세키 디스크
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1. 개요
세키 디스크는 물의 투명도를 측정하는 데 사용되는 원반 형태의 도구이다. 1865년 이탈리아의 안젤로 세키가 최초로 고안했으며, 흰색 원반 형태의 세키 디스크는 해양 연구에 사용되었다. 이후 미국의 조지 C. 휘플은 흑백 사분면으로 나뉜 세키 디스크를 개발하여 담수 연구의 표준으로 자리 잡았다. 세키 디스크를 이용한 세키 깊이 측정은 물의 맑기를 측정하는 간단한 방법으로, 수질 평가 프로그램과 해양 연구 등 다양한 분야에서 활용된다.
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| 세키 디스크 | |
|---|---|
| 개요 | |
 | |
| 종류 | 측정 장비 |
| 발명가 | 안젤로 세키 |
| 발명 연도 | 1865년 |
| 용도 | 액체의 투명도 측정 |
| 관련 단위 | 길이 단위 (미터, 피트 등) |
| 측정 위치 | 수중 |
| 설명 | |
| 디자인 | 원형 판, 보통 흰색 또는 흑백 교차 패턴 |
| 크기 | 일반적으로 지름 (해양학), (담수) |
| 작동 원리 | 디스크가 보이지 않게 되는 깊이 측정 (세키 깊이) |
| 사용법 | |
| 측정 방법 | 디스크를 물속에 담근다. 디스크가 보이지 않게 되는 깊이를 기록한다. 디스크가 다시 보이게 되는 깊이를 기록한다. 두 깊이의 평균을 세키 깊이로 계산한다. |
| 활용 | 수질 평가 조류 농도 추정 수생태계 연구 |
| 추가 정보 | |
| 관련 지표 | 탁도 |
| 한계 | 주관적인 판단에 의존 빛의 조건에 영향 받음 |
2. 역사
원래 세키 디스크는 평평한 백색 원판으로 지중해에서 사용되었으며[24][25], 오늘날에도 지름 30cm의 백색 평판 형태 원판은 해양 연구에서 표준 규격으로 사용되고 있다. 1899년 미국의 토목공학자 조지 C. 휘플(George C. Whipple)은 직경 20cm의 흑백으로 채색된 사분원호 모양 원판을 제작하였고, 이 흑백 세키 디스크는 오늘날 호수학 연구에서 표준으로 사용되고 있다.[26][27]
2. 1. 초기 역사
1865년 안젤로 세키가 최초의 세키 디스크를 고안했으며, 지중해에서 사용되었다.[16][17] 초기 세키 디스크는 지름 30cm의 흰색 원반 형태였다.[1][2] 이 지름 30cm 흰색 세키 디스크는 해양 연구에서 표준 디자인으로 사용되고 있다. 1899년, 미국의 토목공학자인 조지 C. 휘플(George C. Whipple)은 원래의 흰색 세키 디스크를 지름 약 20cm의 원반으로, 검은색과 흰색으로 번갈아 칠해진 사분면으로 나뉜 형태로 수정했다.[3][4] 이 수정된 흑백 세키 디스크는 호수학(limnology) (담수) 연구에서 사용되는 표준 디스크이다.[5][6] 미국 중서부의 미네소타, 위스콘신, 인디애나 주에서는 호수의 수질을 조사하기 위해, 이 개량형 투명도판을 이용한 수질 평가를 도입한 역사가 있다.[21]2. 2. 발전과 개량
1899년, 미국의 토목공학자인 조지 C. 휘플은 원래의 흰색 세키 디스크를 지름 약 20cm(8인치) 원반에 검은색과 흰색으로 번갈아 칠해진 사분면으로 나누는 형태로 수정했다.[3][4] 이 흑백 세키 디스크는 호수학(담수) 연구에서 사용되는 표준 디스크이다.[5][6]오늘날에도 지름 30cm의 흰색 세키 디스크는 해양 연구에서 사용되는 표준 디자인으로 남아 있다.[1][2]
3. 세키 깊이 (Secchi depth)
세키 디스크 측정은 물에 비치는 태양의 눈부심이나 측정자의 시력 차이 등으로 인해 투명도를 정확하게 측정하지 못하는 한계가 있다. 그러나 물의 맑기를 간편하고 저렴하게 측정할 수 있어 널리 사용된다. 사용자 간의 변동 가능성을 줄이기 위해 측정 방법을 표준화하는 것이 중요하다.
