조석 이론
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목차
1. 개요
조석 이론은 달과 태양의 인력에 의해 발생하는 조석 현상에 대한 과학적 설명을 다룬다. 고대부터 조석 현상에 대한 관찰과 설명이 시도되었으며, 중세 시대에는 달의 움직임과 조석의 연관성이 알려졌다. 근대에 들어와 뉴턴은 조석력을 설명하며 과학적 기반을 마련했고, 라플라스는 조석의 동적 이론을 개발했다. 현대에는 위성 관측을 통해 조석 모델의 정확성을 높였으며, 조석 예측을 위해 조화 분석과 다양한 조석 성분 연구가 이루어진다. 조석은 반일주조, 일주조, 장주기조, 단주기조 등 다양한 주기를 가지며, 해양 환경과 연안 지역에 큰 영향을 미친다.
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| 조석 이론 | |
|---|---|
| 조석 이론 | |
| 개요 | |
| 조석 유형 | 지구의 천체 역학 |
| 다루는 내용 | 조석 현상의 다양한 측면 |
| 설명 대상 | 조석력의 기원 조석 진동의 원리 조석파의 전파 조석 현상의 예측 |
| 조석력 | |
| 조석력 생성 원인 | 달과 태양의 중력 지구의 자전 |
| 조석력의 효과 | 해수면의 주기적인 상승 및 하강 (조석) 지각의 변형 지구 자전 속도의 변화 |
| 조석 진동 | |
| 조석 진동 원리 | 조석력에 의한 해수의 주기적인 운동 |
| 조석 진동 유형 | 반일주조 일주조 혼합조 |
| 조석파 | |
| 조석파 생성 원인 | 조석력에 의해 발생한 해수면의 불균형 |
| 조석파 전파 | 대양을 따라 전파 |
| 조석파 영향 요소 | 해저 지형 해안선 모양 코리올리 효과 |
| 조석 현상 예측 | |
| 예측 방법 | 조석표 조석 계산기 수치 모델 |
| 예측 활용 | 항해 어업 해안 건설 방조 |
| 역사 | |
| 조석 이론 발전 | 아이작 뉴턴의 만유인력의 법칙 피에르시몽 라플라스의 동역학적 조석 이론 현대 조석 모델 |
| 추가 정보 | |
| 관련 분야 | 해양학 천문학 지구 물리학 |
| 관련 현상 | 해류 내부파 폭풍 해일 |
2. 역사
조석 현상에 대한 이해는 인류 문명의 발전과 함께 꾸준히 발전해 왔다. 고대 및 중세 시대에는 달과 조석 현상의 연관성을 어렴풋이 인지하고 신화나 철학적 사유를 통해 설명하려 시도했다. 근대에 들어서는 요하네스 케플러, 갈릴레오 갈릴레이, 아이작 뉴턴 등 과학자들의 연구를 통해 조석의 원인에 대한 과학적 탐구가 이루어졌으며, 특히 뉴턴은 만유인력의 법칙을 통해 조석력의 원리를 수학적으로 규명하는 중요한 기틀을 마련했다. 현대에는 피에르시몽 라플라스가 제시한 동적 이론을 바탕으로 실제 해양 환경에서의 복잡한 조석 현상을 설명하게 되었고, 인공위성 관측 기술의 발달로 더욱 정밀한 예측과 이해가 가능해졌다.
