바다 스프레이

바다 공기를 이 기사로 통폐합하자는 의견이 제기되었다. (토론) 2021년 7월부터 제안.

바다 스프레이는 바다에서 형성된 에어로졸 입자로, 주로 공해상 인터페이스에서 거품이 터지면서 지구 대기로 방출된다.^[1] 바다 스프레이는 유기물과 해염 에어로졸(SSA)을 형성하는 무기 염분을 모두 함유하고 있다.^[2] SSA는 구름 응축 핵(CCN)을 형성하고 대기에서 인공 에어로졸 오염물질을 제거하는 기능을 가지고 있다.^[3]

바다 스프레이는 지구 기후 패턴과 열대성 폭풍 강도에 영향을 ^[4][5]미치며 대기와 해양 사이의 상당한 수준의 열과 수분 유량을 직접적으로(그리고 간접적으로 SSA를 통해) 책임진다.^[6] 바다 스프레이는 해안 생태계의^[7] 식물 성장과 종 분포에도 영향을 미치고 해안 지역의 건축자재 부식을 증가시킨다.^[8]

세대

포메이션

바람과 화이트캡, 부서지는 파도가 바다 표면으로 공기를 섞으면 공기는 다시 뭉쳐 거품을 만들고, 수면 위로 떠오르며, 공해상 인터페이스에서 터진다.^[9] 이들이 터지면 최대 1000개의 분무기를 방출하는데,^[9][10] 이 분무기는 나노미터에서 마이크로미터까지 크기가 다양하고 해수면에서 최대 20cm까지 배출할 수 있다.^[9] 필름 방울은 초기 폭발에 의해 생성된 작은 입자의 대부분을 차지하고, 제트 방울은 거품 공동의 붕괴에 의해 생성되어 수직 제트기의 형태로 해수면에서 배출된다.^[11][10] 바람이 부는 조건에서는 부서지는 파도의 볏에서 물방울이 기계적으로 뜯겨나간다. 이러한 메커니즘을 통해 생성되는 바다 분무 물방울을 스팀 물방울이라고 하며, 일반적으로 크기가 더 크고 공기 중 체류 시간이 짧다. 바다 표면에서 떨어지는 파도의 충돌은 또한 물방울의 형태로 바다 스프레이를 발생시킨다. 바다 스프레이의 구성은 주로 그것이 생산되는 물의 구성에 달려 있지만, 대체로 소금과 유기물이 혼합된 것이다. 몇 가지 요인은 바다 분무의 생산 유량을 결정하는데, 특히 풍속, 팽창 높이, 팽창 주기, 습도, 그리고 대기와 지표수 사이의 온도 차이다.^[13] SSA의 생산과 크기 분배율은 따라서 혼합 상태에 민감하다.^[14] 해수 스프레이 생성의 덜 연구된 영역은 바다 표면에 대한 빗방울 충격의 결과로서 해수 스프레이의 형성이다.^[10]

공간변동

바다 스프레이 형성에 영향을 미치는 국지적 조건 외에도 바다 스프레이 생산과 구성에서 일관된 공간 패턴이 존재한다. 바다 스프레이는 공기가 바다에 섞일 때 발생하기 때문에 지표수의 난류에 의해 형성 구배가 형성된다.^[13] 연안 해안선을 따라 일어나는 파동 작용은 일반적으로 난기류가 가장 큰 곳이기 때문에 해수 스프레이 생산량이 가장 높은 곳이다. 난류 해안 지역에서 발생하는 입자는 행성 경계층 내에서 25km까지 수평으로 이동할 수 있다.^[13] 해안으로부터의 거리가 감소함에 따라, 바다 스프레이 생산량은 거의 백색 캡에 의해 유지되는 수준으로 감소한다.^[13] 상당한 해수 분무를 발생시킬 수 있을 정도로 난류하는 해수면 면적의 비율을 백색캡 분율이라고 한다.^[9] 개방된 바다에서 바다 분무의 다른 유일한 생산 메커니즘은 직접적인 바람 작용을 통해서인데, 강한 바람이 실제로 물의 표면 장력을 깨뜨리고 입자를 공중으로 끌어올린다.^[9] 그러나 이런 식으로 발생되는 바닷물의 입자는 대기에 매달려 있기에는 너무 무거운 경우가 많고 보통 수송의 수십 미터 이내에 바다로 다시 퇴적된다.^[9]

시간 변이

겨울 동안, 바다는 일반적으로 폭풍우치고 바람이 많이 부는 상황을 겪으며, 이는 바다에 더 많은 공기가 범람하고, 따라서 더 많은 바다 분무를 발생시킨다.^[15] 여름철이 더 평온해지면 바다 스프레이의 전반적인 생산량이 감소한다.^[15] 여름철 일차 생산성이 최고조에 달할 때, 해양 표면의 유기물 증가는 이후 해수 분무의 증가를 촉진한다. 바다 스프레이가 생성된 물의 성질을 유지한다는 점에서, 바다 스프레이의 구성은 극한의 계절적 변화를 경험한다. 여름 동안 용해된 유기 탄소(DOC)는 바다 분무 질량의 60-90%를 차지할 수 있다.^[15] 폭풍우가 몰아치는 겨울철에는 훨씬 더 많은 바다 스프레이가 생산되지만, 1차 생산량이 적어 구성물은 거의 모두 소금이다.^[15]

