해수의 염류와 염분 (염분비 일정 법칙)

염류(鹽類, salts)

지구계에서 수권은 97.47%의 해수와 2.53%의 담수(談水)로 이루어져 있는데요, 담수와 구별되는 해수의 특성을 하나 꼽자면 짠맛이 난다는 것입니다.

 

해수에서 짠맛이 나는 이유는 바로 염류 때문인데요, 염의 개념에 대해서 중학교 과학 과정에서는 제대로 배우지 않으므로 단순하게 소금이라고 생각을 하는 학생들도 더러 있습니다만 일단 지구과학에서 기본적으로 염류라는 것은 해수에 녹아 있는 여러 가지 물질이라고 이해를 하면 됩니다. 조금 더 나아가자면 사실 염(salt)이라는 것을 이해하려면 화학에서 배워야 하는데 산과 염기가 만나 생성되는 것이라고 간단하게 알고 넘어가도 되겠습니다.

 

지각(crust)의 강물이 흘러서 해양으로 유입이 되는데요, 이 과정에서 염류라는 것의 기원은 지각의 여러 물질들이 강물에 녹아 바다로 유입되는 것과 염소와 황 등 해저 아래에 있는 성분들이 화산 활동으로 인해 분출되는 화산 가스가 됩니다.

 

기억할 내용으로는 염류에는 염화나트륨이 가장 많은 비중을 차지하고 염화 마그네슘이 두 번째 비중을 차지하고 있습니다.

 

• 염화나트륨(NaCl) : 소금의 주성분, 짠맛, 염류 중 가장 많다.
• 염화 마그네슘(MgCl2) : 간수의 주성분, 쓴맛, 염류 중 두 번째로 많다.

 

간수라는 것은 쓴맛을 내기 때문에 천일염에서 간수를 빼주면 마그네슘이 없어지므로 쓴맛이 없어지게 되죠. 그리고 다들 아시겠지만 간수라는 것은 두부를 만들 때 콩물에 넣어주면 단백질을 서로 응집되고 응고되게 만들어 주는 것입니다.

 

염분(Salinity)

염분이라는 것은 해수 1000g (1kg) 속에 녹아 있는 염류의 총량을 g 수로 나타낸 것으로 아래와 같이 표현이 될 수 있습니다.

 

염분 = 염류의 질량(g) / 해수의 질량(g) x 1000

 

단위로는 psu(실용염분단위, practical salinity unit)와 퍼밀(‰, per mil)을 사용합니다. 퍼밀은 단어를 보면 의미가 바로 보이죠. per mille, 즉 천당 얼마냐를 나타냅니다. 백분율을 생각하면 단위가 쉽게 이해가 될 것인데요, 염분에 대해서는 요즘은 해수 1kg당 얼마의 염류가 들어 있는지를 따지는 천분율, 즉 퍼밀을 잘 사용하지 않고 대부분 psu를 쓴다고 생각을 하면 됩니다. 참고로 psu는 피 에스 유라고 그대로 읽으면 되고요, 15℃, 1atm 상태에서 해수에 전류를 흘린 다음에 전기전도도를 측정하여 산출하기 때문에 퍼밀과 비슷한 값을 나타내지만 동일한 값을 의미하는 것은 아닙니다. 측정 자체가 전기전도도를 측정하는 것과 질량의 비율인 차이가 있기 때문입니다.

 

전 세계 해수의 평균 염분은 35 psu인데요, 쉽게 이해를 하자면 해수 1000g당 염류 35g이 녹아 있다는 것이고, 해수는 물 965g과 염류 35g으로 구성되어 있다는 뜻이 됩니다.

 

염분에 영향을 미치는 요인

염분은 증발량과 강수량과 같은 기후 요인, 육지로부터 유입되는 담수의 양을 결정짓는 지형 요인, 그리고 해빙과 결빙에 의해 영향을 받는데요, 테이블로 정리를 해보면 아래와 같이 됩니다.