2. 1. 고대 및 중세 시대
오스트레일리아 노던 준주 아넘랜드 북동부에 거주하는 욜구족(Yolngu)은 달과 조수 사이의 연관성을 파악하고, 달이 물로 가득 찼다가 비워지는 현상으로 이를 신화적으로 설명했다.[1][2]지중해 주변 문명에서는 조석 현상이 비교적 주목받지 못했다. 이는 지중해의 조석이 상대적으로 작고 예측하기 어려웠기 때문이다.[3][7][4] 그럼에도 불구하고 고대인들은 조석의 움직임을 설명하기 위해 다양한 이론을 제시했다. 예를 들어, 바다의 움직임을 호흡이나 혈류에 비유하거나, 소용돌이 또는 강의 순환과 관련지어 설명하려는 시도가 있었다.[7] '지구의 호흡'과 유사한 개념은 일부 아시아 사상가들에게서도 나타났다.[29] 플라톤은 해저 동굴로 물이 드나들면서 조석이 발생한다고 믿었다고 전해진다.[3] 말루스의 크라테스는 조석을 "바다의 반대 운동(ἀντισπασμόςgrc)"으로, 코르키라의 아폴로도로스는 "대양으로부터의 역류"로 설명했다.[5] 기원전 400년에서 300년 사이에 기록된 고대 인도의 푸라나 문헌에서는 달빛에 의한 열팽창으로 바닷물이 오르내린다고 언급했다.[6]
달과 태양이 조석에 영향을 미친다는 사실은 고대 그리스인들에게도 알려졌지만, 정확히 언제부터 알게 되었는지는 불분명하다. 기원전 325년 마실리아의 피테아스의 기록이나 서기 77년 대 플리니우스의 박물지 등에서 관련 언급을 찾아볼 수 있다. 조석의 주기와 달, 태양의 움직임 사이의 연관성은 인지되었지만, 그 정확한 메커니즘은 밝혀지지 않았다.[7] 고전학자 토마스 리틀 히스는 피테아스와 포세이도니우스 모두 조석을 달과 연결 지었다고 주장했다.[5] 세네카는 그의 저서 ''De Providentia''에서 달의 움직임에 따라 조석이 주기적으로 변한다고 언급했다.[8] 에라토스테네스(기원전 3세기)와 포세이도니우스(기원전 1세기)는 조석과 달의 위상 사이의 관계를 상세히 설명하려 했고, 특히 포세이도니우스는 스페인 해안에서 장기간 바다를 관찰했지만, 그들의 연구는 대부분 소실되었다. 달이 조석에 미치는 영향은 프톨레마이오스의 ''테트라비블로스''에서 점성술의 근거로 언급되기도 했다.[3][9] 기원전 150년경 셀레우코스는 조석 현상이 달에 의해 발생하며, 이는 자신이 주장한 지동설 모델의 일부라고 이론화했다.[10][11]
반면, 아리스토텔레스는 태양열에 의해 발생한 바람이 조석을 일으킨다고 믿었으며, 달이 조석의 원인이라는 이론을 받아들이지 않았다. 조석 현상을 완전히 이해하지 못한 것에 좌절하여 스스로 목숨을 끊었다는 이야기도 전해진다.[3] 헤라클레이데스 폰티쿠스 역시 "태양이 바람을 일으키고, 이 바람이 불면 만조를, 멈추면 간조를 일으킨다"고 주장했으며,[5] 디카르쿠스도 "조석을 위치에 따른 태양의 직접적인 작용"으로 설명했다.[5] 필로스트라토스는 서기 3세기 초의 저서 ''티아나의 아폴로니우스의 생애''에서 조석과 달의 위상 간의 상관관계를 어렴풋이 인지했지만, 이를 영혼이 동굴 안팎으로 물을 움직이는 현상과 연관 지어 설명했다.
