조석 및 조석 역학

달과 태양의 중력은 예측 가능한 해수면 상승 및 하강의 리듬을 만들어내지만, 이러한 힘이 해안에서 관찰되는 다양한 조석 현상으로 전환되는 것은 해양 분지의 형태와 지구의 자전 때문입니다.

Definition

조석은 달과 태양의 중력 인력과 지구의 자전이 결합하여 발생하는 해수면의 주기적인 상승 및 하강이며, 조석 역학은 이러한 힘이 해양의 움직임을 어떻게 유도하는지 연구하는 학문입니다.

Scope

이 주제는 조석 발생력의 중력적 기원, 조석의 평형 이론 및 동역학 이론, 조석 예측에 사용되는 조화 성분, 해양 분지에서 회전하는 조석 시스템(무조점)의 형성, 얕은 바다에서의 조석 증폭, 그리고 그 결과로 발생하는 조류를 다룹니다.

Core questions

• 어떤 중력이 조석을 발생시키는가?
• 평형 이론이 실제 조석을 예측하는 데 실패하는 이유는 무엇이며, 동역학 이론은 무엇을 추가하는가?
• 조화 성분으로부터 조석은 어떻게 예측되는가?
• 조석의 범위와 시기가 장소마다 크게 다른 이유는 무엇인가?

Key theories

조석 발생력과 평형 조석

지구 전체에 걸친 달과 태양의 중력 인력 차이와 궤도 가속도는 조석 발생력을 생성하며, 이에 대한 이상적인 반응이 평형 조석입니다.

동역학 이론과 무조점 시스템

해양은 즉각적으로 반응할 수 없기 때문에, 조석은 파동으로 전파되며, 코리올리 힘에 의해 편향되고 분지에 의해 제한되어 거의 0에 가까운 범위의 무조점을 중심으로 회전합니다.

Mechanisms

달과 태양은 지구 전체에 걸쳐 다양한 중력을 행사하여 조석 융기를 생성합니다. 지구가 자전하고 천체들이 공전함에 따라 이러한 힘은 해양 분지를 통해 이동하는 조석파를 유도합니다. 해안선에 의해 제한되고 코리올리 힘에 의해 방향이 바뀌면서 파동은 회전하는 무조점 시스템을 형성하며, 얕은 바다와 만에서는 공명 현상이 조석 범위를 극적으로 증폭시킬 수 있습니다.

Clinical relevance

조석 예측은 항해, 항만 운영 및 해안 공학에 필수적입니다. 조류는 오염 물질과 영양분을 분산시키고, 혼합을 유도하며, 동력 생산을 위해 활용될 수 있는 에너지를 운반하고, 폭풍 해일과 결합하여 해안 홍수 위험을 결정합니다.

History

뉴턴은 조석 발생력과 평형 조석을 설명했습니다. 라플라스는 조석 동역학 방정식을 정립했고, 조지 다윈은 조화 분석을 개발했으며, 켈빈(윌리엄 톰슨)은 최초의 조석 예측기를 제작하여 오늘날에도 사용되는 정확한 조석 예측의 기반을 마련했습니다.

Key figures

• Isaac Newton
• Pierre-Simon Laplace
• George Darwin
• William Thomson

Seminal works

• pughWoodworth2014
• pinet2019

Frequently asked questions

하루에 보통 두 번의 만조가 발생하는 이유는 무엇인가?

조석 발생력은 지구의 달을 향하는 면과 그 반대편 면 모두에 물의 융기를 일으키므로, 지구가 자전함에 따라 대부분의 해안은 매일 두 번의 만조와 두 번의 간조를 겪게 됩니다.

사리와 조금은 무엇 때문에 발생하는가?

태양과 달이 일직선으로 정렬될 때, 그들의 조석력이 합쳐져 큰 사리(spring tides)를 발생시키고, 직각을 이룰 때는 힘이 부분적으로 상쇄되어 작은 조금(neap tides)을 발생시키며, 약 2주마다 반복됩니다.