"해수면 폭풍이 심해 바닥을 흔든다"… 中, 잠수함 전쟁판도 바꿀 심해 '관성 굴뚝' 규명

해수면 위를 스치는 바람과 폭풍의 에너지가 수천 미터 깊이의 암흑 해저까지 직결 급강하하는 거대한 수중 에너지 통로인 '관성 굴뚝(Inertial Chimney)'의 메커니즘을 중국 과학자들이 세계 최초로 지도화(Mapping)하는 데 성공했다.

심해 해저가 외부와 단절된 정체 수역이라는 기존 통념을 깨뜨린 이번 발견은, 해수면 기상 이변이 심해의 수온·염분·음속 구조를 실시간으로 뒤흔드는 물리적 경로를 규명해 냄으로써 수중 음향 탐지(소나·Sonar)와 심해 잠수함 은밀 통신의 판도를 근본적으로 바꿀 전략적 이정표로 평가받는다.

11월 2일(현지시각) 홍콩 사우스차이나모닝포스트(SCMP)에 따르면, 중국과학원(CAS) 산하 해양연구소 연구팀은 국제 저명 해양학 학술지인 『심해 연구 1부: 해양학 연구 논문(Deep-Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers)』 최신호에 이 같은 획기적인 연구 결과를 발표했다.

연구팀은 보도자료를 통해 "이번 연구는 심해가 정체된 물이 아니라는 사실을 명백히 입증했다"며 "해수면의 풍장(바람의 장)과 상층 해양, 그리고 수천 미터 아래 심해 해저가 하나의 단절 없는 '연속적 에너지 전송 경로'로 묶여 있음을 완벽히 증명해 냈다"고 선언했다.

연구진은 일본 동쪽 태평양의 핵심 전략 수역인 '구로시오 확장(Kuroshio Extension)' 해역(가로 600km×세로 600km)에 설치된 46개 해저 관측소 그리드에서 2년간 축적된 심해 계측 빅데이터를 역추적 분석했다.

해당 관측망은 원래 미국 국립과학재단(NSF)의 자금 지원을 받아 로드아일랜드 대학교, 우즈홀 해양연구소(WHOI), 하와이 대학교 등 미국 유수의 해양 연구기관들이 2004~2006년 심해 물리 연구를 위해 투입했던 최첨단 해양 센서 배열이다.

해저에서 수면으로 쏘아 올린 음향 신호의 왕복 시간, 바닥 수압, 저층 해류를 초정밀 기록하는 역방향 에코 사운더(CPIES) 데이터를 중국 연구팀이 재해석해 미국 센서망의 성과를 군사·전략적 가치로 탈바꿈시킨 셈이다.


통상 바다는 따뜻하고 가벼운 표층수와 차갑고 무거운 심층수가 층을 이루는 '성층화(Stratification)' 현상 탓에 상·하층 간의 에너지 교환이 강력히 차단된다.
그러나 바람이 해수면을 치면서 지구 자전 효과와 결합해 진자처럼 요동치는 '근관성 내부 파동(Near-Inertial Waves)'이 형성되면, 이 파동이 층간 장벽을 뚫고 에너지를 심해로 실어 나르는 중계기 역할을 한다.

중국 연구진은 북반구에서 시계 방향으로 거대하게 회전하는 '반기압성 중규모 소용돌이(Anticyclonic Eddy)'를 내부 파동이 통과할 때 결정적인 물리 현상이 일어난다는 점을 밝혀냈다.

소용돌이의 회전력이 지구 자전의 제약을 상쇄하면서 파동 에너지를 소용돌이 중심부로 빨아들인 뒤, 이를 수천 미터 해저 바닥으로 사정없이 내리꽂는 거대한 집중 통로, 즉 '관성 굴뚝'을 형성한다는 것이다.

실제 데이터 분석 결과, 심해 바닥에 도달한 근관성 파동 에너지의 무려 68%가 해수면에서 직접 내리꽂힌 에너지였으며, 해저 자체 조류 등 국지적 요인으로 발생한 에너지는 32%에 불과했다. 상층 해양의 폭풍 에너지가 심해 바닥을 지배하는 주동력원임이 확인된 순간이다.


이번 발견의 파급력은 순수 해양물리학을 넘어 잠수함 대잠전(ASW)과 수중 작전 통신에 직결된다.

해수면의 폭풍과 소용돌이가 '관성 굴뚝'을 통해 심해 해저까지 에너지를 전달하면, 심해의 수온과 염분 밀도 구조가 수 시간에서 계절 단위로 격렬하게 뒤흔들린다.

수온과 염분 구조의 미세한 변화는 수중에서 음파가 꺾이고 휘어지는 굴절 경로(Acoustic Channel)와 음파가 소멸하는 전파 손실(Transmission Loss) 값을 직접 뒤흔든다.

지금까지 잠수함 작전에서는 심해를 안정적인 환경으로 가정해 고정된 음향 모델을 적용해 왔으나, 이로 인해 적 잠수함의 소음 탐지 거리가 급변하거나 아군 잠수함의 은밀 기동이 뜻하지 않게 노출되는 치명적인 오차가 발생해 왔다.

연구진은 "해양 표면을 상시 감시하는 지구 관측 위성 데이터와 심해 수중 음향 전파 모델을 이 '관성 굴뚝' 메커니즘과 결합하면, 특정 해역의 심해 음향 환경을 실시간으로 정밀 예측할 수 있다"며 "이는 심해 음향 통신 채널 구조를 평가하고 적 잠수함을 원거리에서 선제 탐지·식별하는 데 있어 압도적인 환경 지원 능력을 제공할 것"이라고 강조했다.

글로벌 해양 안보 전문가들은 "서태평양 구로시오 확장 해역은 미 해군 핵잠수함의 핵심 초계 구역이자 서태평양 진출을 노리는 중국 잠수함 전력의 결전장"이라며 "해수면 위성 레이더로 표층 소용돌이를 스캔해 심해 해저의 음향 통로를 훤히 들여다보는 기술이 완성될 경우, 서방 잠수함의 절대적 우위였던 '심해 스텔스(음향 은폐)' 신화가 심각하게 위협받을 것"이라고 분석했다.


신경원 글로벌이코노믹 기자 shincm@g-enews.com