성 베다는 8세기 초 저서 《시간 계산》에서 조석 현상을 다루며, 하루에 두 번 조수가 발생하는 것이 달과 관련이 있으며, 사리와 조금 같은 월간 조석 주기도 달의 위치와 연관됨을 밝혔다. 그는 또한 같은 해안이라도 위치에 따라 조수 시간이 다르며, 한 곳에서 간조일 때 다른 곳에서는 만조가 될 수 있다는 점을 지적했다.[12] 하지만 달이 정확히 어떤 원리로 조수를 일으키는지에 대해서는 명확한 설명을 제시하지 못했다.[7]
중세 시대에는 달의 움직임을 바탕으로 만조 시간을 예측하는 경험 법칙적인 방법들이 사용되었다.[13] 단테 알리기에리 역시 그의 작품 《신곡》에서 달이 조수에 미치는 영향을 언급했다.[14][3]
중세 유럽의 조석에 대한 이해는 12세기 라틴어 번역 운동을 통해 소개된 중세 이슬람 세계의 천문학자들의 연구에 크게 의존했다.[15] 아부 마샤르 알 발키는 그의 저서 《천문학 입문》에서 밀물과 썰물이 달에 의해 발생한다고 설명했으며, 조수에 미치는 바람과 달의 위상의 영향에 대해서도 논했다.[15] 12세기 알 비트루지는 조수가 천체의 일반적인 순환에 의해 발생한다는 개념을 제시했다.[15] 중세 아랍 점성가들은 달이 조수에 미치는 영향을 점성술의 증거로 자주 인용했으며, 이들의 이론은 서유럽에도 영향을 미쳤다.[9][3] 일부 학자들은 달의 광선이 바다 밑바닥을 가열하여 조석이 발생한다고 이론화하기도 했다.[4]
2. 2. 근대
1609년 요하네스 케플러는 달의 중력이 조석의 원인이라고 주장했다.[19][7][20][21] 그는 고대의 관측과 상관관계에 근거하여 이러한 주장을 펼쳤으며, 달의 힘을 자기적 인력에 비유했다.[19]1616년, 갈릴레오 갈릴레이는 《조석에 관한 담론》(Discorso sul flusso e il reflusso del mare|조석에 관한 담론ita)을 저술했다.[22] 그는 조석에 대한 달의 영향을 설명하는 이론을 강하게 비판하며 거부했고,[20][7] 대신 조석 현상을 지구의 자전과 태양 주위 공전에 따른 관성력의 결과로 설명하고자 했다.[23] 갈릴레오는 바다가 마치 큰 대야 속의 물처럼 지구의 움직임에 따라 출렁거린다고 생각했다. 즉, 지구가 자전하고 공전하면서 받는 힘의 변화로 인해 바닷물이 가속과 감속을 반복하며 움직인다는 것이다.[24] 이러한 설명은 조석을 정적인 과정이 아닌 역학적인 과정으로 이해하려는 시도였으나,[25] 결과적으로 그의 이론은 오류로 밝혀졌다.[22] 갈릴레오는 자신의 조석 이론을 지구가 태양 주위를 돈다는 지동설의 증거로 제시하려 했다. 그는 지구의 운동 때문에 대서양이나 태평양 같은 큰 바다에서는 하루에 한 번의 만조와 간조가 나타날 것이라고 예측했다. 실제 지중해에서는 하루 두 번 조석 현상이 나타났지만, 갈릴레오는 이를 부차적인 효과로 치부하고 자신의 이론이 대서양에서는 맞을 것이라고 주장했다. 그러나 당시 사람들은 대서양에서도 하루 두 번의 조석이 관측된다는 사실을 지적했고, 결국 갈릴레오는 1632년 저서 《대화》에서 이 주장을 제외했다.[26]
르네 데카르트는 조석 현상을 행성의 운동과 마찬가지로 에테르 소용돌이 이론으로 설명하려 했다. 그는 케플러가 제시한 인력 개념 대신, 우주 공간을 가득 채운 에테르라는 가상의 물질이 소용돌이치면서 조석을 일으킨다고 보았다. 이 이론은 특히 프랑스에서 큰 영향력을 가졌으며, 17세기 내내 데카르트 학파에 의해 지지되었다.[27] 데카르트와 그의 추종자들은 달이 조석에 영향을 미친다는 점은 인정했지만, 그 원인을 달에서 오는 압력파가 에테르를 통해 전달되기 때문이라고 설명했다.[4][28][29][30]
