《TBN제주매거진》지구 대기권은 어떻게 생겼을까요? (2024년 10월 31일 17:06 방송) > 칼럼/기고

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[ 지구 대기권은 어떻게 생겼을까요? ]

2024년 10월 31일 17:05분 방송

사단법인 한국자연재난협회 제주도지부 유종인 회장

1. 바야흐로 우주시대, 지구를 둘러싼 우주와 대기에 유독 많은 관심이 쏟아지고 있는 요즘인데요. 오늘은 지구의 대기권에 대해 설명 해 주신다고요. 먼저 대기란 건 정확히 어떤걸 말하는 건가요?

예, 태양계의 한 행성인 지구는 기체(氣體)층으로, 이 기체는 일괄해서 대기라고도 합니다. 고도에 따라서 생기는 중력의 차이와 구성분자의 밀도에 따라서 여러 층으로 나누어 볼 수 있으며 각각의 층은 고도에 따라서 기온이 차가 심한 것을 관측할 수 있습니다. 이와 함께 대기권은 비록 미소하지만 전자량에 따라서 전하가 가능한 전리층과 이것이 거의 없는 중성층으로 나누어 볼 수도 있습니다. 지표(地表) 가까이에 있는 대기권은 고도에 따라 여러 층으로 나뉘며, 각 층은 고유한 특성과 기능을 가지고 있습니다. 고도 70km 이상의 상공이 되면 공기 중의 산소(O2)가 분해되어 원자 상태의 산소(O)가 되므로 보통의 공기와는 달라지며, 대기가 거의 존재하지 않는 높이는 1,000km 또는 그 이상이 되는 곳이라고 말하고 있습니다. 우리는 대기권의 가장 낮은 곳에 해당하는 대류권(對流圈) 속에서 생활하고 있습니다.

1-1. 이러한 지구의 대기는 어떻게 생성이 된 걸까요?

처음의 원시대기는 주로 태양 성운에 존재하는 수소에 의해서 구성되었습니다. 지금과 같은 대기 중의 산소의 양은 6억 년 전부터 변동을 거듭하여 2.8억 년 전에는 현재의 수치인 21%보다 상당히 높은 약30%로 최고치에 도달하며 진화되었다고 할 수 있는데요. 여기에는 두 가지의 주요 과정들이 대기의 변화를 지배하였다고 하는데, 하나는 식물들이 대기 중의 이산화탄소를 사용하고 산소를 배출하는 것이며, 또 다른 하나는 황철석의 붕괴와 화산 폭발로 인해서 대기로 유입된 산화된 황에 의한 대기 중의 막대한 양의 산소의 환원이라는 것입니다. 그러나 대기 중의 막대한 양의 산소변화의 정확한 원인은 아직 알려지지 않았으며, 대기중에 산소가 많은 기간 동안 동물의 진화를 촉진시켰을 것이라고 추정하고 있는 편입니다.

2. 지금 지구를 둘러싼 대기권의 구성은 어떻게 되어 있나요?

지구 대기권은 크게 다섯 개의 층으로 나눌 수 있습니다: 대류권, 성층권, 중간권, 열권, 외기권. 각 층은 고도에 따라 기온, 밀도, 구성 성분 등이 다릅니다. 먼저 대류권의 경우 지표면에 가장 가까운 층으로, 지표면에서 약 10km(적도에서는 약 15km)까지 이어집니다. 대류권의 기온은 고도가 높아질수록 낮아지며, 평균적으로 1km마다 약 6.5°C씩 감소합니다. 대류권은 지구 대기의 약 75%를 차지하며, 수증기와 에어로졸이 많이 포함되어 있습니다. 이 층에서는 대류 현상이 활발하게 일어나며, 이는 기상 변화의 주요 원인입니다. 그중에서 특히 중요한 것은 지표면으로부터 수증기가 대기중에 증발하는 것과 지표면에 태양으로부터 받은 열에너지를 대기중에 부여하는 것으로, 이로 인해 비·눈·구름 등 복잡한 기상 현상을 일으키고, 계절 변화나 계절풍을 일으키는 원인이 되고 있습니다.

2-1. 성층권은 어떤 건가요?

성층권은 대류권 바로 위에 위치하며, 고도 약 10km에서 50km까지 이어집니다. 이 층의 특징은 오존층이 존재하며, 이 오존층은 태양의 자외선을 흡수하여 지구 생명체를 보호하는 역할을 합니다. 성층권의 기온은 고도가 높아질수록 상승하며, 이는 오존이 자외선을 흡수하면서 발생하는 열 때문입니다. 따라서 성층권은 대류 현상이 거의 없기 때문에 안정된 대기층을 형성합니다. 이로 인해 상업 항공기들이 이 층을 비행 경로로 자주 이용합니다. 최근에 드론을 성층권에 띄어 고비용의 인공위성을 대체하는 연구가 활발히 진행되고 있다고 합니다.

2-2. 중간권과 열권은 어떤가요?

중간권은 성층권 위에 위치하며, 약 50km에서 80km까지 이어집니다. 중간권에서는 대류 현상이 약간 발생하지만, 수증기가 거의 없기 때문에 기상 현상은 거의 일어나지 않습니다. 이 층에서는 유성이 자주 관측되고 야간운이 생기기도 합니다. 열권은 중간권 위에 위치하며, 약 80km에서 600km까지 이어집니다. 열권은 전리층으로도 불리며, 이곳에서는 강한 태양풍을 맞아 원자들이 전리화됩니다. 전리층은 전파를 반사하여 원거리 무선 통신에 중요한 역할을 합니다. 또한, 열권에서는 오로라 현상이 발생합니다. 마지막으로 외기권은 열권 위에 위치하며, 이 층은 지구 대기와 우주 공간의 경계에 해당하며, 기체 밀도가 매우 낮습니다. 외기권에서는 수소와 헬륨이 주로 존재하며, 이 기체들은 우주 공간으로 빠져나가기도 합니다.

3. 이렇게 지구를 둘러싼 대기권이 특히 중요한 이유가 있다면요?

지구 대기권은 생명체의 생존에 필수적인 역할을 합니다. 대기권은 태양의 유해한 자외선을 차단하고, 지구의 기온을 조절하며, 기상 현상을 발생시킵니다. 또한, 대기권은 지구의 중력을 통해 기체를 유지하며, 생명체가 호흡할 수 있는 환경을 제공합니다.

4. 이런 대기권의 변화가 실제 기후 변화와도 관계가 있다면서요?

네, 최근 대기권의 변화는 기후 변화와 밀접한 관련이 있습니다. 인간 활동으로 인한 온실가스 배출은 대기권의 온도를 상승시키고, 이는 기후 변화의 주요 원인 중 하나입니다. 대기권의 변화는 극지방의 빙하 감소, 해수면 상승, 기상 이변 등 다양한 형태로 나타나고 있습니다.

5. 기후변화와도 긴밀한 관계가 있는 대기권을 연구하는 것도 중요하겠어요.

맞습니다. 대기권 연구는 기후 변화 예측, 기상 예보, 환경 보호 등 다양한 분야에서 중요한 역할을 합니다. 대기권의 구조와 변화, 특히 성층권 변화를 이해함으로써 우리는 기후 변화에 대응하고, 지구 환경을 보호할 수 있는 방법을 모색할 수 있습니다.