표준화된 세키 디스크 측정 방법은 다음과 같다.[8][9]
- 오전 9시에서 오후 3시 사이에 보트나 부두의 그늘진 쪽에서 측정한다.
- 최적의 측정 시간은 오전 10시에서 오후 2시 사이이다.
- 동일한 관찰자가 매번 같은 방식으로 측정한다.
- 디스크가 사라지는 지점과 다시 나타나는 지점의 평균값을 세키 깊이로 한다.
세키 디스크는 깊이별 빛의 감쇠 변화나 특정 파장의 빛 감쇠를 측정할 수 없다. 보다 정밀한 측정을 위해서는 잠수함 광도계(최대 150m 깊이에서 가시광선, 자외선, 적외선 측정 가능), 탁도계, 투과율 측정기 등 자체 광원을 가진 장비를 사용해야 한다.[10]
투명도판(세키 디스크)은 특별한 장비 없이 사람의 눈으로 물의 투명도나 탁도를 간편하게 조사하는 방법이다. 비용이 거의 들지 않고, 람베르트-베어 법칙을 이용해 빛의 흡수 및 감쇠 현상을 보정할 수도 있다.
하지만 육안 측정 방식은 측정자의 시력에 따라 결과가 달라질 수 있다는 단점이 있다. 따라서 측정 시간을 오전 9시에서 오후 3시(최적 시간은 10시에서 2시) 사이로 제한하고,[22] 동일한 측정자가 같은 절차를 따르도록 표준화해야 한다.[23] 정확도를 높이려면 투명도판이 사라진 깊이와 다시 나타난 깊이의 평균값을 사용한다.
3. 1. 세키 깊이의 정의
세키 깊이는 반사율이 물에서 후방 산란된 빛의 세기와 같을 때 도달한다. 이 깊이(미터 단위)를 1.7로 나누면 세키 디스크 깊이에서 평균된 사용 가능한 빛에 대한 '''감쇠 계수''' ('''소멸 계수''')가 생성된다. 소멸 계수는 탁도를 위한 변수로도 사용된다. 빛 감쇠 계수 ''k''는 다음의 비어-램버트 법칙 형태에서 사용될 수 있다.[7]:
이를 통해 해수면의 빛의 세기 ''I''0에서 깊이 ''z''에서의 빛의 세기 ''I''''z''를 추정할 수 있다.
세키 디스크 측정은 투명도를 정확하게 측정하지 못한다. 물에 비치는 태양의 눈부심으로 인한 오차가 발생할 수 있으며, 어떤 사람은 디스크를 특정 깊이에서 볼 수 있지만, 더 좋은 시력을 가진 다른 사람은 더 깊은 곳에서 볼 수 있기 때문이다. 그러나 물의 맑기를 측정하는 저렴하고 간단한 방법이다. 사용자 간의 변동 가능성 때문에, 방법은 가능한 한 표준화되어야 한다.
세키 디스크 측정은 항상 오전 9시에서 오후 3시 사이에 보트나 부두의 그늘진 쪽에서 수행해야 한다.[8] 최적의 결과는 오전 10시에서 오후 2시 사이이다. 동일한 관찰자는 매번 동일한 방식으로 세키 깊이 측정을 수행해야 한다. 디스크를 사라지는 지점 너머로 내린 다음 올리고 살짝 내려 세키 깊이를 설정하여 측정에 접근할 수 있다. 또 다른 방법은 디스크가 사라지는 깊이를 기록하고, 몇 피트 더 내린 다음, 디스크를 천천히 올릴 때 다시 나타나는 깊이를 기록하는 것이다. 세키 깊이는 두 값의 평균으로 간주된다.[9]
3. 2. 감쇠 계수 (소멸 계수)
세키 깊이는 반사율이 물에서 후방 산란된 빛의 세기와 같을 때 도달한다. 이 깊이(미터 단위)를 1.7로 나누면 세키 디스크 깊이에서 평균된 사용 가능한 빛에 대한 '''감쇠 계수''' ('''소멸 계수''')가 생성된다. 소멸 계수는 탁도를 위한 변수로도 사용된다. 빛 감쇠 계수 ''k''는 다음의 비어-램버트 법칙 형태에서 사용될 수 있다.[7]:
이를 통해 해수면의 빛의 세기 ''I''0에서 깊이 ''z''에서의 빛의 세기 ''I''''z''를 추정할 수 있다.[7]
3. 3. 측정 방법 및 주의사항
세키 디스크를 이용한 측정은 물의 맑기를 측정하는 저렴하고 간단한 방법이다. 그러나 측정자의 시력에 따라 결과가 달라질 수 있으므로, 측정 방법을 표준화하여 오차를 줄여야 한다.[8][9]측정 방법은 다음과 같다.