아이작 뉴턴은 그의 저서 《자연철학의 수학적 원리》(Philosophiæ Naturalis Principia Mathematicalat)에서 조석력에 대한 수학적 설명을 제시하며 조석 현상을 과학적으로 규명하는 데 결정적인 기여를 했다. 뉴턴의 이론은 지구가 균일한 깊이의 바다로 덮여 있다고 가정했을 때의 조석을 설명할 수 있었지만, 실제 지구의 복잡한 대륙 분포나 해저 지형(심해도)까지 고려하지는 못했다.[31]
2. 3. 현대
뉴턴은 자연철학의 수학적 원리에서 조석력에 대한 정확한 설명을 제공했지만, 이는 균일한 바다를 가정한 이상적인 모델이었다.[31] 이후 다니엘 베르누이는 지구의 물이 조석 포텐셜에 정적으로 반응하는 방식을 설명했다.[32][33]그러나 실제 바다의 조석 현상을 설명하기 위해서는 동적인 접근이 필요했다. 1775년, 피에르시몽 라플라스는 유체역학 방정식을 기반으로 조석 흐름을 나타내는 선형 편미분 방정식(라플라스 조석 방정식)을 제시하며 조석의 동적 이론을 발전시켰다. 라플라스의 이론은 마찰, 공명, 해양 분지의 고유 주기 등 실제 해양 환경의 요소를 고려하여, 조석력에 대한 바다의 실제 반응을 설명하고자 했다.[32][33] 이 이론은 전 세계 해양 분지에서 거대한 양자점 시스템과 같은 조석 패턴을 예측했으며, 이는 실제로 관찰되는 해양 조석 현상을 성공적으로 설명했다.[34]
기존의 평형 이론은 지구 자전, 대륙 분포, 해저 지형 등 중요한 요소를 고려하지 않아 실제 조석을 정확히 설명하는 데 한계가 있었다.[35] 예를 들어, 평형 이론은 조석파의 높이를 0.5m 미만으로 예측했지만, 동적 이론은 실제 조석이 최대 15m에 달하는 이유를 설명할 수 있었다.[37] 또한 동적 이론은 조석이 깊은 바다 능선이나 해산(海山)과 상호작용하여 심해의 영양분을 표층으로 운반하는 과정 등 다양한 해양 현상을 이해하는 데 기여했다.[36]
현대에 이르러 인공위성 관측 기술의 발달은 동적 이론의 정확성을 더욱 확실하게 검증해주었다. TOPEX나 CHAMP와 같은 위성의 관측 데이터는 동적 이론에 기반한 조석 모델과 매우 높은 정확도로 일치했으며,[40][41][42] 현재 전 세계의 조석은 수 센티미터 오차 범위 내에서 정밀하게 측정 및 예측되고 있다.[38][39] 이렇게 정확해진 조석 모델은 해양 연구에 필수적이다. 예를 들어, 지구의 중력 변화나 해수면 상승 등을 연구할 때, 측정값에서 조석으로 인한 변동을 정확히 제거해야 신뢰할 수 있는 결과를 얻을 수 있기 때문이다.[43]
3. 조석 예측
조석에 의한 해수면 높이 변화를 예측하는 것은 항해, 어업, 연안 관리 등 다양한 해양 활동에 매우 중요하다. 특정 항구에서의 조석 현상은 여러 가지 주기를 가진 조석 성분들이 복합적으로 작용한 결과로 나타난다. 과거의 조석 관측 자료를 통해 이러한 다양한 주기 성분들의 특성을 경험적으로 파악할 수 있으며, 이 정보를 미래 시점으로 확장하여 계산하면 해당 항구에서의 조석 예보가 가능해진다. 이렇게 예측된 정보는 이미 우리 일상생활 여러 분야에서 널리 활용되고 있다.
3. 1. 조석 관측
조석에 의한 해수면의 높낮이 변화를 관측하기 위해 전통적으로 검조의(檢潮儀)를 사용한다. 해안에 우물을 파서 바닷물 높이와 우물 안 수면 높이가 같아지도록 한 뒤, 이 수면 변화를 시계 장치와 연결된 기록지에 연속적으로 기록하는 방식이다. 이렇게 얻어진 해수면 높이 변화 기록을 조후(潮候) 곡선이라고 부른다.대한민국의 인천항과 같은 곳에서는 하루에 두 번 나타나는 만조와 간조의 높이가 매번 같지 않은 현상이 나타나는데, 이를 일조 부등(日潮 不等)이라고 한다. 일조 부등이 발생하는 주된 원인은 달의 궤도와 관련이 있다. 달은 보통 지구 적도면의 연장선상에 정확히 위치하지 않고 남북으로 기울어져 공전한다. 이 때문에 달이 특정 위도(예: 북위 36~37도 부근) 상공을 지날 때, 지구 자전에 따라 하루 동안 높이가 다른 만조가 두 번 발생하게 된다. 즉, 한 번은 높이가 높은 만조, 다른 한 번은 상대적으로 높이가 낮은 만조가 나타나는 것이다.
