지구의 대기권에 대해 과학시간에 공부 해본적 있으시죠? 오늘은 대기권을 크게 4개의 층으로 나누어 설명드려 보겠습니다. 대류권, 성층권(오존층), 중간권, 열권 이렇게 각 층에서의 특징을 자세히 아래에서 다뤄보겠습니다.
지구의 대기권
지구의 표면 온도는 약 15도로 일정하게 유지됩니다. 하지만 지표면으로부터 1~5km 사이의 층인 대류권에서는 기온이 크게 변하는데요, 이 곳에서의 변화 원인과 과정을 이해하기 위해서는 먼저 ‘대기’라는 개념을 알아야 합니다. 우리 눈에 보이지 않는 공기층이지만 태양빛을 흡수하거나 반사하면서 지구 전체의 기후변화에 영향을 미치기 때문이죠. 그래서 이번 주제는 “지구의 대기”입니다. 사계절이라는 말은 봄, 여름, 가을, 겨울 4개의 계절이 있다는 뜻입니다. 그렇다면 한 해 동안 각 계절마다 다른 특징들이 나타날까요? 정답은 네 가지 계절 모두 각각 뚜렷한 특징들을 가지고 있답니다. 우선 봄은 새싹이 돋아나고 꽃이 피는 등 식물이 왕성하게 자라는 시기이고, 여름은 무더운 날씨 속에서도 비가 많이 내려 농사철이기도 하죠. 가을은 단풍이 물들고 곡식이 익어가는 풍요로운 계절이며, 겨울은 춥고 건조하지만 하얀 눈이 내리는 낭만적인 계절이랍니다. 지구의 대기권은 크게 4개의 층으로 이루어져있어요. 첫번째로는 지표면과 가까운 부분인 대류권입니다. 대류권에서는 공기들이 상승했다가 하강하면서 기온차가 발생하는데 이 과정에서 수증기가 응결되어 구름이 생성됩니다. 두번째로는 성층권이에요. 성층권에서는 오존층이 존재하기 때문에 자외선을 차단시켜주고, 생물체에게 해로운 물질들을 막아줍니다. 세번째로는 중간권입니다. 중간권에서는 온도가 낮아져서 물이 액체상태로 존재하지 못하고 기체 상태로 존재하게 됩니다. 마지막으로는 열권입니다. 열권에서는 태양으로부터 오는 강한 에너지를 직접 받기 때문에 오로라 현상이 나타나기도 합니다. 이렇게 각 층마다 다른 특징을 가지고 있고 아래에서 하나씩 설명 드리겠습니다.
대기층, 대류권
대류권은 지표면에서부터 약 10km까지의 대기층을 의미하는데 공기가 상승하면 온도가 낮아지고, 하강하면 온도가 높아지는 특징을 가지고 있습니다. 또한 수증기나 이산화탄소등 여러가지 기체성분들을 포함하고있어서 기상현상이 발생하기도 합니다. 대류권에서는 기온역전현상이라는 특이한 현상이 나타납니다. 말 그대로 위쪽(성층권)의 기온이 아래쪽(대류권)의 기온보다 높은 상태를 말하고 이렇게 되면 위로 갈수록 건조해지고 아래로 갈수록 습해지는 기단이 형성됩니다. 그래서 날씨가 추워지면 위로는 찬공기가 내려오고 아래로는 따뜻한 공기가 내려오면서 비가 내리는 경우가 많습니다. 반대로 여름에는 반대의 상황이 나타납니다. 대류권에서의 높이에 따른 기온변화가 달라지는데 고도가 높아질수록 기온이 낮아집니다. 특히 8~10km사이인 안정고도에서는 영하 40도 이하로 기온이 낮아집니다. 하지만 이것은 절대온도이기 때문에 실제 체감온도는 훨씬 낮다고 보시면 됩니다. 따라서 사람이 살 수 있는 곳은 대략 5~8km 사이라고 합니다. 대기권 중에서도 높이 올라갈수록 왜 추워지는데 이는 지표면에서부터 멀어질수록 중력이 약해지기 때문에 분자간의 인력이 줄어들어 밀도가 감소해서 그렇습니다. 따라서 위로 갈수록 기압이 낮아지고 부피가 팽창하며 열의 손실이 증가하므로 온도가 내려가게 됩니다.
대기층, 성층권(오존층)
성층권은 지상으로부터 약 10~50km 사이의 높이에 존재하는 대기층입니다. 고도가 높아질수록 기온이 낮아지는데, 태양빛이 지표면 가까이에서는 강하게 내리쬐지만 위로 올라갈수록 햇빛이 옅어지기 때문입니다. 또한 공기 분자들이 서로 부딪혀 운동에너지가 감소하기 때문에 온도가 낮아지는 것이랍니다. 오존층은 산소 원자 3개로 이루어진 산소 동소체로서 강한 산화력을 가지고 있습니다. 그래서 우리 몸에 해로운 자외선을 흡수해서 분해시켜버리기 때문에 사람에게 해롭지 않은 물질로 바꿔준답니다. 이렇게 좋은 일을 하는 오존층이지만 안타깝게도 점점 파괴되고 있어서 문제가 되고있습니다. 한국기상산업기술원 자료에 따르면 한국상공의 오존농도는 매년 증가하고 있다고 합니다. 특히 2000년 이후부터는 꾸준히 증가추세라고 하니 걱정이 됩니다만 다행히도 아직까지는 남극대륙 등 다른 지역보다는 높은 편이라 큰 피해는 없다고 하네요. 앞으로는 환경보호를 위해 더욱 노력이 필요합니다. 그럼 오존층이란 무엇인지 더 자세히 설명드리겠습니다.
