해양학

해양학(Oceanography)은 바다에서 발생하는 다양한 현상을 연구하는 학문으로, 여러 과학 분야의 융합을 통해 바다와 그 주변 환경을 탐구합니다. 해양학에는 지질학, 물리학, 생물학, 화학, 공학 등의 학문이 포함되며, 각 분야의 원리를 바다에 적용하여 연구가 이루어집니다.

해양학의 주요 세부 분야는 다음과 같습니다

1. 해양지질학: 해저의 지질 구조, 지구 내부 성분, 해저 퇴적물의 특성, 고기후 등을 연구하며, 지진 예측이나 지하자원의 분포 분석과 같은 실용적인 목적에도 활용됩니다.
   
2. 물리해양학: 바다의 물리적 현상인 파랑역학, 해류, 해양-대기 상호작용을 연구하는 분야입니다. 특히 기후 변화 예측과 관련하여 그 중요성이 점점 커지고 있습니다.
   
3. 해양생물학: 해양 생물의 분포, 특성, 그리고 해양과 대기의 상호작용이 생물에 미치는 영향을 연구하며, 해양 생물로부터 유용한 물질을 얻기 위한 연구도 진행됩니다.
   
4. 화학해양학: 해양에 용해된 고체 및 기체의 화학적 성분과 그들이 해양의 지질 및 생물학적 환경에 미치는 영향을 연구하는 분야입니다.
   
5. 해양공학: 석유 플랫폼, 선박, 항만 등의 해양 구조물을 설계하고 건조하는 기술을 연구하며, 항해의 안전성을 높이는 방안도 이 분야에서 다룹니다.

해양학은 이처럼 다양한 분야가 융합된 학문으로, 바다와 지구 환경에 대한 깊은 이해를 통해 인간 생활에 기여하고 있습니다.

 초기 역사

해양학의 기원은 선사시대부터 인류가 바다, 파도, 해류에 대한 지식을 습득한 데서 시작되었습니다. 기원전 384-322년에는 아리스토텔레스와 스트라본이 조수 현상을 기록한 바 있습니다. 초기의 해양 탐험은 주로 지도를 만들기 위한 목적이었으며, 어부들이 그물에서 잡은 동물과 해양 표면에 대한 제한된 지식만 축적되었습니다. 이후 납선을 이용한 바다 깊이 측정이 이루어졌습니다.

해양학에서 체계적으로 이루어진 첫 대규모 과학적 프로젝트는 포르투갈의 대서양 항해 캠페인입니다. 포르투갈의 수학자 페드루 누네스(1502-1578)는 조종사와 선임 선원의 교육에 관여하며, 지구에서 두 지점 간 최단경로인 사항곡선에 대해 연구하였습니다. 그는 《구에 대한 소고(Treatise of the Sphere)》라는 책을 출판하여 그의 기하학적 및 천문학적 탐색 방법을 기록했습니다.

카나리아 제도의 남쪽에서 출발한 배들은 바람과 해류 변화로 인해 돌아오는 것이 매우 어려웠습니다. 이 때문에 포르투갈인들은 'volta do largo' 또는 'volta do mar'라 불리는 항해 경로를 개발하여 이러한 문제를 해결했습니다.

아소르스 제도의 재발견(1427년)은 대서양 항해 경로의 중요성을 재조명했습니다. 포르투갈인들은 대서양의 계절적 변화에 따른 바람과 해류를 고려해 다양한 항로를 이용했으며, 항해 경로와 지도에 대한 정보는 왕립 기록 보관소에 엄중하게 관리되었습니다.

포르투갈의 바르톨로메우 디아스는 1487년 아프리카 서해안을 탐험하다 희망봉을 발견했으며, 바스쿠 다 가마는 이를 바탕으로 인도 항로를 개척했습니다. 1494년 토르데시야스 조약은 포르투갈과 스페인 간 영토 분쟁을 해결하여, 포르투갈이 동쪽 항로, 특히 인도로 가는 항로와 향신료 무역을 독점할 수 있게 되었습니다.

 현대 해양학의 발전

18세기 후반, 제임스 쿡과 루이 앙투안 드 부갱빌 같은 탐험가들이 태평양의 해류에 대한 중요한 정보를 수집했습니다. 1777년, 제임스 레넬은 희망봉 주변의 간헐적 해류에 대한 연구로 대서양과 인도양의 해류를 설명하는 최초의 해양학 교과서를 저술했습니다.

현대 해양학의 시작점은 19세기 중반입니다. 인간의 지식은 여전히 바다의 얕은 부분에 한정되어 있었고, 바다의 깊이에 대해서는 거의 알려지지 않았습니다. 그럼에도 불구하고, 영국 왕립 해군은 전 세계의 해안선을 도표화하는 작업을 시작하여 해양에 대한 과학적 관심을 높였습니다.

 챌린저 탐사

최초의 순수 과학적 해양 탐사는 1872년 HMS 챌린저 호에 의해 이루어졌습니다. 이 탐사는 영국 정부가 세계 바다를 탐험하고 과학적 조사를 실시하기 위해 시작한 프로젝트로, 찰스 와이빌 톰슨과 그의 제자 존 머레이가 주도했습니다. 챌린저 호는 약 70,000해리(130,000km)의 항해를 통해 약 4,717종의 해양 생물을 발견하며 해양 생물학의 기초를 다졌습니다. 이 탐사는 바다 수온, 퇴적물, 해류, 기상 관측 등 현대 해양학의 중요한 자료를 제공했습니다.