유기물

바다 스프레이 속의 유기 물질은 용해된 유기 탄소^[16](DOC)와 심지어 박테리아나 바이러스 같은 미생물 그 자체로도 구성되어 있다.^[17] 바다 스프레이에 함유된 유기물질의 양은 미생물학적 과정에 따라 달라지지만,^[18] 이러한 과정의 총효과는 아직 알려져 있지 않다.^[19][20] 엽록소-a는 해수 스프레이에서 1차 생산과 유기물 함량을 대행하는 역할을 하는 경우가 많지만, 용해된 유기 탄소 농도를 추정하는 신뢰성은 논란이 되고 있다.^[20] 바이오매스는 종종 바이러스 감염에 의해 야기되는 조류 세포의 죽음과 투석을 통해 바다 스프레이로 유입된다.^[19] 세포는 용해된 유기탄소로 분해되어 표면의 거품이 터지면 대기 중으로 추진된다. 여름철 일차 생산성이 최고조에 달할 때 녹조는 엄청난 양의 유기 물질을 생성해 결국 바다 스프레이로 통합될 수 있다.^[15][19] 적절한 조건에서 용해된 유기탄소의 집적은 계면활성제나 바다거품을 형성할 수도 있다.

기후 상호작용

강풍 시 방울 증발층(DEL)은 바다의 표면 에너지 열 교환에 영향을 미친다.^[21] 드롭레 증발층에서 발생하는 해수 분무의 잠열 유량은 기후 모델링 노력에 중요한 추가 요소로, 특히 강풍 이벤트 동안 형성된 허리케인 및 사이클론과 관련된 공기/해상 열 균형을 평가하는 시뮬레이션에서 언급되었다.^[5] 화이트캡이 형성되는 동안 바다 스프레이 물방울은 바다 표면과 같은 성질을 보이지만 주변 공기에 빠르게 적응한다. 일부 바다 분무 물방울은 즉시 바다로 재흡수되는 반면, 다른 것들은 완전히 증발하여 디메틸황화물(DMS)과 같은 소금 입자를 난류를 통해 구름 층으로 운반되어 구름 응축 핵의 역할을 할 수 있는 대기에 기여한다.^[14] 디메틸황화물과 같은 이러한 구름 응축 핵의 형성은 구름 형성에 대한 영향과 태양 복사와의 상호작용 때문에 기후에도 영향을 미친다.^[14] 또한, 대기에 대한 해수 스프레이 DMS의 기여는 전지구적 유황 사이클과 연관되어 있다.^[22] 바다 스프레이와 같은 자연적 원천으로부터의 총체적 강제력을 이해하면 인공적인 영향력에 의해 야기되는 중요한 제약조건을 조명할 수 있고 미래의 해양과 대기의 가변성을 예측하기 위해 해양 화학, 생물학, 물리학과 결합될 수 있다.^[14]

바다 분무에서 유기 물질의 비율은 반사율에 영향을 주고 SSA의 전반적인 냉각 효과를 결정하며,^[19] SSA가 구름 응축 핵(17)을 형성할 수 있는 용량을 약간 변경할 수 있다. SSA 수준의 작은 변화라도 지구 방사능 예산에 영향을 미쳐 지구 기후에 영향을 미칠 수 있다.^[19] SSA는 낮은 알베도를 가지고 있지만, 어두운 바다 표면 위에 겹쳐진 그것의 존재는 들어오는 태양 복사의 흡수 및 반사율에 영향을 미친다.^[19]

엔탈피 플럭스

해수 스프레이가 지표면 열과 습기에 미치는 영향은 공기와 해수 온도 차이가 가장 큰 시기에 최고조에 이른다.^[21] 공기 온도가 낮을 때 해수 스프레이 감지 열유속은 높은 위도에서 분무 잠열유속만큼 클 수 있다.^[5] 또한 해상경계층의 온도 및 습도 재분배 결과 강풍 시 해상경계층의 공기/해상 엔탈피 유속이 강화된다.^[6] 공기 중으로 분사되는 바다 분무 물방울은 질량의 1%까지 평형화된다. 이는 해양 재진입 전에 지각 열을 추가함으로써 상당한 엔탈피 입력의 잠재력을 향상시킨다.^[6]

동적 효과

대기 경계층에서 바다 스프레이 수송의 영향은 아직 완전히 파악되지 않았다.^[10] 바다 분무 방울은 바람에 의해 가속되고 감속됨으로써 공해 운동량을 변화시킨다.^[10] 허리케인 세력의 경우, 대기/해상 모멘텀 플럭스가 다소 감소하는 것이 관찰된다.^[9] 이러한 모멘텀 플럭스의 감소는 공기/해상 항력 계수의 포화로 나타난다. 일부 연구에서는 공기/해상 항력 계수 포화의 잠재적 원인 중 하나로 스프레이 효과를 확인했다.^[23][24][25] 바다 분무가 대기 경계층에 상당한 양으로 존재할 경우 공기-해상 항력 계수의 포화로 이어진다는 것은 여러 수학적, 이론적 연구를 통해 밝혀졌다.^[26][27]