 

염분 영향 요인	염분	지역
증발량 > 강수량	염분 ↑	중위도 (건조한 기후)
증발량 < 강수량	염분 ↓	저위도 (높은 강수량)
담수 유입량 ↑	염분 ↓	황해 > 동해
담수 유입량 ↓	염분 ↑
해빙 (빙하가 녹는 지역)	염분 ↓	고위도 (극지방)
결빙 (해수가 어는 지역)	염분 ↑

 

사실 위 테이블의 내용은 우리가 이걸 기억하려고 노력하거나 암기하지 않아도 그냥 직관적으로 알 수 있는 사항이죠. 증발량이 강수량보다 많다면 염분은 올라가고, 그 반대면 내려갑니다. 담수가 바다로 유입되는 양이 많으면 염분은 떨어지고, 그 반대면 올라가죠. 빙하가 녹으면 염분은 내려가고, 해수가 어는 곳이면 염분이 올라갑니다. 여기서 한 가지 함께 기억해 두면 좋은 내용으로 우리나라의 경우 담수 유입량이 많은 황해가 동해보다 염분이 낮다는 것, 강수량이 많은 여름이 겨울보다 염분이 낮다는 것입니다. 동해가 황해보다 짜고, 겨울에 여름보다 더 짜다고 생각하면 됩니다. 참고로 우리나라 주변 바다의 평균 염분은 33 psu로 전 세계의 평균 염분인 35 psu보다 낮은 편입니다.

 

salinity map, 해양 염분 지도, 출처: sciencelearn.org.nz

 

위 이미지를 보면 지역별로 염분의 차이를 볼 수가 있습니다. 여기서 단위가 ppt로 되어 있는데 part per thousand로 퍼밀이나 psu와 같은 의미로 이해를 하면 됩니다. 참고로 사해가 있는 지역에 보면 시뻘겋게 되어 있죠. 염분이 아주 높다는 것입니다. 참고로 이스라엘과 요르단 사이에 걸쳐 있는 사해의 경우에 염분이 200 psu 이상입니다.

 

 

염분비 일정 법칙 (Law of the regular salinity ratio)

지역이나 계절에 따라서 해수에 포함되어 있는 염류의 양, 즉 염분은 다르게 됩니다. 하지만 북극해든 대서양이든 태평양이든 홍해든 인도양이든 어느 바다에서도 전체 염류에서 각 염류가 차지하는 비율은 일정한데요, 이것을 염분비 일정 법칙이라고 합니다. 이유는 해수가 오랜 시간을 순환을 하면서 서로 골고루 섞이기 때문인데요, psu가 다르더라도 염화나트륨, 염화 마그네슘, 황산 마그네슘, 황산 칼슘 등의 각 염류들은 일정한 비율을 유지하게 됩니다.

 

계산하는 예를 하나 들기 위해서 만약에 아래와 같은 데이터가 있다고 해봅시다.

 

바다	염분	1kg 속 염화 나트륨	1kg 속 염화 마그네슘
A	33psu	30g	y
B	x	60g	10g

 

위에서 우리가 x와 y를 알고 싶다면 염분비 일정 법칙을 이용하여 아주 쉽게 구할 수가 있습니다.

 

우선 B의 염분은 A의 2배가 되어야 하므로 66 psu가 됩니다. 계산은 아래와 같이 됩니다. 사실 그냥 단순하게 A와 B의 염화 나트륨의 비율이 1:2이므로 1:2가 되면 되는 것입니다.

 

33 : 30 = x : 60

33 : x = 30 : 60

 

자, 그르면 y도 쉽게 계산이 되죠. 5g이 됩니다.

 

33 : y = 66 : 10

30 : 60 = y : 10

 

어떻게 계산을 하든 염분 : 염화 나트륨 : 염화 마그네슘의 비율은 33 : 30 : 5 가 되는 것이고요, A : B = 1 : 2가 되는 것을 이용하면 됩니다. 사실 염분비 일정 법칙이라는 개념만 알고 있으면 이해할 것도, 암기를 할 것도 없는 아주 단순한 비례 관계일 뿐입니다.