심해 부표는 일반적으로 무거운 닻과 튼튼한 줄, 수중 부양 장치로 구성된 긴 계류 시스템을 사용하여 고정합니다. 이 시스템은 지구상에서 가장 혹독한 환경 중 하나인 심해에서 파도, 해류, 폭풍, 수년간의 끊임없는 움직임을 견뎌내야 합니다.
언뜻 보기에 심해 부표는 단순해 보일 수 있습니다. 물 위에 떠 있는 물체를 보고 단순히 밧줄로 묶여 있다고 생각할 수 있습니다. 하지만 실제로는 그 뒤에 숨겨진 엔지니어링이 훨씬 더 복잡합니다.
일부 심해 계류시설은 수면 아래 수 마일까지 내려가기도 합니다. 바다가 끊임없이 밀고 당기는 동안 과학 장비를 제자리에 고정해야 합니다.
심해 부표에 특수 계류 시스템이 필요한 이유
대양은 항상 움직입니다.
파도가 부표 낮과 밤을 가리지 않습니다. 전류는 시스템을 옆으로 끌어당깁니다. 폭풍은 엄청난 충격 부하를 발생시킵니다. 바닷물은 시간이 지남에 따라 자재를 서서히 손상시킵니다.
무거운 물체에 묶인 일반 밧줄은 오래 가지 못합니다.
엔지니어는 한 번에 여러 힘의 균형을 맞추기 위해 계류 시스템을 설계합니다:
- 앵커의 하향 가중치
- 부양 장치에서 위로 당기기
- 전류로 인한 횡력
- 파도의 반복적인 움직임
목표는 계류줄이 느슨해지거나 너무 멀리 표류하지 않고 부이를 안정적으로 유지하는 것입니다.
부표가 해저에 고정되는 방법
대부분의 심해 부표는 땅속에 박힌 기둥처럼 해저에 직접 부착되어 있지 않습니다.
대신 매우 무거운 앵커를 사용하여 제자리에 고정합니다.
이러한 앵커에는 다음이 포함될 수 있습니다:
- 스틸 블록
- 콘크리트 구조물
- 대형 금속 추
- 오래된 기차 바퀴도
오래된 기차 바퀴는 매우 무겁고 내구성이 뛰어나며 널리 구할 수 있기 때문에 때때로 사용됩니다. 무게 때문에 엔지니어들이 음의 부력이 발생하여 계류 시스템을 아래로 끌어내리는 데 도움이 됩니다.
매우 깊은 수심에서는 닻이 수면 아래 수천 피트 아래에 있을 수 있습니다.
수중에서 유리 구체를 사용하는 이유
심해 계류 시스템에서 가장 중요한 부분 중 하나는 부양 부분입니다.
엔지니어들은 종종 단단한 플라스틱 껍질 안에 속이 빈 유리 구체를 사용합니다. 이러한 부유체는 양의 부력을 생성하여 물속에서 위로 끌어올려 줍니다.
이 상승력은 계류 라인을 단단하게 유지하는 데 도움이 됩니다.
부양 장치가 없으면 줄이 너무 많이 처지거나 강한 조류에 따라 움직일 수 있습니다. 줄이 느슨하면 기기가 목표 수심에서 벗어나 표류할 수 있습니다.
유리 구는 수중에 설치된 과학 장비를 지지하는 데도 도움이 됩니다. 일부 센서는 정확한 데이터를 수집하기 위해 매우 특정한 수심에 머물러야 합니다.
아래의 무거운 앵커와 위의 부양 사이의 균형이 전체 시스템을 안정적으로 유지하는 원동력입니다.
계류선에는 어떤 재료가 사용되나요?
계류 라인 자체는 시스템에서 가장 중요한 부분 중 하나입니다.
수심, 비용, 강도, 해양 조건에 따라 다양한 재료가 사용됩니다.
스틸 와이어
강철 와이어 로프는 매우 강하고 무거운 하중을 잘 견딥니다. 일반적으로 심해 시스템에서 사용됩니다.
하지만 강철은 시간이 지나면 바닷물에서 부식될 수 있습니다.
나일론 로프
나일론은 유연하고 하중을 받으면 늘어납니다. 이러한 신축성은 파도나 갑작스러운 움직임으로 인한 충격을 흡수하는 데 도움이 됩니다.
