침강 (해양학)

[섬네일|북반구에서의 연안 침강(coastal downswelling) 모식도. 바람과 [에크만 수송의 방향이 보인다. 흰색 화살표는 바람, 파란색은 에크만 수송, 빨간색은 하강류를 의미한다.|308x308픽셀]]
**침강**() 또는 **하강류**는 유체 내에서 유체 덩어리(수괴)가 염분, 온도, pH와 같은 그 특성 때문에 아래로 이동하는 현상이다. 이는 유체의 상향 이동인 용승과 밀접한 관련이 있다.

침강이라는 단어는 지질학에서 가장 흔하게 사용되지만, 해양학을 포함한 다양한 지구 현상을 설명하는 데에도 사용된다. 여기에는 대기학, 담수 시스템 내의 이동 등이 포함된다. 이 문서에서는 해양 침강과 이가 해양 순환 및 생물지구화학적 순환에 미치는 중요한 영향에 대해 설명한다.

물이 침강되는 원인에는 주로 세 가지가 있다. 염분, 온도 등의 변화로 수괴의 밀도가 커지거나 지형에 부딪히거나 고기압성 바람에 의해 해수면이 주변보다 높아지거나.

침강은 해양 생물에 중요한 영향을 미친다. 표층수는 일반적으로 심층수에 비해 영양소 함량이 낮다. 이는 유광층에서 영양소를 사용하는 일차생산량 때문이다. 그러나 표층수는 광합성 및 해수면 가스 교환으로 인해 심해에 비해 산소 함량이 높다. 물이 아래로 이동하면 산소가 표면 아래로 유입되어 부패하는 유기체에 의해 사용된다. 침강 현상은 아래로부터의 영양소 공급 부족으로 인해 표층 해양의 낮은 일차생산량을 동반한다.
## 원리

### 밀도 증가
밀도 증가에 의한 침강은 해양의 밀도 변화로 인해 수괴가 가라앉는 현상이다. 표층 해양의 밀도 변화는 주로 증발, 강수, 가열, 냉각, 해빙, 결빙 또는 강물 유입이나 염분 제거와 같은 이유로 일어난다. 특히 대류는 전지구적 열염순환(또는 심층 순환)의 원동력이다. 수괴가 아래로 이동하려면 해당 덩어리의 밀도가 증가해야 하므로 증발, 냉각 및 염분 제거는 밀도 증가에 의한 침강을 일으키는 과정이다.

### 에크만 수송
섬네일|155x155픽셀|에크만 수송 모식도

에크만 수송은 바람 응력과 코리올리 효과로 인해 발생하는 해수의 평균적 움직임이다. 바람이 해수면과 평행하게 불면 마찰력이 발생하여 최상층 표층수를 함께 끌고 간다. 지구의 자전으로 인해 이러한 표층 해류는 바람 방향에 대해 45°로 발달한다. 이가 여러 에크만 층 사이에서 반복되어 에크만 나선을 이룬다. 결국 바람에 대한 평균적 흐름의 방향은 북반구에서는 바람 응력의 오른쪽 90°, 남반구에서는 왼쪽 90°가 된다.

에크만 수송은 아열대 환류의 무역풍과 편서풍 사이에 물을 쌓아 올리거나 물을 해안에 부딪히게 한다. 증가된 표층수 질량은 물을 아래로 밀어내는 고압 영역을 생성한다. 또, 해안에 부딪힌 물은 더 이상 갈 곳이 없으므로 침강하게 되고 이것이 위쪽 모식도에 나와있는 연안 침강(coastal downswelling)이다. 에크만 수송은 지속적인 바람 동안 긴 수렴 영역을 생성하여 랭뮤어 순환을 만들 수도 있다.
섬네일|239x239픽셀|북반구에서의 수렴으로 인한 침강 모식도

### 고기압성 바람
북반구에서는 고기압성 바람이 시계 방향으로 도는데, 이로인한 에크만 수송의 방향은 오른쪽으로 90도이기 때문에 해수는 안쪽으로 수렴하게 된다. 해수가 수렴하여 해수면이 높아지면 압력이 높아지고 결국 물이 침강하게 된다. 기압과 해수면 사이의 관계도 측정된 바가 있다. 기압이 1hPa 감소할 때마다 해수면은 약 1cm 상승한다.

