

4-7. 생물학적 해양학에 사용되는 방법

• 샘플링 및 관찰: 생물학적 해양학자는 해양 유기체의 샘플을 수집하고 플랑크톤 그물, 수중 카메라, 원격 조종 차량(ROV)과 같은 다양한 도구와 기술을 사용하여 자연환경에서 연구합니다.
• 유전 및 분자 기술: 유전 및 분자 도구는 연구원이 종을 식별하고 유전적 다양성을 연구하며 해양 생태계의 미생물 군집을 탐색하는 데 도움이 됩니다.
• 생태 모델링: 수학적 모델은 해양 생태계의 행동을 시뮬레이션하고 환경 변화에 대한 해양 유기체의 반응을 예측하는 데 사용됩니다.
• 수중 조사: 스쿠버 다이빙과 수중 조사를 통해 연구원은 자연 서식지에서 해양 생물과 생태계를 직접 관찰할 수 있습니다.

 

5. 해양 공학

해양 공학은 해양 선박 및 구조물의 설계, 건설, 운영 및 유지 관리를 다루는 전문 공학 분야입니다. 그것은 해양 환경에서 작업하는 고유한 문제를 해결하기 위해 광범위한 엔지니어링 분야와 기술을 포함합니다. 해양 엔지니어는 선박, 잠수함, 해양 플랫폼 및 수중 로봇 공학을 포함한 다양한 수상 차량 및 인프라를 개발하고 유지 관리하는 데 중요한 역할을 합니다.

5-1. 선박 설계 및 건조

해양 엔지니어는 화물선, 유조선, 여객선 및 해군 선박과 같은 다양한 유형의 선박 설계 및 건조에 참여합니다. 그들은 선박이 구조적으로 건전하고 유체 역학적으로 효율적이며 적절한 추진 시스템을 갖추고 있는지 확인합니다.

5-2. 조선 건축

조선 건축은 선박 및 기타 수상 구조물의 설계, 안정성 및 부력에 중점을 둔 전문 해양 엔지니어입니다. 그들은 바다에서 안전하고 효율적인 성능을 보장하기 위해 최적의 선체 모양과 치수를 결정합니다.

5-3. 해양 추진 시스템

해양 엔지니어는 선박 및 보트의 추진 시스템 설치를 설계하고 감독합니다. 이러한 시스템에는 디젤 엔진, 가스 터빈, 전기 추진, 그리고 최근에는 하이브리드 및 대체 에너지 솔루션이 포함될 수 있습니다.

5-4. 해양 엔지니어링

해양 엔지니어는 석유 굴착 장치, 풍력 발전소 및 해양 자원 추출 또는 재생 가능 에너지 생성에 사용되는 기타 구조물과 같은 해양 플랫폼의 설계 및 건설 작업을 합니다.

5-5. 잠수함 기술

해양 엔지니어는 군사, 연구 및 탐사 목적으로 잠수함의 설계 및 건조에 참여합니다. 그들은 압력, 부력 및 생명 유지 시스템을 포함하여 수중 작업과 관련된 고유한 문제를 해결합니다.

5-6. 수중 로봇 공학

해양 엔지니어는 과학 연구, 탐사 및 산업 목적에 사용되는 원격 작동 차량(ROV) 및 자율 수중 차량(AUV)과 같은 수중 로봇 시스템 개발에 기여합니다.

5-7. 해양 공학에서 사용되는 방법

• CAD(Computer-Aided Design): CAD 소프트웨어는 선박 및 해양 구조물의 상세한 2D 및 3D 모델을 생성하여 엔지니어가 설계를 시각화하고 분석할 수 있도록 해양 공학에서 널리 사용됩니다.
• 시뮬레이션 및 모델링: 다양한 바다 상태 및 작동 하중과 같은 다양한 조건에서 해양 선박 및 시스템의 성능을 예측하고 최적화하기 위해 수치 시뮬레이션이 사용됩니다.
• 재료 선택: 해양 엔지니어는 침수 및 염수 노출 구성 요소를 위한 내부식성 재료를 포함하여 혹독한 해양 환경을 견딜 수 있는 재료를 신중하게 선택해야 합니다.
• 테스트 및 프로토타이핑: 해양 구성 요소 및 시스템의 프로토타이핑 및 테스트는 본격적인 구현 전에 성능과 안전성을 검증하는 데 필수적입니다.