사람이 물에 들어가면 몸을 아래로 끌어당기는 중력과 위로 밀어 올리는 부력이 동시에 작용한다. 두 힘의 크기가 같으면 일정한 수심에 머물고, 부력이 더 크면 떠오르며, 무게가 더 크면 가라앉는다. 스쿠버다이빙에서 부력조절이란 결국 이 두 힘의 균형을 원하는 상태로 만드는 기술이다.
문제는 다이버의 부력이 한 번 정하면 계속 같은 값으로 유지되지 않는다는 데 있다. 폐 속 기체량은 호흡할 때마다 변하고, BCD와 슈트 속 기체는 수심에 따라 압축되고 팽창한다. 실린더의 기체는 다이빙하면서 줄어들고, 담수와 해수에서는 물의 밀도도 다르다.
따라서 스쿠버다이버가 뜨고 가라앉는 현상을 이해하려면 단순히 몸무게나 웨이트만 볼 것이 아니라 다이버와 장비 전체의 무게와 부피, 그 부피가 수심에 따라 어떻게 변하는지를 함께 봐야 한다.
부력은 밀어 올리는 힘이 아니라 밀려난 물의 무게에서 결정된다
물속에 물체를 넣으면 물체는 자신이 차지한 부피만큼 물을 밀어낸다. 아르키메데스의 원리에 따르면 물체가 받는 부력은 밀어낸 유체의 무게와 같다. 같은 무게의 물체라도 부피가 크면 더 많은 물을 밀어내므로 더 큰 부력을 받을 수 있다.
다이버에게도 같은 원리가 적용된다. 몸과 슈트, 실린더와 BCD를 포함한 전체 시스템의 무게가 아래쪽으로 작용하고, 전체 부피가 밀어낸 물의 무게만큼 위쪽으로 부력이 작용한다. 부력이 전체 무게보다 크면 양성부력, 작으면 음성부력, 거의 같으면 중성부력 상태가 된다.
그래서 단순한 체중만으로 누가 잘 뜨고 가라앉을지를 정확하게 결정할 수 없다. 같은 80kg의 사람이라도 체성분과 폐용적, 장비구성에 따라 전체 부피가 다르며 물에서 받는 부력도 달라질 수 있다.
스쿠버에서 웨이트를 결정할 때 체중의 일정 비율만으로 정확한 값을 정하기 어려운 이유도 이것이다. 체중은 출발점이 될 수 있지만 최종적인 웨이트는 실제 장비와 환경에서 확인해야 한다.
사람의 몸 자체도 사람마다 부력이 다르다
인체의 평균밀도는 체성분에 따라 달라진다. 지방조직은 상대적으로 밀도가 낮고 뼈와 근육 등은 더 높은 밀도를 가지므로 체성분이 다르면 물에서 뜨는 정도에도 차이가 생길 수 있다.
폐 속에 들어 있는 기체 역시 상당한 영향을 준다. 크게 숨을 들이마시면 흉곽의 부피가 증가하면서 밀어내는 물의 양이 많아지고 부력이 증가한다. 숨을 내쉬면 폐용적이 감소하면서 부력도 줄어든다. 다이버가 호흡만으로 몇십 센티미터 정도의 미세한 수심변화를 만들 수 있는 이유다.
다만 사람의 부력을 체지방률 하나로 예측하는 것은 정확하지 않다. 폐용적과 체격, 슈트와 장비, 물의 밀도 등 다른 요소가 함께 작용하기 때문이다. 같은 사람도 어떤 장비를 사용하고 어디에서 다이빙하는지에 따라 필요한 웨이트가 달라진다.
따라서 “나는 원래 잘 가라앉는 체질이다” 또는 “살이 많아서 무조건 뜬다”는 설명보다는 자신의 실제 장비구성에서 부력을 확인하는 것이 더 의미가 있다.
웨이트는 다이버를 가라앉히기 위한 장비가 아니다
초보자는 웨이트를 몸을 아래로 끌어내리는 장비라고 생각하기 쉽다. 실제로 웨이트는 음성부력을 증가시키지만 그 목적은 가능한 한 빨리 가라앉는 것이 아니다. 슈트와 몸, 장비가 만드는 과도한 양성부력을 상쇄하여 다이버가 필요한 범위에서 중성부력을 만들 수 있게 하는 것이 목적이다.