저기압성 바람이 반시계 방향으로 돌 때에는 고기압의 반대로 작동한다. 에크만 수송의 방향이 바깥쪽을 향하여 해수가 발산하고, 표층수가 발산하므로 표층수가 있던 곳을 채우기 위해 아래에 있던 물이 올라는 용승이 일어난다.

## 밀도 증가에 의한 침강

밀도는 냉각, 증발, 그리고 해빙 형성으로 인한 염분 제거를 통해 증가한다. 밀도 증가는 다양한 공간 및 시간 규모에서 발생한다.

외해에서는 밤에 냉각과 혼합층의 심화가 일어나고, 낮에는 해양이 재성층화되는 지역이 있다. 연간 주기로는 가을에 광범위한 냉각이 시작되며, 대류 혼합층의 심화는 해양 내부로 수백 미터에 이를 수 있다. 이에 비해 바람에 의한 혼합층 깊이는 150m로 제한된다.

대규모 증발 현상은 대류를 유발할 수 있지만, 증발과 관련된 잠열 손실이 보통 지배적이며, 겨울에는 이 과정이 지중해 심층수 형성을 유발한다. 일부 특정 지역, 즉 그린란드해, 래브라도해, 웨들해, 로스해에서는 심층 대류(>1000m)가 전지구 해양 심층수의 대부분을 산소화하고 열염순환을 구동한다.

## 바람에 의한 침강
섬네일|320x320px|다섯 개의 아열대 환류 (해양학)를 보여주는 지도.

### 아열대 환류
아열대 환류는 우리가 관찰하는 침강 중 가장 큰 규모로 작용한다. 각 해분(ocean basin)의 북쪽과 남쪽에서 바람이 서로 반대 방향으로 불어 에크만 수송이 물을 해분 중앙으로 이동시킨다. 이 움직임은 물을 쌓아올려 환류의 중심에 고압 영역을 생성하고, 경계에 저압을 형성하며, 혼합층을 심화시킨다. 행성이 회전하지 않았다면 이 영역의 물은 바깥으로 확산되었을 것이다. 그러나 코리올리 효과 때문에 물은 북반구에서는 시계 방향으로, 남반구에서는 반시계 방향으로 회전하여 환류를 생성한다. 회전하는 동안 고압 영역은 물을 아래로 밀어내어 침강를 발생시킨다. 해양 환류와 관련된 일반적인 하강 속도는 연간 수십 미터 정도이다.

### 연안 침강
연안 침강는 바람이 해안과 평행하게 불 때 발생한다. 이러한 바람에서는 에크만 수송이 물의 이동을 해안 쪽으로 또는 해안에서 직접 멀어지게 한다. 에크만 수송이 물을 해안 쪽으로 이동시키면 해안선이 장벽 역할을 하여 표층수가 육지에 쌓이게 한다. 쌓인 물은 아래로 밀려 내려가면서 따뜻하고 영양소가 부족하며 산소가 풍부한 물을 혼합층 아래로 유입시킨다.

### 랭뮤어 순환
랭뮤어 순환은 바람으로부터 발생하며, 에크만 수송을 통해 해양 표면에 수렴과 발산이 번갈아 나타나는 영역을 생성한다. 태평양 거대 쓰레기 지대와 같이 떠다니는 부유물 축적물의 긴 띠로 표시되는 수렴 영역에서는, 표층수를 혼합층 바닥으로 운반하는 일관된 와류가 발생한다. 또한, 혼합층 바닥에서의 직접적인 바람 교반 및 해류 층밀림 변형력은 불안정성과 난류를 생성하여 혼합층 내부 및 바닥에서 특성을 더욱 혼합시킬 수 있다.

## 다른 해양 특징과의 연관성

### 와류
섬네일|북반구의 온수성 와류. 시계 방향 물 회전, 등밀도면 하강, 와류 중심의 낮은 생산성을 보여준다.
메조스케일(>10-100km) 및 서브메조스케일(

## 외부 링크
바람에 의한 표층 해류: 용승과 침강 배경

분류:해양학
분류:기상 현상