폴리프로필렌 로프
폴리프로필렌은 가볍고 상대적으로 저렴합니다. 일부 버전은 물에 뜰 수 있습니다.
케블라 로프
케블라는 매우 강하고 신축성이 거의 없습니다. 심한 장력에도 잘 견딥니다.
하지만 한 가지 큰 문제가 있습니다.
심해 계류에는 2마일 또는 3마일의 줄이 필요할 수 있습니다. 전체 시스템에 케블라를 사용하면 비용이 많이 들기 때문에 많은 운영자는 대신 더 저렴한 재료를 선택합니다.
계류 라인이 때때로 실패하는 이유
잘 설계된 계류 시스템도 실패할 수 있습니다.
바다에서 장비는 매일 끊임없는 스트레스에 직면합니다. 시간이 지나면 계류줄이 약해져 결국 끊어질 수 있습니다.
일반적인 원인은 다음과 같습니다:
- 부식
- 마모
- 재료 피로도
- 스톰 로딩
- 지속적인 스트레칭
강한 전류는 또한 시스템에 큰 횡력을 가할 수 있습니다.
계류줄이 끊어지면 부표가 떠내려가 소중한 과학 장비가 유실될 수 있습니다.
이 때문에 엔지니어는 배포 전에 계류 시스템을 신중하게 검사하고 테스트합니다.
실제 해양 조건은 모든 것을 더 어렵게 만듭니다
바다의 환경은 예상보다 험난한 경우가 많습니다.
해양 생물은 로프와 기구에 자신을 부착합니다. 이 과정을 바이오파울링이라고 합니다. 시간이 지남에 따라 추가된 무게는 계류가 물속에서 작동하는 방식을 변화시킵니다.
해류는 연중 내내 방향과 속도가 바뀔 수 있습니다.
심해 부이 설치는 대형 선박, 크레인, 윈치, 숙련된 해양 승무원이 동원되는 대규모 작업입니다.
유지보수 비용도 만만치 않습니다. 심해에서 손상된 계류장을 복구하는 데는 며칠 또는 몇 주가 걸릴 수 있습니다.
결론
심해 부표는 세심하게 균형 잡힌 계류 시스템 덕분에 제자리를 유지합니다. 무거운 닻은 아래쪽으로 당겨지고 수중 부양 장치는 위로 당겨집니다. 강력한 라인이 모든 것을 서로 연결하여 거친 해양 환경에서도 시스템이 수년간 견딜 수 있도록 도와줍니다.
아이디어는 간단해 보이지만 심해 테더링은 사실 어려운 엔지니어링 과제입니다. 시스템의 모든 부품은 해안에서 멀리 떨어진 곳에서 압력, 움직임, 바닷물, 지속적인 스트레스를 처리해야 합니다.
그렇기 때문에 현대식 해양 계류장에서는 무게, 부력, 장기적인 내구성에 세심한 주의를 기울여 설계합니다.
자주 묻는 질문
해양 부표 계류는 얼마나 깊이 들어갈 수 있나요?
일부 심해 계류장은 수면 아래 수 마일까지 뻗어 있습니다. 과학용 부표는 종종 바다의 아주 깊은 곳에 설치됩니다.
계류 시스템에 유리 구를 사용하는 이유는 무엇인가요?
유리 구는 수심 깊은 곳의 수압을 견디면서 강력한 부양력을 제공합니다. 단단한 플라스틱 외피가 손상으로부터 보호해 줍니다.
심해 부표 줄이 끊어진 적이 있나요?
예. 계류선은 폭풍, 부식, 마모 또는 장기간의 피로로 인해 고장날 수 있습니다.
계류장 전체에 체인을 사용하지 않는 이유는 무엇인가요?
체인은 매우 무겁습니다. 깊은 수심에서는 체인만 사용하면 시스템을 구축하기가 어렵고 비용이 많이 듭니다.
케블라가 계류 라인에 가장 적합한 소재인가요?
케블라는 매우 강하고 가볍지만 가격도 비쌉니다. 많은 심해 시스템은 라인의 길이가 수 마일에 달할 수 있기 때문에 더 저렴한 재료를 사용합니다.
심해 부표는 얼마나 오래 배치할 수 있나요?
일부 부표 시스템은 유지보수나 교체가 필요하기 전까지 수개월 또는 수년 동안 바다에 남아 있습니다.