웨이트가 부족하면 수면에서 하강하기 어렵고 다이빙 후반 실린더가 가벼워졌을 때 얕은 수심을 유지하기 어려울 수 있다. 반대로 웨이트가 지나치게 많으면 그 무게를 상쇄하기 위해 BCD에 더 많은 기체를 넣어야 한다.
BCD에 많은 기체가 들어가면 수심변화에 따른 기체부피 변화도 커진다. 조금 상승했을 때 BCD 기체가 팽창하면서 부력이 더 증가하고, 이를 늦게 배출하면 상승이 다시 빨라질 수 있다. 하강에서는 반대로 기체가 압축되면서 부력이 감소해 더 빠르게 가라앉을 수 있다.
적정 웨이트란 하강할 수 있을 만큼 무거운 상태가 아니라 다이빙 전체에서 불필요한 BCD 기체를 최소화하면서 안정적으로 부력을 조절할 수 있는 무게다.
BCD는 물속에서 부력을 조절하는 가변식 공기주머니다
BCD에 기체를 넣으면 장비 전체의 무게는 거의 변하지 않으면서 부피가 증가한다. 더 많은 물을 밀어내므로 부력이 커진다. 반대로 기체를 배출하면 부피가 감소하고 부력도 줄어든다.
하강을 시작할 때 다이버는 BCD의 기체를 배출해 양성부력을 줄인다. 목표수심에 가까워지면 필요한 만큼 기체를 넣어 하강을 멈추고 중성부력에 접근한다. 상승할 때는 주변압이 감소하면서 BCD 내부의 기체가 팽창하므로 적절히 배출해야 한다.
초보자가 흔히 하는 실수는 BCD를 엘리베이터처럼 사용하는 것이다. 가라앉는다고 많은 기체를 한꺼번에 넣고, 떠오른다고 다시 모두 빼면 부력이 목표점을 중심으로 계속 크게 흔들린다.
BCD는 방향을 바꾸는 버튼이 아니라 부력의 기본값을 조정하는 장치에 가깝다. 큰 변화는 BCD로 맞추고 그 이후의 작은 변화는 호흡과 자세를 이용해 관리하는 것이 안정적인 부력조절의 기초가 된다.
수심이 깊어지면 슈트와 BCD의 부력도 변한다
네오프렌 웨트슈트 내부에는 많은 미세한 기체공간이 존재한다. 하강하면서 주변압이 증가하면 이 공간들이 압축되어 슈트의 부피와 부력이 감소한다. 수면에서 상당한 양성부력을 제공하던 두꺼운 슈트가 깊은 곳에서는 더 적은 부력을 제공하게 되는 이유다.
BCD 속 기체 역시 압력의 영향을 받는다. 다이버가 아무 조작을 하지 않고 하강하면 BCD 기체가 압축되면서 부력이 감소하고 하강이 더 빨라질 수 있다. 반대로 상승하면 기체가 팽창해 부력이 증가하고 상승속도를 더 높일 수 있다.
이것은 부력에 일종의 피드백을 만든다. 하강하는 다이버는 더 음성이 되기 쉽고 상승하는 다이버는 더 양성이 되기 쉽다. 그래서 수심변화를 시작한 뒤에도 다이버가 계속 부력을 관리해야 한다.
특히 수면에 가까운 구간은 같은 수심변화에서도 상대적인 압력변화가 크다. 얕은 곳에서 중성부력을 유지하거나 상승을 통제하는 것이 초보자에게 오히려 어렵게 느껴지는 이유 가운데 하나다.
호흡은 가장 빠른 미세부력 조절수단이다
정상적인 호흡에서도 폐용적은 계속 변한다. 숨을 들이마시면 폐의 부피가 증가해 부력이 조금 커지고, 내쉬면 감소한다. 중성부력이 잘 맞은 다이버가 BCD를 만지지 않고 호흡만으로 작은 장애물을 넘거나 몇십 센티미터의 수심을 조절할 수 있는 이유다.