이러한 일조 부등 현상은 주기가 다른 여러 조석 성분(예: 하루에 두 번 주기인 반일주조, 하루에 한 번 주기인 일주조 등)의 정현파(사인파) 함수를 조합하여 수학적으로 표현할 수 있다. 태양에 의한 조석 또한 존재하며, 이는 달에 의한 조석과는 진폭이나 주기가 다르다. 이 외에도 여러 복합적인 역학적 요인이 조석 현상에 영향을 미친다.
어떤 항구의 조석 현상은 이처럼 여러 주기를 가진 조석 성분들이 복합적으로 작용한 결과이므로, 과거의 관측 자료를 분석하여 각 조석 성분의 특성을 파악하면 미래의 조석을 예측하는 것이 가능하다. 이러한 조석 예보는 이미 우리 일상생활에서 항해, 어업, 해안 공사 등 다양한 분야에 활용되고 있다.
3. 2. 조화 분석
라플라스의 이론적 개선에도 불구하고 조석 예측은 여전히 근사적인 수준에 머물렀다. 이러한 상황은 1860년대 윌리엄 톰슨이 조석 현상에 푸리에 분석을 적용하는 조화 분석 방법을 제안하면서 변화하였다. 조화 분석은 특정 지역의 조석을 여러 개의 주기적인 성분(조화 성분)으로 분해하여 분석하는 방식으로, 이를 통해 지역적 특성을 더 정확하게 반영할 수 있게 되었다.
톰슨의 연구는 조지 다윈에 의해 더욱 발전하고 확장되었다. 다윈은 당시의 달의 이론을 조석 연구에 적용하였으며, 각 조석 조화 성분을 나타내는 기호 체계를 개발했다. 다윈이 개발한 기호, 예를 들어 달의 영향을 나타내는 M(Moon), 태양의 영향을 나타내는 S(Sun), 달과 태양의 복합적인 영향을 나타내는 K 등은 오늘날에도 여전히 사용되고 있다.
조석 생성력에 대한 다윈의 조화 분석은 이후 A.T. 두드슨에 의해 더욱 정교화되었다. 두드슨은 E.W. 브라운의 달 이론을 적용하여 조석 생성 포텐셜(Tidal Generating Potential, TGP)을 조화 형태로 전개하였고, 이를 통해 388개의 개별적인 조석 주파수를 구별해냈다.[45] 두드슨의 연구 결과는 1921년에 발표되었으며,[47] 그는 각 조석 성분의 주파수를 고유하게 식별하기 위한 실용적인 시스템인 두드슨 수(Doodson number)를 고안했다. 이 시스템은 현재까지도 널리 사용되고 있다.
두드슨 수는 6개의 기본적인 각 주파수(Doodson 인자 또는 Doodson 변수)의 조합으로 특정 조석 성분의 주파수를 나타낸다. 각 조석 주파수는 이 6개 기본 주파수의 작은 정수 배수의 합으로 표현될 수 있으며, 두드슨 수는 이 6개의 정수 승수를 이용하여 주파수를 부호화한 것이다. 표기의 편의를 위해 첫 번째 숫자를 제외한 나머지 숫자에는 5를 더하여 음수를 피한다. (만약 5를 더한 값이 9를 초과하면, 10은 X, 11은 E로 표기한다.)[49]
두드슨 인자는 주파수가 감소하는 순서대로 다음과 같이 정의된다:[49]
- : 평균 음력시 (Mean Lunar Time). 평균 달의 그리니치 시각 + 12시간에 해당한다.
- : 달의 평균 황경 (Mean Longitude of the Moon).
- : 태양의 평균 황경 (Mean Longitude of the Sun).
- : 달 평균 근지점의 황경 (Mean Longitude of the Moon's Perigee).
- : 달 평균 승교점 황경의 음수 (Negative of the Mean Longitude of the Moon's Ascending Node).
- 또는 : 태양 평균 근지점의 황경 (Mean Longitude of the Sun's Perigee).
(위 식에서 , , , 는 각각 달의 평균 이각, 태양의 평균 이각, 달의 평균 위도 인자, 달의 평균 신장을 나타내는 다른 기본 각 변수들이다.)