1. 세키 디스크를 물속으로 천천히 내린다.
2. 디스크가 시야에서 사라지는 깊이(A)를 기록한다.
3. 디스크를 조금 더 깊이 내렸다가 다시 천천히 올린다.
4. 디스크가 다시 보이는 깊이(B)를 기록한다.
5. A와 B의 평균값을 세키 깊이로 한다.[9]
측정 시 주의사항은 다음과 같다.
- 측정은 항상 오전 9시에서 오후 3시 사이에, 보트나 부두의 그늘진 쪽에서 수행한다.[8]
- 최적의 시간은 오전 10시에서 오후 2시 사이이다.[8]
- 동일한 관찰자가 매번 같은 방식으로 측정을 수행한다.[9]
- 태양의 눈부심은 오차를 유발할 수 있으므로 주의한다.
세키 디스크 측정값은 투명도를 정확하게 측정하지 못하며, 깊이에 따른 빛의 감쇠 변화를 나타내지 않는다. 더 정확한 측정을 위해서는 잠수함 광도계, 탁도계, 투과율 측정기와 같은 장비를 사용할 수 있다.[10]
4. 특징과 한계
세키 디스크는 물의 투명도를 측정하는 간편하고 저렴한 방법이지만, 몇 가지 한계점도 가지고 있다.
세키 디스크를 이용한 측정은 특별한 장비가 거의 필요하지 않아 간편하고 비용이 적게 든다. 또한, 람베르트-베어 법칙을 이용하여 빛의 감쇠를 보정할 수도 있다.[22]
그러나 측정자의 시력에 따라 결과가 달라질 수 있으며, 정확한 투명도나 탁도를 측정하기 어렵다는 단점이 있다.[23] 이러한 한계를 극복하기 위해 측정 시간과 방법을 표준화하고, 동일한 측정자가 일관된 방법으로 측정해야 한다.
4. 1. 다른 측정 방법과의 비교
세키 디스크 측정은 투명도를 정확하게 측정하지 못한다. 물에 비치는 태양의 눈부심으로 인한 오차가 발생할 수 있으며, 시력이 좋은 사람은 더 깊은 곳에서 디스크를 볼 수 있기 때문이다. 그러나 세키 디스크는 물의 맑기를 측정하는 저렴하고 간단한 방법이다. 사용자 간의 변동 가능성 때문에, 측정 방법은 가능한 한 표준화되어야 한다.[8]세키 디스크 측정은 항상 오전 9시에서 오후 3시 사이에 보트나 부두의 그늘진 쪽에서 수행해야 한다. 최적의 시간은 오전 10시에서 오후 2시 사이이다. 동일한 관찰자가 매번 같은 방식으로 세키 깊이를 측정해야 한다. 측정 방법에는 디스크가 사라지는 지점 너머로 내린 다음 올리고 살짝 내려 세키 깊이를 설정하는 방법과, 디스크가 사라지는 깊이를 기록하고 몇 피트 더 내린 다음 천천히 올릴 때 다시 나타나는 깊이를 기록하여 두 값의 평균을 내는 방법이 있다.[9]
세키 디스크는 깊이 또는 특정 빛의 파장에 따른 감쇠 변화를 나타내지 않는다. 잠수함 광도계는 150m 깊이에서 작동할 수 있으며, 스펙트럼의 가시광선, 자외선 및 적외선 부분을 기록할 수 있다. 탁도계와 투과율 측정기는 자체 광원을 가지고 있으며 과학적 정확도로 투명도를 측정할 수 있다.[10]
5. 응용
세키 디스크는 미네소타주, 위스콘신주 등에서 호수 수질 평가 프로그램에 활용될 뿐만 아니라, 해양 식물 플랑크톤 연구를 위한 시민 과학 프로젝트에도 활용되고 있다.