하지만 호흡을 부력조절에 사용한다는 말을 숨을 참으라는 의미로 이해해서는 안 된다. 스쿠버에서는 정상적으로 지속해서 호흡해야 하며 특히 상승하면서 숨을 참는 행동은 폐압력손상의 위험을 만들 수 있다.
호흡에 따른 부력변화에는 약간의 시간차도 있다. 크게 들이마신 순간 즉시 위로 튀어 오르는 것이 아니라 증가한 부력이 일정 시간 작용하면서 몸의 움직임이 변한다. 초보자가 이 반응을 기다리지 못하고 다시 크게 호흡하거나 BCD까지 조작하면 오히려 부력변화가 과도해질 수 있다.
좋은 미세부력은 큰 호흡동작이 아니라 안정적인 정상호흡 속에서 작은 부력변화를 이해하고 기다릴 수 있을 때 만들어진다.
실린더는 다이빙하면서 조금씩 가벼워진다
실린더에서 호흡기체를 사용하면 기체가 사라지는 것이 아니라 다이버의 호흡을 거쳐 물속으로 배출된다. 따라서 다이버가 운반하고 있는 전체 질량은 다이빙이 진행될수록 감소한다.
사용한 기체의 질량은 실린더 종류와 충전압력, 사용량에 따라 달라지지만 일반적인 다이빙에서도 부력에 영향을 줄 만큼의 차이가 생길 수 있다. 다이빙 시작에는 적절했던 웨이트가 종료 무렵에는 상대적으로 가벼워진 시스템을 감당해야 하는 이유다.
웨이트 점검을 실린더가 가득 찬 상태에서 수면 아래로 내려갈 수 있는지만 보고 끝내면 부족할 수 있다. 다이빙 종료 시점에 실린더의 기체가 상당히 소비된 상태에서도 얕은 수심과 안전정지를 안정적으로 유지할 수 있어야 한다.
이 때문에 적정 웨이트를 판단할 때는 다이빙 시작뿐 아니라 종료시점의 부력까지 고려해야 한다.
담수와 해수에서는 같은 다이버의 부력이 달라진다
부력은 밀어낸 물의 무게와 같으므로 물 자체의 밀도가 달라지면 같은 부피의 물체가 받는 부력도 달라진다. 염분이 포함된 해수는 일반적인 담수보다 밀도가 높기 때문에 같은 다이버와 장비라도 바다에서 더 큰 부력을 받는다.
수영장이나 담수호에서 맞춘 웨이트를 바다에서 그대로 사용하면 양성부력이 커질 수 있고, 반대로 바다에서 사용하던 웨이트를 담수에서 그대로 사용하면 필요 이상으로 무거워질 수 있다.
염분농도 역시 장소에 따라 완전히 같지 않으므로 모든 바다에서 정확히 같은 부력을 받는 것도 아니다. 장비구성까지 바뀌었다면 기존의 웨이트 기록은 참고자료일 뿐 새로운 환경에서 확인하는 과정이 필요하다.
숙련된 다이버가 로그에 사용한 슈트와 실린더, 웨이트를 기록하는 이유도 이런 변수를 다시 계산하기 쉽게 하기 위해서다.
웨이트의 양뿐 아니라 위치도 중요하다
전체 웨이트가 적절해도 배치가 좋지 않으면 몸의 자세가 불안정할 수 있다. 웨이트가 몸의 아래쪽이나 뒤쪽 특정 위치에 과도하게 집중되면 무게중심과 부력중심의 관계가 달라져 다리가 가라앉거나 상체가 들리는 등 원하는 트림을 유지하기 어려워질 수 있다.
다이버는 자세를 바로잡기 위해 계속 핀을 차거나 허리를 꺾게 되고, 그 결과 물의 저항과 운동량이 증가한다. 결국 웨이트 배치의 문제는 단순한 자세 문제가 아니라 호흡과 공기소비에도 영향을 줄 수 있다.