이 시스템을 이용하면, 가장 강한 조석 성분인 M2(주태음 반일주조)는 두드슨 수 255.555로 식별된다. 이는 해당 주파수가 첫 번째 두드슨 인자()의 2배로 구성되고, 나머지 인자들의 기여는 0임을 의미한다 (각각 0+5=5). 두 번째로 강한 조석 성분인 S2(주태양 반일주조)는 두드슨 수 273.555로 표현된다. 이는 주파수가 첫 번째 인자의 2배, 두 번째 인자()의 +2배 (2+5=7), 세 번째 인자()의 -2배 (-2+5=3), 그리고 나머지 세 인자의 기여는 0임을 나타낸다.[50] 이처럼 두드슨 수는 수백 개에 달하는 복잡한 조석 성분들의 주파수를 간결하게 표현하고 식별하는 데 유용하다.
20세기 중반 이후의 추가적인 분석을 통해 두드슨이 식별한 388개보다 훨씬 더 많은 조석 성분들이 밝혀졌다. 실제 해양 조석 예측에는 약 62개의 주요 성분만으로도 충분한 정확도를 얻을 수 있으며, 때로는 훨씬 적은 수의 성분만으로도 유용한 예측이 가능하다. 각 조화 성분은 고유한 진폭과 위상을 가지며, 이들을 모두 합산하여 특정 시간과 장소의 해수면 높이를 예측한다. 과거에는 이러한 계산이 매우 복잡하여 1870년대부터 1960년대까지 아날로그 컴퓨터의 일종인 기계식 조석 예측기를 사용해야 했다. 현대에는 디지털 컴퓨터를 이용하여 조석 관측 기록으로부터 직접 조화 성분을 계산하고 조석을 예측한다.
3. 3. 조석 예측 모델
조석은 달과 태양 등 여러 천체의 복합적인 힘에 의해 발생하며, 다양한 주기를 가진 파동들이 중첩되어 나타난다. 예를 들어, 달이 지구 적도면에서 벗어난 위치를 공전할 때 일조 부등 현상이 발생하여 하루 동안의 만조와 간조 높이가 달라질 수 있다. 이는 달에 의한 반일주조(약 12시간 주기)와 일주조(약 24시간 주기), 그리고 태양에 의한 반일주조와 일주조 등 여러 주기의 조석 성분이 합쳐지기 때문이다.특정 항구에서 조석을 장기간 관측하면 이러한 복합적인 주기성을 경험적으로 파악할 수 있다. 이 관측 데이터를 바탕으로, 여러 주기를 가진 정현파를 조합하여 해당 지역의 조석 변화를 수학적으로 모델링할 수 있다. 이 모델을 미래 시점으로 확장하여 계산하면, 앞으로의 만조 및 간조 시각과 해수면 높이를 예측하는 조석 예보가 가능해진다. 이렇게 예측된 조석 정보는 항해, 어업, 해안 공사 등 다양한 분야에서 활용되며 우리 일상생활과 밀접한 관련을 맺고 있다.
3. 4. 일조 부등
인천항과 같이 하루에 두 번 만조와 간조가 발생하지만, 그 높이가 매번 같지 않은 현상을 일조 부등(日潮 不等, diurnal inequality)이라고 한다. 조석에 의한 해수면의 높낮이 변화는 검조의(檢潮儀, tide gauge)를 이용하여 관측하는데, 해안에 설치된 우물의 수위 변화를 시계 장치로 종이 위에 기록하여 조후 곡선(潮候 曲線, tidal curve)을 얻는다.일조 부등이 나타나는 가장 중요한 원인은 달이 항상 지구 적도면의 연장선 위에 위치하지 않기 때문이다. 달이 지구의 북반구나 남반구 상공을 지나갈 때, 지구상의 특정 지점에서는 하루 동안 달의 상대적인 위치 차이로 인해 두 번의 만조 높이가 다르게 나타난다. 예를 들어, 달이 북위 36-37° 부근 상공을 지날 때, 해당 지역에서는 하루 동안 높은 만조와 낮은 만조가 번갈아 나타나는 것을 관찰할 수 있다.