5. 1. 수질 평가 프로그램
세키 디스크 측정은 미네소타주와 위스콘신주의 호수 수질 평가 프로그램의 필수적인 요소였다. 호수 거주자들은 정기적으로 세키 디스크를 이용해 측정한 수치를 주 및 지방 정부 기관에 제출한다. 이렇게 모인 데이터는 수질의 일반적인 추세를 파악하는 데 사용된다. 이와 비슷하게, 인디애나주 청정 호수 프로그램은 자원봉사자를 훈련하고 활용하여 세키 디스크를 사용해 80개 이상의 인디애나 호수의 탁도를 모니터링하며, 자원봉사자가 제출한 데이터를 주 내 호수 수질을 모니터링하는 데 사용한다.[11]5. 2. 해양 연구
2013년, 해양 과학자 팀은 해양 식물 플랑크톤을 연구하기 위해 선원들을 위한 세계 시민 과학 세키 디스크 프로그램을 설립했다.[12] 이 지속적인 시민 과학 세키 디스크 연구는 전통적인 흰색, 지름 30cm의 해양 세키 디스크와 모바일 기술을 결합하여 바다에서 수집된 세키 깊이 데이터를 중앙 데이터베이스에 업로드한다. 이 연구의 첫 번째 과학적 결과는 2017년에 발표되었다.[13] 세키 디스크 연구는 1950년에서 2008년 사이에 해양에서 수질 투명도에 영향을 미치는 식물 플랑크톤이 40% 감소했다는 논란의 여지가 있는 과학 보고서에 대한 대응으로 시작되었다.[14][15]참조
[1]
웹사이트
On the history of the Secchi disc
https://www.jeos.org[...]
[2]
논문
Relazione delle esperienze fatte a bordo della pontificia pirocorvetta l'Immacolata concezione per determinare la trasparenza del mare; Memoria del P. A. Secchi
[3]
간행물
Sur la Transparence de la Mer.
[4]
서적
The Microscopy of Drinking-Water.
John Wiley & Sons
[5]
웹사이트
What is the SECCHI disk?
http://www.mlswa.org[...]
1999-08-28
[6]
웹사이트
Why a Black and White Secchi Disk?
https://www.nalms.or[...]
2012-07-05
[7]
논문
On the Universality of the Poole and Atkins Secchi Disk: Light Extinction Equation
https://www.jstor.or[...]
[8]
서적
Handbook of Common Methods in Limnology
C.V. Mosby Co.
[9]
서적
Textbook of Limnology
Waveland Press Inc.
[10]
백과사전
Undersea exploration
https://www.britanni[...]
2008-10-01
[11]
웹사이트
Indiana Clean Lakes Program – Volunteer Monitoring
http://www.indiana.e[...]
2011-02-09
[12]
웹사이트
Marine Secchi Disk study
http://www.secchidis[...]
[13]
논문
Seafarer citizen scientist ocean transparency data as a resource for phytoplankton and climate research
[14]
논문
Ocean greenery under warming stress
https://www.nature.c[...]
[15]
논문
Global phytoplankton decline over the past century
[16]
웹사이트
On the history of the Secchi disc
https://www.jeos.org[...]
2014-04-26
[17]
간행물
Relazione delle esperienze fatte a bordo della pontificia pirocorvetta l’Immacolata concezione per determinare la trasparenza del mare
https://link.springe[...]
1864-12
[18]
간행물
Sur la Transparence de la Mer.
[19]
서적
The Microscopy of Drinking-Water.
John Wiley & Sons
[20]
웹사이트
The Secchi firestar is cool Disk—What Is It?
http://www.mlswa.org[...]
2012-07-05
[21]
웹사이트
Indiana Clean Lakes Program – Volunteer Monitoring
http://www.indiana.e[...]
2011-02-09
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서적
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C.V. Mosby Co.
[23]
서적
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웹인용
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https://www.jeos.org[...]
2014-04-26
[25]
간행물
Relazione delle esperienze fatte a bordo della pontificia pirocorvetta l’Immacolata concezione per determinare la trasparenza del mare
http://link.springer[...]
1864-12
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The Secchi Disk—What Is It?
http://www.mlswa.org[...]
2012-07-05
[27]
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Why a Black and White Secchi Disk?
http://www.secchidip[...]
2012-07-05
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