해양학은 바다에서 일어나는 다양한 현상을 연구하는 학문입니다. 이 학문은 지질학, 물리학, 생물학, 화학, 공학 등 여러 학문적 분야를 바다와 그 주변 환경에 적용하여 연구하는데, 해양학은 크게 해양지질학, 물리해양학, 해양생물학, 화학해양학, 해양공학 등으로 세분화됩니다.
먼저, 해양지질학은 해저의 지질 구조와 해저퇴적물, 그리고 과거 기후 변화와 같은 지구의 과거 환경을 연구하는 학문입니다. 이러한 연구는 지진 예측이나 지하 자원의 분포 분석 같은 실용적인 분야에서도 중요한 역할을 합니다.
물리해양학은 바다에서 일어나는 해류와 파도, 그리고 해양과 대기 간의 상호작용을 연구하는 학문입니다. 특히, 최근에는 기후 변화와 관련된 연구가 중요해지면서 그 역할이 더욱 부각되고 있습니다.
해양생물학은 해양 생물의 분포와 생태계, 그리고 바다와 대기 변화가 생물에 미치는 영향을 연구합니다. 또한, 해양 생물로부터 유용한 물질을 추출하여 이를 활용하는 연구도 활발히 진행되고 있습니다.
화학해양학은 해양에 녹아있는 고체와 기체 성분, 그리고 이러한 성분들이 생물학적·지질학적 과정에 미치는 영향을 연구하는 학문입니다.
마지막으로, 해양공학은 석유 플랫폼, 선박, 항만과 같은 해양 구조물을 설계하고 건설하는 분야로, 바다에서의 항해 안전성을 높이는 연구도 함께 이루어집니다. 이처럼 해양학은 다양한 분야를 아우르며, 바다와 관련된 여러 문제를 해결하는 데 중요한 역할을 하는 학문입니다.
초기 역사
해양학의 시작은 선사시대에 인류가 바다, 파도, 해류에 대한 기본적인 지식을 습득하면서 비롯되었습니다. 이후 기원전 384-322년경, 아리스토텔레스와 스트라본은 조수 현상을 기록하기 시작했습니다. 초기 바다 탐험은 주로 지도 제작을 목적으로 이루어졌으며, 어부들이 그물로 포획한 해양 생물과 바다 표면의 관찰에 국한되었습니다. 바다의 깊이는 납선을 이용해 측정되었습니다.
체계적으로 이루어진 최초의 대규모 과학적 탐사는 포르투갈의 대서양 항해 캠페인이었습니다. 수학자이자 천문학자로 유명한 페드루 누네스는 1527년부터 조종사와 선임 선원들을 교육하며 2차원 지도에 표시된 두 지점 간의 최단 경로인 사항곡선에 대해 연구했습니다. 그는 〈구에 대한 소고〉라는 책을 출판하여 자신의 기하학적 및 천문학적 탐사 방법을 정리했습니다.
대서양의 북쪽으로 되돌아가는 항해는 북대서양 환류, 적도 반류, 무역풍 등 복잡한 바람과 해류 때문에 매우 어려웠습니다. 이를 극복하기 위해 포르투갈인들은 'volta do largo' 또는 'volta do mar'라는 항로를 개발했습니다. 또한, 1427년에는 아소르스 제도의 재발견을 통해 중요한 전략적 거점을 확보하게 되었습니다.
포르투갈의 탐험가 바르톨로메우 디아스는 1487년 아프리카 서해안을 탐험하다가 희망봉을 발견했으며, 이후 바스쿠 다 가마가 인도 항로를 개척함으로써 포르투갈의 숙원을 이루었습니다. 1493년 크리스토퍼 콜럼버스의 1차 항해 후 스페인과 포르투갈 사이에 영토 분쟁이 발생했으나, 1494년 토르데시야스 조약으로 동쪽은 포르투갈, 서쪽은 스페인이 차지하기로 합의했습니다. 이로 인해 포르투갈은 인도산 후추를 독점하게 되었고, 브라질에서 포르투갈어가 사용되는 계기가 되었습니다.
