지난 남부모임에서 받은 숙제 올립니다. <지질>방에 올렸던 제 파일을 참고했습니다.
2. 해수에서 염분비일정의 법칙이 성립하는 이유는? 수심, 해역 종류에 따라서는 어떻게 달라질까? 수온과는 어떤 관계가 있을까? 해류의 영향은 있을까? 일정한 이유가 혼합, 확산에 의한 것인가? 대기의 조성이 일정한 것처럼 오랜 시간 지구의 진화 과정으로 일정해진 것이 아닐까? 해수에 녹아 있는 염류의 기원 중에서 지각의 구성 성분이 강물에 녹아서 바다로 운반되는 경우 나트륨, 마그네슘, 칼슘, 칼륨 등이 있습니다. 그런데 지각의 주요성분을 보면 O(산소) Si(규소) Al(알루미늄) Fe(철) Ca(칼슘) Na(나트륨) K(칼륨) Mg(마그네슘) 순으로 많이 있지않습니까??왜 강물에 유입되어 해수로 가는 (염류의 기원인) 지각의 구성성분 중에는 규소가 없나요??규소, 알루미늄, 철 등은 무거워서 바다까지 갈 수가 없는건지.. 아니면, 불용성물질인건지..
2.1 해수에 녹아 있는 염은 육상 암석의 화학적 풍화(년간 25억톤 이상), 화산 분출(지구 내부 휘발성 물질), 대기 성분의 유입 등의 결과이다. 염소, 브롬, 황, 붕소 등은 지각보다 훨씬 많이 녹아 있다. 그러면 염분이 계속 증가하는가? 일부 원소(Ca, CO3, SiO2)는 바다 생물의 몸체를 만드는데 사용되고, 화학적으로 침전되기도 하기 때문에 염분은 일정하다. 최근의 해양학자들은 퍼밀을 사용하지 않고 psu(실용 염분 단위)를 사용하며 단위를 붙이지 않는다. 예를 들면 평균 염분은 35이다.
2.2 일반적으로 고온에서 생성된 광물은 저온 광물보다 풍화가 잘되고, 또한 이온결합을 하는 원소(Mg, Na, K, Ca)는 공유 결합을 하는 원소(Si, Al, Ti)보다 풍화가 잘 된다. 보웬의 반응계열과 같은 순서이다. 높은 온도에서 처음 형성된 광물은 지표로 나오면서 불안정해지는데다가 이 광물들이 이온결합을 하기 때문이다. 따라서 풍화가 되면 규산과 금속 양이온(Ca, Mg, Fe, Mn, Na, K)은 멀리 운반되는 반면에 상대적으로 불용성인 석영, 안정한 clay, 철 산화물, 함수화합물은 남아 있게 된다. 게다가 Mg, Ca, Cl, S는 물에 녹은 이온 상태라 바다로 흘러가는데, Si, Al, Fe는 물에 잘 녹지 않으므로 부유 상태로 가다가 퇴적된다.
2.3 염분비 일정은 전 세계 해양 77곳에 대한 경험적 결과이고, 이후에도 대륙 주변부를 제외하고는 거의 일정하다는 것이 알려졌다. 그냥 그렇다고 하면 허무하므로 추후적인 설명만 해보자. 바다는 대체로 평형 상태로, 유입된 만큼 소실된다. 따라서 바다로 유입된 원소가 바다에 머무르는 체류시간(바닷물 속 원소의 양/원소의 유입 속도)이 정해지는데, 바닷물은 4100년 철은 200년 칼슘은 100만년 염소는 1억년이다. 그런데 해류가 바닷물을 혼합시키는데는 1600년이 걸린다(혼합시간). 즉 바닷물 혼합은 빨리빨리 일어나는데 원소들의 체류시간은 매우 길므로, 모든 바다에서 고르게 분포할 수 있다.
체류 시간이 원소마다 다른 이유는 화학 반응성 때문이다. 알루미늄과 철 같이 반응성이 강하면 체류시간이 짧고 염소,나트륨,마그네슘은 반응성이 약해 체류시간이 길다. 체류시간이 긴 원소들은 시간에 따른 변화가 매우 천천히 일어나는데(보존성), 이와는 달리 계절 변동이나 지질 과정에 의해 쉽게 영향을 받는 비보존 성분도 있다. 이산화탄소(호흡), 규소와 칼슘(동식물의 흡수) 등이 그 예이다.
<참고: 지구시스템의 이해(김경렬외(역)), 최변각 교수님 수업, 해양의 이해(이상룡외)>