트림 웨이트나 실린더 위치, BCD 구조 등을 이용하면 전체 웨이트를 크게 바꾸지 않고도 무게중심을 조절할 수 있다. 다만 모든 사람에게 동일한 위치가 정답인 것은 아니다. 체형과 장비구성, 실린더의 부력특성이 다르기 때문이다.
좋은 웨이트 시스템은 단순히 다이버를 물속에 머물게 하는 것이 아니라 최소한의 힘으로 안정된 자세를 유지할 수 있게 해야 한다.
부력조절은 움직임으로 버티는 기술이 아니다
중성부력이 맞지 않아도 계속 핀을 차면 일정한 수심에 머무는 것처럼 보일 수 있다. 음성부력 상태에서 비스듬히 위쪽으로 헤엄치거나 양성부력 상태에서 아래로 핀을 차면 잠시 깊이를 유지할 수 있기 때문이다.
하지만 이것은 중성부력이 아니라 추진력으로 부력문제를 가리고 있는 상태다. 핀킥을 멈추는 순간 가라앉거나 떠오르며, 운동량이 많아져 공기소비도 증가한다. 바닥의 퇴적물을 일으키거나 산호와 수중환경을 손상시킬 가능성도 커진다.
안정된 다이버는 움직임을 멈춰도 큰 수심변화 없이 머물 수 있어야 한다. 필요한 경우 작은 호흡변화와 최소한의 BCD 조작으로 위치를 수정하고, 이동을 위해 사용하는 핀킥과 수심유지를 위한 부력조절을 구분한다.
중성부력을 익히기 어려운 이유는 단순히 BCD 버튼 사용법을 배워야 해서가 아니다. 몸과 장비, 호흡, 압력변화를 동시에 이해해야 하기 때문이다.
좋은 부력은 다이빙의 거의 모든 기술을 바꾼다
부력이 안정되면 다이버는 수심을 유지하기 위해 계속 움직일 필요가 없다. 운동량이 줄면서 호흡과 공기소비가 안정되고, 게이지와 카메라를 조작하거나 버디를 확인할 때도 몸의 위치가 크게 변하지 않는다.
바닥에 닿지 않고 이동할 수 있어 시야를 흐리는 퇴적물을 줄이고 수중생물을 손상시킬 가능성도 낮아진다. 상승과 안전정지를 통제하기 쉬워지고, 비상상황에서도 자신의 몸을 안정된 위치에 둔 상태에서 문제를 처리할 여유가 생긴다.
반대로 부력이 불안정하면 호흡과 핀킥, 공기소비, 상승속도까지 연쇄적으로 영향을 받는다. 그래서 중성부력은 여러 스쿠버 기술 가운데 하나라기보다 다른 기술이 안정적으로 작동하기 위한 기반에 가깝다.
사람이 물에서 뜨고 가라앉는 원리는 단순하다. 아래로 작용하는 무게와 위로 작용하는 부력의 균형이다. 스쿠버다이빙의 어려움은 그 균형을 만드는 요소들이 수심과 호흡, 장비와 시간에 따라 계속 변한다는 데 있다. 그 변화를 작은 조작으로 관리할 수 있게 되는 순간부터 다이버는 물과 싸우는 대신 물속에 머무르는 법을 배우기 시작한다.
참고 연구
Pendergast DR, Moon RE, Krasney JJ, Held HE, Zamparo P. Human Physiology in an Aquatic Environment. Comprehensive Physiology. 2015;5(4):1705-1750.
Pendergast DR, Tedesco M, Nawrocki DM, Fisher NM. Energetics of Underwater Swimming with SCUBA. Medicine & Science in Sports & Exercise. 1996;28(5):573-580.
Moon RE, Cherry AD, Stolp BW, Camporesi EM. Pulmonary Gas Exchange in Diving. Journal of Applied Physiology. 2009;106(2):668-677.
Edmonds C, Bennett M, Lippmann J, Mitchell S. Diving and Subaquatic Medicine. 5th ed. Boca Raton: CRC Press; 2015.
NOAA. NOAA Diving Manual: Diving for Science and Technology. 6th ed. Best Publishing Company; 2017.