이러한 일조 부등 현상은 주기가 약 하루인 '1일 1회 조석(일주조)' 성분과 주기가 약 반나절인 '1일 2회 조석(반일주조)' 성분이 복합적으로 작용한 결과로 설명할 수 있다. 즉, 기본적인 반일주조에 일주조 성분이 더해지면서 매번 만조와 간조의 높이에 차이가 발생하는 것이다. 태양에 의한 조석 성분도 존재하지만, 일반적으로 달에 의한 영향보다는 작으며 진폭이나 주기가 다르다.
4. 주요 조석 성분
실제 조석 현상은 단일한 움직임이 아니라, 다양한 주기와 진폭을 가진 여러 조석 성분(분조, Tidal constituents)들이 합쳐져 나타나는 복합적인 결과이다. 각 성분은 달과 태양의 상대적 위치 변화, 지구의 자전, 궤도의 형태 등 천문학적 요인에 의해 발생하며, 고유한 주기를 가진다.
주요 조석 성분은 크게 다음과 같은 유형으로 나눌 수 있다.
- 반일주조(半日周潮): 약 12시간 주기로 하루에 두 번의 만조와 간조를 일으키는 성분이다. (예: M2, S2)
- 일주조(日周潮): 약 24시간 주기로 하루에 한 번의 만조와 간조를 일으키는 성분이다. (예: K1, O1)
- 장주기조(長週期潮): 보름, 한 달, 반년, 1년 등 긴 주기를 가지는 성분이다. (예: Mf, Ssa)
- 단주기조(短週期潮): 주요 조석 성분이 천해(얕은 바다)를 통과하며 변형되어 발생하는 짧은 주기의 성분(천해조)이다. (예: M4, M6)
이러한 조석 분조들은 서로 다른 진동수를 가지고 있어 끊임없이 위상이 변하며 합쳐지기 때문에, 전체 조석의 높이와 시간은 계속해서 달라진다. ([http://www.ams.org/featurecolumn/archive/tidesIII3.html 미국 수학회]의 애니메이션은 이러한 분조의 합성을 시각적으로 보여준다). 정확한 조석 예보는 이러한 여러 조석 성분들의 진폭과 위상(시간 지연)을 각 지역별로 분석하고 예측하여 합산하는 방식으로 이루어진다.
4. 1. 반일주조 (Semidiurnal Tides)
반일주조는 약 12시간 주기를 가지고 하루에 약 두 번의 밀물과 썰물이 나타나는 조석 현상을 말한다. 가장 대표적인 반일주조로는 달의 인력에 의해 발생하는 주요 음력 반일주조(M2 조석)와 태양의 인력에 의해 발생하는 주요 태양 반일주조(S2 조석)가 있다.- 주요 음력 반일주조 (M2): 달의 겉보기 운동 주기에 맞춰 약 12.42시간의 주기를 가진다. 달의 인력이 조석을 일으키는 가장 큰 요인이기 때문에, M2 조석은 모든 조석 성분 중에서 진폭이 가장 크며 전 세계적으로 조석 현상에 가장 큰 영향을 미친다.
- 주요 태양 반일주조 (S2): 태양의 겉보기 운동 주기에 맞춰 정확히 12시간의 주기를 가진다. 태양의 인력도 조석에 영향을 주지만, 달보다 훨씬 멀리 떨어져 있어 M2 조석보다는 진폭이 작다. 일반적으로 M2 조석 다음으로 영향력이 크다.
이 외에도 달과 지구의 타원 궤도, 달의 백도면과 지구 적도면의 불일치 등 다양한 천문학적 요인에 의해 발생하는 여러 종류의 반일주조 성분들이 존재한다. 예를 들어, 달이 근지점에 있을 때 더 강해지는 보다 큰 음력 타원 반일주조 (N2), 달과 태양의 적위 변화에 따라 나타나는 음력 태양 반일주조 (K2) 등이 있다. 하지만 이들의 영향력은 M2나 S2에 비해 상대적으로 작다.
4. 2. 일주조 (Diurnal Tides)
성분기호
(시간)
(°/시간)
번호
순위