18세기 이후 탐사
1761년부터 1767년까지 덴마크의 아라비아 탐험이 진행되었으며, 이 원정대는 이집트, 아라비아, 시리아의 자연사와 지리를 연구하며 해양 생물에 대한 연구도 병행했습니다. 그러나 이 긴 탐사 기간 동안 원정대 6명 중 5명이 사망하고 1명만이 코펜하겐으로 귀환할 수 있었습니다.
태평양의 해류 정보는 제임스 쿡과 루이 앙투안 드 부갱빌 등 18세기 후반 탐험가들에 의해 수집되었습니다. 제임스 레넬은 1777년 대서양과 인도양의 해류를 연구하며 해양학에 대한 최초의 과학 교과서를 저술했습니다.
현대 해양학의 출발
19세기 중반까지 인류는 바다의 얕은 지역에 대한 지식만을 가지고 있었으며, 바다의 깊이에 대해서는 거의 알지 못했습니다. 그러나 영국 왕립 해군의 해양 탐사는 바다에 대한 과학적 관심을 높였습니다.
1872년, 최초의 순수 과학적 해양 탐사인 챌린저 탐사가 시작되었습니다. 영국 정부의 지원으로 찰스 와이빌 톰슨과 그의 제자 존 머레이가 이끌었던 챌린저 탐사는 약 130,000km를 항해하며 심해 생물을 발견했고, 바다 수온, 해양 퇴적물, 심층수, 해류, 기상 자료 등을 수집해 현대 해양학의 기초를 마련했습니다. 챌린저 탐사의 성공 이후, 서방국가들은 본격적으로 해양 탐사를 시작했습니다.
미국에서는 1877년 박물학자 알렉산더 아가시가 블레이크호를 동원해 심해를 조사했고, 이후 해양 탐사용 선박 알바트로스를 이용해 다양한 해양 연구가 진행되었습니다.
20세기와 기술 발전
20세기 초, 음파를 이용한 수심 측정 기술이 개발되었고, 독일은 1925년부터 1927년까지 메테오 탐사를 통해 약 70,000개의 해저 수심을 측정하여 해저 지도를 작성했습니다. 1957년에는 핵잠수함 노틸러스호가 북극 탐사를 성공적으로 수행했습니다.
20세기 후반에는 인공위성을 이용한 해양 연구가 시작되었습니다. 1978년 미국은 최초의 해양 탐사용 위성 Seasat을 발사하여 해양 수온과 해안선 등의 자료를 수집했습니다. 1990년에는 세계 해양 순환 실험(WOCE)이 시작되어 여러 국가가 참여해 지구의 해양 순환을 연구했습니다.
현대 해양 연구는 기후 변화, 지구 온난화, 생물권 문제 등을 이해하고 해결하는 데 중점을 두고 있으며, 해양 연구는 기후 예측과 지구 자원의 효율적 활용에도 중요한 역할을 하고 있습니다.
세부 분야
생물해양학
생물해양학은 해양 생물과 그들의 환경 간의 상호작용을 연구하는 학문으로, 해양생물학과 밀접하게 연관되어 있지만 연구 접근법에서 차이를 보인다. 생물해양학은 해양의 생물이 물리적, 화학적, 지질학적 환경에 미치는 영향을 분석하며, 주로 미생물에 초점을 맞춘다. 이들은 미생물이 환경에 어떻게 적응하고 다른 해양 생물 및 생태계에 어떤 영향을 미치는지 연구한다. 생물해양학은 상향식 접근을 통해 먹이망을 분석하며, 해양생물학은 하향식 관점에서 해양 생물을 연구한다.
주요 연구 분야는 플랑크톤의 다양성, 생산성, 그리고 이들이 전 지구적인 탄소 순환에서 수행하는 역할에 중점을 둔다. 또한 먹이사슬에서 미생물의 역할과 인간 활동이 해양 생태계에 미치는 영향을 조사한다.
