신문은 선생님

1912년 4월 10일 영국 사우샘프턴을 떠나 미국 뉴욕으로 가던 여객선 타이태닉호가 빙산과 충돌해 가라앉고 말았어요. 북대서양을 횡단하는 가장 큰 여객선이었던 타이태닉호에는 2223명이 타고 있었는데, 이 사고로 많은 사람이 죽고 706명만 구조됐어요.

이 사고로 미국에서는 선박에 무선통신 설비와 보조 전력을 의무적으로 설치하도록 했고, 북대서양에 있는 빙하를 추적하기로 했어요. 무엇보다 흥미로운 사실은 이 사고 때문에 해양 탐사 기법이 발전했다는 점이랍니다.

잠수함 탐지하고 어업에 쓰이기도

당시 캐나다의 발명가인 레지널드 페센든(1866~1932)은 소리가 반사돼 돌아오는 메아리를 이용해서 빙산의 위치를 알아내는 방법을 연구하고 있었어요. 그는 1900년 라디오로 음성을 전송한 데 이어 1906년에는 대서양을 사이에 두고 미국과 유럽 사이의 쌍방향 무선 전신에 성공했는데요. 이후 타이태닉호의 침몰 소식을 들은 거예요. 그는 1914년 수중 음파 탐지기인 '소나(SO NAR·Sound Navigation And Ranging)'라는 장치를 발명합니다. 소나의 작동 원리는 간단해요. 종(鐘)을 바닷속에 넣고 소리를 내면 음파가 사방으로 퍼질 거예요. 만약 빙하가 있다면 퍼져 나간 종소리는 빙하에 부딪혀 되돌아오겠지요. 그러면 수중 마이크가 소리를 감지하고 빙하의 위치를 알려 주는 거예요. 소나 덕분에 북대서양을 다니는 배들은 어두운 밤이나 안개 낀 날씨에도 빙하를 피할 확률이 높아졌어요.

그런데 소나의 성능에 관심을 둔 사람들은 또 있었어요. 바로 군대였어요. 소나를 이용하면 적군 잠수함을 찾아낼 수 있었던 거예요. 음파가 장애물에 부딪혀 되돌아오는 원리를 이용해 해저 지형을 알아낸 뒤, 아군 잠수함을 바다 밑에 있는 산 뒤에 숨길 수도 있었지요. 소나는 물고기를 잡는 데도 이용할 수 있었어요. 50㎑의 음파를 사용하면 물고기 떼가 어디에 있고 큰 물고기가 몇 마리 있는지도 알 수 있어요. 그보다 높은 주파수를 쓰면 물고기 떼 전체를 파악하기 힘들고, 낮은 주파수를 쓰면 산맥 같은 큰 규모만을 파악할 수 있다고 해요. 이렇게 어업에 쓰이는 것을 '어군탐지기'라고 해요. 또 소나 탐지기는 바다 밑 석유가 매장된 지역인 해저 유전(油田)을 찾는 데도 쓰이는데요. 석유나 천연가스가 매장된 지역은 특유의 '배사(背斜·산봉우리처럼 볼록하게 올라간 부분)'구조 모양을 하고 있어요. 이 모양을 음파로 찾는 거죠.

소나 탐지기의 발달 과정

소나 탐지기의 발달 단계를 좀 더 자세히 알아볼까요. 1920년에는 본격적으로 바다의 깊이를 재기 위해 음향측심기가 개발됐어요. 페센든이 처음 만든 장치는 소리가 사방으로 퍼져 나갔지만, 음향측심기는 정지한 배에서 바다 아래로 소리를 보내 되돌아오는 시간을 재서 그 지점의 깊이를 알아냈어요. 속도는 거리를 시간으로 나눈 값이니, 소리가 되돌아오는 시간만 정확하게 잴 수 있다면 바다의 깊이를 알 수 있는 것이죠. 물속에서 소리의 속도는 얼마일까요? 과학자들은 이미 1827년 물속에서 소리가 전달되는 속도를 알아냈답니다. 수중에서 소리의 속도는 1초당 1480~1590m로 염분·수온·수압에 따라 조금씩 달라요. 이는 공기 중에서 퍼지는 소리의 속도(약 340㎧)보다 5배 정도 빠른 거예요.

1970년대 과학자들은 한층 더 발전한 정밀 음향측심기를 만들었어요. 그전에는 배를 한곳에 멈춘 뒤 깊이를 재고, 조금 더 가서 멈추고 깊이를 재는 일을 반복해야 했어요. 하지만 정밀한 측정을 위해 측정 간격을 좁히면 시간이 너무 오래 걸렸고, 그렇다고 간격을 넓혀 측정하면 정밀한 해저 지도를 그릴 수 없다는 단점이 있었어요. 과학자들은 이와 같은 점을 보완해 배가 움직이면서 바다의 깊이를 연속으로 잴 수 있는 기계를 만들었어요.

1980년대에는 음향측심기 120개를 빗자루처럼 펼쳐 밑바닥을 훑고 지나가며 바다 깊이를 측정하는 '사운드 빔'을 개발했어요. 이 장치는 컴퓨터와 연결돼 더욱 정확한 해저 지도를 만들 수 있게 됐지요.

해수면의 높낮이와 해저 지형

바닷가에서 수평선을 보면 아주 평평해 보이지요? 하지만 바다 표면은 보기와 달리 평평하지 않아요. 바람, 조석(潮汐), 해류, 지역마다 다른 중력값 때문에 해수면에도 굴곡이 있어요. 더 놀라운 사실은 해수면의 굴곡과 해저 지형 사이에 깊은 관계가 있다는 점이에요. 즉 바다 표면이 위로 불룩 솟은 곳은 해저에도 솟은 산이 있고, 해수면이 낮은 곳은 해저에 계곡이 있다는 거죠.

그래서 과학자들은 바다 밑이 아닌 해수면을 정밀하게 측정해서 해저 지형을 파악하는 방법을 고안했어요. 바로 인공위성을 이용하는 거예요. 1980년 미국에서 발사된 인공위성 '시샛(Seasat)'이 세계 최초로 해수면의 높이를 측정했어요. 이후에도 인공위성 여러 개가 해수면 높이를 측정했고, 이를 바탕으로 해저 지형을 알게 됐지요. 연구에 따르면, 수심이 1000m 깊어지면 해수면이 평균 4m 정도 낮아진다고 합니다.

이와 같은 방법으로 과학자들은 해저에도 육지처럼 산·화산·계곡·평야가 있고, 대서양을 남북으로 가로지르는 해저 산맥이 있다는 사실을 알게 됐어요. 대서양과 대륙이 만나는 부분에는 큰 지진이나 화산 활동은 없지만, 얕은 바다에 퇴적물이 쌓여 두꺼운 퇴적층이 발달해 있었어요. 이렇게 인간은 바닷속에 들어가지 않고도 소리와 인공위성을 이용해 해저 지형을 알아낸답니다.


[해수면의 높이를 재는 위성들]

1992년에 발사된 '토펙스 포세이돈' 위성, 2016년 발사된 3개의 '제이슨' 위성, 2020년 발사된 '센티넬 6호'는 해수면을 감시하는 5대 위성이에요. 해양 위성은 이제 해수면의 높이를 재는 대신 기후변화를 감시하는 임무를 맡고 있어요. 해수면이 상승하는 이유는 극지방의 빙하가 녹거나 바닷물의 온도가 높아져 부피가 팽창하기 때문이에요. 모두 기후변화 때문에 생기는 일이죠. 위성들이 해수면을 감시한 1993년 이후 해수면은 매년 평균 3.2㎜씩 상승하고 있다고 해요.