오존층은 산소분자(O2)나 질소분자(N2)등이 태양광선의 자외선을 흡수함으로써 만들어집니다. 이때 만들어진 오존은 강력한 산화제로 작용하여 유해한 광선을 제거하거나 살균작용을 하는데요, 이러한 성질 덕분에 사람에게는 피부암을 유발하는 자외선을 막아주며 식물에게는 광합성을 촉진시키는 등 이로운 역할을 해준답니다.
대기권, 중간권
‘중간권’입니다. 이 단어는 영어로는 Mid-Layer라고 합니다., 우리나라 말로는 ‘대기층의 중간 부분’이라는 뜻으로 대기층 중에서도 공기가 희박한 곳이죠. 그래서 이름처럼 마치 구름과 같은 모습을 하고 있답니다. 하지만 실제로는 아주 얇은 층이기 때문에 눈으로는 보이지 않다고 합니다. 일단 중간권은 온도가 매우 낮아 약 영하 100도 이하랍니다. 그리고 수증기가 거의 없어요. 따라서 낮에도 밤에도 기온이 항상 똑같다고 합니다. 만약 날씨가 계속해서 맑다면 그곳은 분명 중간권이랍니다. 높은 고도일수록 기압이 낮아지기 때문에 춥다고 합니다. 공기는 압력이 높을수록 위로 올라가고, 압력이 낮을수록 아래로 내려가는데 지상에서부터 점점 올라갈수록 주변으로부터 받는 힘이 적어지기 때문에 공기가 희박해지는 겁니다. 그러면 결국 하늘 높이 올라가면 갈수록 중력이 작아지니 그만큼 공기가 희박해질 수밖에 없습니다. 중간권에서만 일어나는 특별한 현상들이 있는데 대표적인 예로 유성우를 들 수 있습니다. 매년 8월 중순쯤이면 페르세우스자리 유성우가 나타나납니다. 이때 떨어지는 별똥별 무리를 보는 사람들이 많습니다. 이것은 모두 태양계 밖에서 날아온 혜성이나 소행성이 지나가면서 남긴 부스러기들이 지구 대기권 안으로 들어오면서 마찰열에 의해 불타는 현상입니다. 또한 오로라 역시 중간권에서 나타나는 특이한 현상입니다. 오로라는 극지방 근처 상공에서 주로 나타나지만, 가끔 중위도 지방에서도 관측되기도 하다고 합니다. 어쩌면 여러분에게도 멋진 광경이 펼쳐질지도 모르니 혹시라도 여행을 가게 된다면 밤하늘을 유심히 관찰해보시면 보실 수 있으실 겁니다.
대기권, 열권
지구의 표면온도 분포 그래프를 보면 대부분의 지역이 지표면과 가까운 곳에 위치하는데 비해 맨 꼭대기인 열권에서는 0°C 이하의 온도분포를 보이는 부분이 존재한다는 것을 알 수 있습니다. 이처럼 높은 온도영역이 나타나는 영역을 열권이라고 합니다.열권은 대기층 중에서도 고도 약 100km 이상의 높이에 해당하는 공기층입니다. 주로 질소분자(N2)나 산소분자(O2) 등 분자량이 작은 기체들이 주성분이며, 수증기·메탄·암모니아 등 일부 원소들을 포함하기도 합니다. 또한 태양으로부터 오는 복사에너지를 흡수하기 때문에 기온이 매우 높습니다. 하지만 자외선 및 X선 같은 방사선 물질로부터 보호받기 때문에 생명체가 살지는 못합니다. 유독 열권에서만 고온현상이 발생하는데 그 이유는 태양복사에너지가 직접 도달하는 구간이기 때문입니다. 즉, 다른 층과는 달리 태양광선의 영향을 직접 받기 때문에 에너지양이 많고, 이로 인해 고층대기 전체에서의 온도상승효과가 나타납니다. 특히 극지방 부근일수록 고위도로 갈수록 더욱 많은 양의 적외선 방사광이 유입됩니다. 이러한 현상은 구름생성을 억제시켜 오로라 생성에 기여합니다.오로라는 새벽이라는 뜻의 라틴어 aurora에서 유래되었습니다. 오로라는 지상에서 관측되는 발광현상 중 가장 아름다운 자연현상으로 알려져 있으며, 하늘 위에서부터 붉은색 또는 녹색 빛깔로 나타나면서 마치 커튼이 드리워진 듯한 모습을 보입니다.
오늘은 지구의 대기권을 이루는 4개의 층인 대류권, 성층권(오존층), 중간권, 열권 에 대해 알아보았습니다. 저도 처음엔 무슨말인지 어려웠는데 차근차근 읽어보니 이해가 되었는데 여러분도 천천히 읽어보시면 충분히 이해되실거라 믿습니다. 다음시간에는 더욱 유익한 주제로 찾아오겠습니다. 감사합니다.