화학해양학
화학해양학은 해양 내 다양한 화학 물질들의 상호작용을 연구하는 분야로, 바닷물의 pH, 전도도, 용존 이산화탄소 등 여러 화학적 성질을 분석한다. 이를 통해 해양 내 화학적 주기와 패턴을 이해하며, 과거와 미래의 해양 변화를 예측할 수 있다. 화학해양학은 특히 해양 산성화와 관련이 깊다.
해양 산성화는 인위적인 이산화탄소 배출로 인해 발생하는 현상으로, 대기 중 과도한 이산화탄소가 바다에 흡수되어 탄산을 형성하고 pH를 낮춘다. 이로 인해 해양 생물, 특히 탄산칼슘으로 이루어진 껍질을 가진 생물에게 영향을 미치며, 이러한 변화는 전 지구적 생태계에 영향을 미친다.
해양 산성화
해양 산성화는 인간 활동으로 인한 이산화탄소 배출이 증가하면서 바닷물의 pH가 낮아지는 현상이다. 바다는 이산화탄소의 30~40%를 흡수하며, 이로 인해 바닷물의 산성이 증가하게 된다. 이러한 변화는 산호, 조개류, 그리고 플랑크톤과 같은 해양 생물에게 심각한 영향을 미칠 수 있다. 특히, 산호는 탄산칼슘을 사용하여 골격을 형성하는데, pH가 낮아지면 산호초 생태계에 큰 영향을 줄 수 있다. 이러한 변화의 속도는 전례가 없으며, 해양 생태계가 이 변화를 얼마나 잘 극복할지는 불확실하다.
지질해양학
지질해양학은 해저의 역사와 구조를 연구하는 학문으로, 해저와 해안지대에 대한 지구물리학적, 지질학적, 퇴적물학적 연구를 포함한다. 이 분야는 제2차 세계 대전 이후 판구조론의 발전에 결정적인 역할을 했다. 해저 확산과 같은 지질학적 현상은 지질해양학의 연구 덕분에 밝혀졌으며, 해저 자원의 탐사에도 중요한 기여를 하고 있다.
물리해양학
물리해양학은 해양의 물리적 상태와 과정을 연구하는 학문이다. 특히 해양의 움직임, 즉 해류와 파도, 그리고 물리적 특성에 대한 연구가 주요 내용이다. 물리해양학은 서술적 물리해양학과 역동적 물리해양학으로 나뉘며, 전자는 해양의 흐름을 관찰하고 설명하는 데 중점을 두고, 후자는 이론과 수치 모델을 통해 해양 흐름을 분석한다.
해류
해류는 물리해양학의 주요 연구 대상 중 하나로, 조수, 코리올리 효과, 바람의 변화, 염분, 온도 등이 해류를 결정하는 주요 요인이다. 해류는 해양의 에너지 전달, 생태계 순환, 그리고 기후 변화에 중요한 역할을 한다. 해양 열염 순환(THC)은 바닷물의 밀도에 따라 움직이며, 해양의 온도와 염도를 포함한 여러 요인들이 해류를 형성한다.
해양 열 함량
해양 열 함량(OHC)은 바다에 저장된 열을 의미하며, 지구 온난화로 인한 에너지 축적의 90%를 차지한다. 해양 열 함량의 변화는 해수면 상승에 기여하며, 지구 기후 시스템에 중요한 영향을 미친다.
고생대양학
고생대양학은 지질학적 과거의 해양 순환, 화학, 생물학, 퇴적 패턴을 연구하는 학문이다. 이 분야는 과거의 기후를 재구성하고, 해양 과정이 지구 기후에 미치는 영향을 평가하는 데 중요한 역할을 한다. 고생대양학 연구는 기후 변화 연구와 밀접하게 관련되어 있으며, 미래의 기후 변화를 예측하는 데 중요한 역할을 한다.
