4분 읽기
-새 모델링 접근법, 내부 파동이 전 지구적 조석의 에너지 균형에 미치는 영향 보여줘
-단순화는 조류가 강하고 비선형 효과가 더 두드러지는 얕은 대륙붕 지역에서 특히 중요

지구의 밀물과 썰물은 달의 영향 외에도 다양한 요인에 의해 발생한다.

이전에는 간과되었던 내부 조석의 피드백 효과는 전 지구적 조석 모델이 과대평가된 에너지 손실을 계산하는 이유를 설명할 수 있다. 새로운 모델은 표면 조석에 비해 시간 지연을 두고 작용하여 조석의 세기를 변화시키는 힘도 고려했다. 이를 통해 계산된 에너지 손실은 3.0 테라와트 이상에서 2.4 테라와트로 감소하며, 이는 관측 결과와 일치한다. 

▲ 해안선의 조수 강도는 달과 태양뿐만 아니라 해양 분지, 해안선의 형태, 해저 지형에도 영향을 받습니다. 특히 거친 심해 구조물은 조수의 에너지를 내륙으로 향하는 파도로 전달한다.

호주 캔버라. 달과 태양은 조석을 발생시키지만, 실제 조석 높이는 해양분지, 해안선, 해저 지형에 크게 좌우된다. 대규모 표면 조석 에너지의 일부는 심해의 거친 구조물 위로 물이 흐를 때 전달되어 내부 조석을 생성한다. 이러한 파동은 층상 구조를 가진 해양 내부를 통과하며 발생 지점에서 멀리 떨어진 곳까지 영향을 미칠 수 있다.

주요 반일주기 M2 조석*으로 인해 전 지구적 해양에 약 2.4 테라와트의 에너지가 추가된다. 관측 자료에 따르면 이 에너지의 약 70%는 얕은 해양에서, 약 30%는 심해에서 소산되는 것으로 추정된다. 현재 전 세계 조석 모델은 수위를 상당히 정확하게 시뮬레이션할 수 있지만, 에너지 균형은 이러한 관측 결과와 일치하지 않는 경우가 많다.
*반일주기 M2 조석: 바닷물의 높낮이 변화(조석) 현상 중에서 약 12.42시간(하루에 약 두 번)을 주기로 반복되는 가장 대표적인 달(M)에 의한 파동 요소를 의미

모델에 누락된 힘

호주국립대학교(ANU)의 루웨이 양(Luwei Yang) 박사 연구팀은 이러한 불일치의 원인을 규명하기 위해 연구를 진행했다. 연구팀은 M2 조석에 대한 선형 단일층 전 세계 모델을 사용하여 지금까지 모델에 반영되지 않았던 한 가지 효과를 추가했다. 이 효과는 내부 조석이 발생 지점에서 전파되어 해저면의 압력 변화를 통해 대규모 표층 조석에 영향을 미칠 때 발생한다.

조류와의 상대적인 위상 관계는 매우 중요하다. 위상이 일치하는 성분은 표층 조석에서 직접 에너지를 흡수한다. 반면 90도 위상차가 있는 성분은 조석 주기 동안 순 작업을 수행하지는 않지만, 조류의 진폭을 변화시켜 간접적으로 전체 에너지 균형에 영향을 미친다. 기존의 매개변수화 방식은 주로 첫 번째 구성 요소만을 고려한다.

연구진은 해저 마찰, 동위상 파력, 위상차가 있는 파력을 체계적으로 변화시키면서 실험을 진행했다. 또한, 격자 간격을 1도에서 0.125도까지 다양하게 설정하여 동일한 물리 법칙이 거친 전역 모델 격자와 훨씬 미세한 전역 모델 격자 모두에서 일관된 해를 도출하는지 검증했다. 

에너지 균형, 관측값과 일치

위상차가 있는 파력을 고려하지 않았을 때, 연구팀은 나머지 마찰 매개변수들의 어떤 조합도 조석 에너지, 총 에너지 손실, 그리고 파랑에 의한 소산의 기여도를 정확하게 나타낼 수 없다는 것을 발견했다. 모델은 총 에너지 손실을 상당히 과대평가했다. 위상차가 있는 파력을 추가하자, 이 값은 3.0 테라와트 이상에서 2.4 테라와트로 감소하여 관측값 범위 내에 들어왔다.

공간 분포 또한 변화했다. 전역 에너지 균형에서 얕은 해양 지역의 소산은 1.98 테라와트에서 1.67 테라와트로, 심해에서는 1.27 테라와트에서 0.80 테라와트로 감소했다. 특히 심해의 내부 조류가 발생하는 대형 해령과 같은 곳에서 강한 변화가 관찰되었다.

이는 해상도가 낮은 모델에서도 마찬가지

새로운 접근 방식은 조사된 모든 모델 해상도 범위에서 효과적이었다. 해상도가 낮은 격자에서는 위상 편이된 힘을 더 강하게 매개변수화해야 했고, 해상도가 높은 격자에서는 더 약하게 매개변수화해야 했다. 이는 해상도가 높은 모델일수록 소규모 해저 지형과의 상호작용을 더 잘 포착한다는 저자들의 설명과 일치한다.

이러한 힘을 고려하지 않은 기존 모델은 해상도가 높아질수록 계산된 수위 오차를 줄이는 데는 성공했지만, 가장 세밀한 격자에서도 전반적인 에너지 균형은 여전히 ​​일관성이 없었다. 따라서 추가적인 매개변수화는 전 지구적 조석 현상을 장기간에 걸쳐 시뮬레이션하거나 다른 복잡한 해양 과정과 함께 시뮬레이션해야 하는 경우 특히 유용할 수 있다.

모델은 여전히 ​​단순화되어 있다.

본 연구는 내부 조석 자체를 직접적으로 계산하는 것이 아니라, 조석의 피드백을 수학적으로 모델링했다. 또한, 모델은 선형적으로 작동하고, 지구 자체 중력과 응력을 단순화하여 처리하며, 비선형 이류를 고려하지 않았다. 이러한 단순화는 조류가 강하고 비선형 효과가 더 두드러지는 얕은 대륙붕 지역에서 특히 중요하다.

 

연구 결과는 주로 전 지구적 조석 모델의 물리적 에너지 균형에 관한 것이다. 그러나 이러한 균형을 보다 현실적이고 계산 효율적인 방식으로 표현하면 과거 조석을 재구성하고 미래 변화를 더욱 신뢰할 수 있게 조사하는 데 도움이 될 수 있다.

출처:
지구물리학 연구 서신(Geophysical Research Letters)에 게재된 원 연구 논문, doi: 10.1029/2026GL123598
호주국립대학교(ANU) 공식 연구 발표 자료

[더사이언스플러스=문광주 기자]

[저작권자ⓒ the SCIENCE plus. 무단전재-재배포 금지]