[재미있는 과학] 해저 탐사 - 타이태닉 침몰 후 본격화… 빙산·유전 샅샅이 훑죠

[정승남세기영어교육연구회장]

[재미있는 과학] 해저 탐사

타이태닉 침몰 후 본격화… 빙산·유전 샅샅이 훑죠

입력 : 2022.04.26 03:30 조선일보

해저 탐사

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. 

이지유 과학칼럼니스트 기획·구성=조유미 기자

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해저 2만리 20,000 Leagues Under the Sea

/ 쥴 베른(Jules Verne)

(1) 《해저 2만리》(海底 二萬里, 프랑스어: Vingt mille lieues sous les mers)는 프랑스 작가 쥘 베른이 1869년에 쓴 고전 과학소설이다.

(2) 해저 2만리 20,000 Leagues Under the Sea 줄거리 / 쥴 베른(Jules Verne)

1866년, 세계 곳곳의 바다에 수수께끼의 바다괴물을 목격했다는 소문이 퍼지기 시작했다. 7월 20일에는 호주 연안에서, 3일 후에는 2100마일 떨어진 곳에서 발견되질 않나, 15일 후에는 대서양에서 그 괴물이 발견되었는데 최소 106미터라는 결과가 나오거나, 각국의 해군 함정들과 여객선들이 목격담을 전해오는 수수께끼의 괴물을 두고 세계 강대국들의 과학계에서는 논쟁이 벌어진다. 그렇게 1867년이 되자 잠시 문제가 묻히는 듯하더니 캐나다 여객선 모라비안 호가 그 미지의 괴물로 인해 용골에 약간 손상을 입은 데다 급기야 큐나드 라인의 여객선 스코티아 호가 이 바다괴물로 인해 5번째 방수 격벽이 침수되어 3일 늦게 입항했고, 그 때까지 사실 여부에 대해 의심받던 바다괴물은 실제 문제로 부각되어 강대국들과 대중들 사이에서 여러 논란이 일어났다. 잠수함이라는 이야기도 나왔지만 영국, 프랑스, 러시아, 독일, 스페인, 이탈리아, 미국, 터키에서 조사가 이루어진 후 잠수함설은 폐기된다.

이에 대해 프랑스의 해양학자 아로낙스 교수가 바다괴물의 정체는 거대한 일각고래의 일종이 아닐까 하는 의견을 뉴욕 해럴드 지에 기고함으로써 주목을 받았고, 때마침 샌프란시스코-상하이 간 여객선이 괴물을 보았다는 제보가 들어오자 마침내 미합중국 해군에서 이 괴물의 토벌에 나서게 되었다. 그리하여 아로낙스 교수는 추적에 나서게 된 패러것 대령이 함장으로 있던 미 해군의 순양함 USS 링컨 함의 초청을 받아 승선했다.

북태평양을 이 잡듯이 뒤지며 오랜 시간 수색을 계속했지만 실패한 뒤 일본 연안에서 200마일 떨어진 해상에서 결국 72시간의 추가 수색을 마지막으로 대서양으로 선수를 돌리려는 차에, 그 시한이 다 되기 직전 마침내 바다괴물과 조우하게 되어 추격전을 벌였다.

하지만 도저히 따라잡지 못하자 생포를 포기했고 네드가 작살을 던지려는 찰나 괴물은 엄청난 가속력으로 달아나고, 그래서 선수에 장착된 최신식 함포까지 쏘지만 튕겨나갔고, 자기들 생각엔 바다괴물이 잠들었으리라 생각될 때를 틈타 배를 가까이 붙이고 네드가 다시 한 번 공격을 시도했지만 도리어 링컨 함이 반격을 당해 스크루와 키가 파괴되어 퇴각했고, 이 충격으로 인해 아로낙스 교수는 조수인 콩세유, 고래사냥꾼 네드와 함께 바다에 빠져 조난당했다. 그리고 이들은 그 바다괴물에 의해 구출되면서, 괴물이 실은 당시의 기술력으로선 상상도 할 수 없는 첨단 기술로 제작된 잠수함 노틸러스호라는 것을 알게 된다.

이후 그들은 육지와 인연을 끊은 그 배의 선장 네모 선장에 의해 다시는 육지로 돌아가지 않는다는 조건 하에 일정한 자유를 보장받고 그 배에서 생활했으며 그 뒤 이제까지 상상도 못하던 신비로운 바다 세계를 탐험하게 되는 것이 주요 내용이다.

(3) Twenty Thousand Leagues Under the Seas (French: Vingt mille lieues sous les mers) is a classic science fiction adventure novel by French writer Jules Verne.

The novel was originally serialized from March 1869 through June 1870 in Pierre-Jules Hetzel's fortnightly periodical, the Magasin d'éducation et de récréation. A deluxe octavo edition, published by Hetzel in November 1871, included 111 illustrations by Alphonse de Neuville and Édouard Riou. The book was widely acclaimed on its release and remains so; it is regarded as one of the premier adventure novels and one of Verne's greatest works, along with Around the World in Eighty Days and Journey to the Center of the Earth. Its depiction of Captain Nemo's underwater ship, the Nautilus, is regarded as ahead of its time, since it accurately describes many features of today's submarines, which in the 1860s were comparatively primitive vessels.

A model of the French submarine Plongeur (launched in 1863) figured at the 1867 Exposition Universelle, where Jules Verne examined it and was inspired by it when writing his novel.

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(8) 왕자와 거지 The Prince and the Pauper / 마크 트웨인(Mark Twain) - 사무엘 클레멘스(Samuel Clemens)
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(10) 백경(白鯨) Moby Dick 모비 딕 / 허만 멜빌(Herman Melville)
(11) 슬리피 할로우의 전설 The Legend of Sleepy Hollow / 워싱톤 어빙(Washington Irving)
(12) 노트르담의 꼽추 The Hunchback of Notre Dame / 빅토르 위고(Victor Hugo)
(13) 정글 북 The Jungle Book / 루드야드 키플링(Rudyard Kipling)
(14) 지킬박사와 하이드씨 Dr. Jekyll and Mr. Hyde / 스티븐슨(R.L. Stevenson)
(15) 크리스마스 캐롤 A Christmas Carol / 촬스 디킨즈(Charles Dickens)
(16) 80일간의 세계일주 Around The World in Eighty Days / 쥴 베른(Jules Verne)
(17) 해저 2만리 20,000 Leagues Under the Sea / 쥴 베른(Jules Verne)
(18) 위대한 유산 Great Expectations / 촬스 디킨즈(Charles Dickens)

(19) 모히칸족의 최후 The Last of the Mohicans / 제임스 페니모어 쿠퍼(James Fenimore Cooper)
(20) 죄와 벌 Crime And Punishment / 표도르 도스토예프스키(Fyodor Dostoevskii)

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