 기술 발전과 20세기 이후

19세기 말부터 해양학은 기술의 발전과 함께 더욱 진보했습니다. 1914년에는 음파를 이용한 해저 측심 기술이 도입되었으며, 1925년 독일의 메테오 탐사에서는 70,000개의 해양 깊이 데이터를 수집하여 해저 지도를 작성했습니다. 1957년에는 미국의 핵잠수함 노틸러스 호가 북극을 탐사했습니다.

20세기 후반에는 인공위성을 통한 해양 연구가 시작되었습니다. 1978년 미국의 Seasat 위성은 해양의 수온과 해안선 같은 데이터를 수집했습니다. 1990년에는 세계 해양 순환 실험(WOCE)이 시작되어 여러 국가가 협력해 해양 순환에 대한 연구를 진행했습니다.

 현대의 해양학

현대 해양학 연구는 주로 지구 기후 변화와 관련된 문제 해결에 중점을 두고 있습니다. 바다에 대한 더 깊은 이해는 기후 예측과 지구 자원의 효율적 사용에 크게 기여하고 있습니다.

 생물해양학
생물해양학은 해양 생물학과 비슷하지만 다른 관점에서 해양 생물을 연구하는 학문이다. 해양 생물학은 주로 바다에 서식하는 생물들을 연구하며, 생물해양학은 그들이 해양 환경에 어떻게 영향을 미치고, 해양의 물리적, 화학적, 지질학적 과정과 상호작용하는지를 중점으로 다룬다. 특히 미생물에 대한 연구가 활발한데, 이들은 해양 생태계에서 중요한 역할을 하며, 탄소 순환과 같은 중요한 지구 시스템에 영향을 미친다.

생물해양학은 해양 생물학과 달리 '먹이 거미줄'과 같은 상향식 접근법을 채택하여, 작은 유기체들이 해양 생태계 전체에 어떻게 영향을 미치는지를 연구한다. 반면, 해양 생물학은 보다 하향식 접근을 통해 상위 포식자와 주요 생물군이 생태계에 미치는 영향을 살펴본다. 생물해양학은 플랑크톤, 미생물, 그리고 그들이 먹이사슬에서 차지하는 역할과 인간 활동이 해양 생태계에 미치는 영향을 연구하는데 중점을 둔다.

 화학해양학
화학해양학은 바닷물에 존재하는 다양한 화학 물질들의 상호작용을 연구하는 학문이다. 화학해양학자들은 pH, 전기 전도도, 용존 이산화탄소 농도 등의 물리적 수치를 측정하며, 바닷물의 화학적 변화를 분석한다. 이러한 연구는 해양에서 일어나는 다양한 주기와 패턴을 이해하는 데 기여하며, 수백만 년 전의 바다 상태부터 미래에 예상되는 변화를 예측할 수 있는 정보를 제공한다.

화학해양학의 주요 관심사는 '해양 산성화'이다. 인간이 배출하는 과도한 이산화탄소가 바닷물에 용해되어 해양의 pH를 낮추고 산성을 증가시키는 현상이다. 이는 탄산칼슘으로 이루어진 껍질과 골격을 가진 해양 생물들에게 영향을 미치며, 장기적으로는 해양 생태계에 광범위한 변화를 초래할 수 있다.

 해양 산성화
해양 산성화는 인간 활동으로 인해 대기 중 이산화탄소 농도가 증가하면서 바닷물의 pH가 낮아지는 현상이다. 바닷물은 원래 약간의 알칼리성을 띄었으나, 산업화 이후 이산화탄소의 흡수로 인해 점점 더 산성화되고 있다. 이러한 변화는 조개류, 산호와 같은 석회질 껍질을 가진 생물들의 생존을 위협하고 있으며, 먹이사슬 전반에 걸쳐 영향을 미친다.

해양 산성화는 지구 지질사에서 유례가 없는 속도로 진행되고 있으며, 앞으로의 해양 생태계가 이러한 변화에 얼마나 적응할 수 있을지는 불확실하다. 특히 해양 산성화와 함께 수온 상승 및 산소 농도 감소와 같은 추가적인 스트레스 요인들이 해양에 미치는 영향이 우려된다.

 지질해양학
지질해양학은 해저의 역사와 구조를 연구하는 학문이다. 이 분야는 지구물리학, 지질학, 퇴적물학, 고생물학 등과 연관되어 있으며, 해저의 지질 구조를 분석함으로써 판구조론과 해양 확산 이론을 뒷받침하는 데 중요한 역할을 해왔다. 또한 해양 지질 연구는 석유 및 금속 자원의 탐사와 같은 경제적 목적에서도 중요한 의미를 갖는다.

 물리해양학
물리해양학은 바다의 물리적 특성과 과정을 연구하는 학문으로, 해류, 온도, 염도, 바람 등의 물리적 요인들이 해양 환경에 미치는 영향을 분석한다. 이 분야는 기술적 물리해양학과 역동적 물리해양학으로 나뉘며, 해류와 열순환 같은 대규모 해양 흐름을 설명하고 예측하는 데 중점을 둔다.

해양 열 함량은 지구 온난화의 90% 이상을 차지하는 에너지 축적의 주요 원인이며, 해양 온난화로 인한 해수면 상승에도 중요한 영향을 미친다.

 고생대양학
고생대양학은 과거 지질학적 시기의 해양 상태와 순환, 화학적 변화를 연구하는 학문이다. 과거의 해양 데이터를 분석하여 지구 기후 변화와 해양 과정 간의 상호작용을 연구하며, 이를 통해 미래 기후 변화를 예측하고 대응하는 데 중요한 역할을 한다.