생태학

연안생태계

바다 스프레이로 인한 염분 침적은 해안 생태계 내 식물군 분포에 영향을 미치는 1차 요인이다.^[28] 육지에 퇴적된 바다 분무의 이온 농도는 칼륨이 바다 분무에서 더 높은 경우가 많다는 점을 제외하고는 일반적으로 바다에서의 농도를 반영한다.^[7] 육지의 염분 침적은 일반적으로 바다로부터 거리에 따라 감소하지만 풍속이 증가함에 따라 증가한다.^[7] 바다 스프레이로 인한 염분 침적은 식물 높이 감소와 상당한 흉터 감소, 사격 감소, 줄기 높이 감소, 그리고 관목과 나무의 바람쪽에서의 조직 사망과 상관관계가 있다.^[29][30] 또한 소금 퇴적물의 변동은 식물들 사이의 경쟁에 영향을 미치고 소금 내성의 구배를 설정한다.^[29]

바다 스프레이 안에 있는 염분은 해안 생태계의 식물 성장을 심각하게 억제할 수 있지만, 소금에 강한 종을 선택한다면, 바다 스프레이는 또한 이러한 서식지에 중요한 영양소를 가져다 줄 수 있다. 예를 들어, 한 연구는 영국 웨일스의 바다 스프레이가 매년 헥타르당 약 32kg의 칼륨을 해안 모래 언덕에 배달한다는 것을 보여주었다.^[9] 사구 토양이 영양소를 매우 빨리 침출하기 때문에, 바다 스프레이 수정은 특히 영양소 제한 환경에서 경쟁력이 떨어지는 식물의 경우 사구 생태계에 큰 영향을 미칠 수 있다.

미생물군

바이러스, 박테리아, 플랑크톤은 바닷물 속 어디에나 존재하며, 이러한 생물 다양성은 바다 스프레이의 구성에 반영된다.^[13] 일반적으로 말해서, 바다 스프레이는 그것이 생산되는 물보다 미생물의 농도가 약간 낮다. 그러나, 바다 스프레이의 미생물 집단은 종종 근처의 물이나 모래 해변과 구별되기 때문에, 어떤 종들은 다른 종들보다 SSA 수송에 더 편중되어 있다는 것을 암시한다. 한 해변에서 뿜어져 나오는 바다 스프레이는 수천 개의 운영 분류 단위(OTU)를 포함할 수 있다.^[13] 거의 1만 개의 다른 OTU들이 샌프란시스코, CA, 몬테레이, 캘리포니아 사이의 바다 스프레이에서 발견되었고, 그 중 11%만이 보편적으로 발견되었다.^[13] 이는 모든 해안 지역의 바다 스프레이가 수천 개의 새로운 OTU를 아직 발견하지 못한 채 그들만의 독특한 미생물 다양성 조합을 가지고 있을 가능성이 있음을 시사한다. 더 일반적인 많은 OTU는 다음과 같은 세금에 의해 확인되었다. 크립토피타(주문), 스트라메노파일(주문),^[13] OM60(가족) 많은 것들이 심지어 다음과 같은 속에도 확인되었다. 페르시시하브두스, 플루비콜라, 시네코코쿠스, 비브리오, 엔테로코쿠스.^[13]

과학자들은 기상 시스템 위는 물론 상업용 항공로 아래는 지구 주위를 공중에 떠다니는 미생물들이 줄지어 돌고 있다고 추측했다.^[31] 이러한 초자연 미생물들 중 일부는 지상 먼지 폭풍에서 쓸려 올라오지만 대부분은 바다 스프레이에 있는 해양 미생물에서 유래한다. 2018년 한 과학자 팀은 지구 주변의 모든 평방미터에 매일 수억 개의 바이러스와 수천만 개의 박테리아가 축적된다고 보고했다.^[32][33]

내화학성

해수 스프레이는 풍부한 대기 산소와 습기가 있는 곳에서 염분이 부식 과정을 가속화하기 때문에 해안선 근처의 금속 물체의 부식을 크게 담당한다.^[8] 소금은 공기 중에 직접 용해되지 않고 미세한 미립자로 매달려 있거나 미세한 공기 중의 물방울에 용해된다.^[34]

염분 분무 시험은 재료 내구성 또는 부식에 대한 내성을 측정하는 것으로, 특히 재료가 야외에서 사용되며 기계적 하중 지지기 또는 기타 중요한 역할에서 수행되어야 하는 경우 특히 그러하다. 이러한 결과는 종종 해수 노출로 인해 부식 속도가 극도로 빨라지고 그에 따른 고장이 발생할 수 있는 해양 산업에 큰 관심을 가진다.^[35]

참고 항목

참조

외부 링크

위키미디어 커먼즈에는 씨 스프레이와 관련된 미디어가 있다.