심화 지구과학: 고체 지구, 대기, 해양, 우주

고체 지구: 층과 판

지구는 여러 층으로 되어 있고, 이는 지진파가 지구 속을 지나가는 방식으로 알아냈어요. 지각은 얇아서 약 5~70 km예요. 맨틀은 두께가 약 2,900 km이고, 뜨겁고 단단한 암석이지만 아주 천천히 흘러요. 외핵은 액체 상태의 철과 니켈이에요. 내핵은 압력이 엄청나게 커서 고체예요.

판구조론

지각과 맨틀의 윗부분을 합쳐 암석권이라고 하고, 이것이 여러 판으로 갈라져 있어요. 판은 맨틀 속 열의 흐름에 밀려 1년에 몇 cm씩 움직여요. 수렴 경계에서는 판이 부딪쳐요(산맥, 화산, 깊은 해구가 생겨요). 발산 경계에서는 판이 서로 멀어져요(해령처럼 새로운 지각이 만들어져요). 변환 경계에서는 판이 서로 옆으로 스쳐 지나가요(지진이 일어나요).

암석

화성암은 마그마가 식어서, 퇴적암은 퇴적물이 층층이 눌려서, 변성암은 열과 압력이 오래된 암석을 바꾸어서 만들어져요.

대기: 네 개의 층

대기는 중력이 붙잡고 있어요. 땅에서부터 위로 올라가며 보면 이래요.

• 대류권(0~약 12 km): 날씨가 일어나는 곳이에요. 높이 올라갈수록 기온이 내려가요.
• 성층권(약 50 km까지): 해로운 자외선을 흡수하는 오존층이 있어서 기온이 올라가요.
• 중간권(약 85 km까지): 기온이 다시 내려가요. 유성이 이곳에서 타 버려요.
• 열권(그 위): 아주 희박해서 몇 안 되는 입자가 매우 뜨거울 수 있어요. 오로라와 인공위성이 이곳에 있어요.

온실 효과

이산화탄소와 수증기 같은 기체는 열을 가두어요. 덕분에 지구는 생명이 살 수 있을 만큼 따뜻해요. 이런 기체가 더 늘어나면 지구는 더 더워져요.

바다와 공기: 열의 이동

태양은 극보다 적도를 더 많이 데워요. 따뜻한 공기는 올라가고 차가운 공기는 내려와서 공기가 대류 순환을 하며 움직여요. 지구가 자전하기 때문에 움직이는 공기와 물은 한쪽으로 휘어요(전향력, 코리올리 효과). 이것이 바람과 표층 해류의 패턴을 정해요.

바다가 중요한 이유

물은 열을 많이 품고 천천히 내놓아서, 바다는 기후를 부드럽게 해 줘요. 해류는 따뜻한 물을 추운 곳으로 실어 날라요. 엘니뇨가 일어나는 해에는 태평양의 바람이 약해지고 따뜻한 물이 동쪽으로 퍼져서, 여러 나라의 비가 달라져요.

우주: 공전, 기울기, 계절

지구는 약 365일에 한 번 태양 둘레를 돌고(공전), 약 24시간에 한 번 자전해요. 지구의 축은 약 23.5도 기울어 있고, 우주에서 늘 같은 방향을 가리켜요.

계절이 생기는 이유

북쪽 끝이 태양 쪽으로 기울면 북반구에는 햇빛이 더 곧게 들어오고 낮이 길어져요. 이때가 여름이에요. 여섯 달 뒤에는 북쪽이 태양에서 멀어지는 쪽으로 기울어 겨울이 돼요. 남반구는 계절이 반대예요. 거리 때문이 아니에요.

더 큰 그림

태양은 별이에요. 우리은하에 있는 수천억 개의 별 중 하나예요. 별은 수소를 헬륨으로 합쳐서(핵융합) 빛을 내요.

해 보기: 손전등으로 계절 만들기

어두운 방에서 손전등을 들고 지구본이나 공에 비춰 보세요. 공을 조금 기울이고, 기울기가 늘 같은 방향을 가리키게 하면서 손전등 둘레를 걸어 보세요. 한 자리에서는 윗부분에 빛이 더 곧게 닿고, 반대편에서는 아랫부분에 빛이 더 곧게 닿는 것이 보일 거예요. 3D에서는 슬라이더로 달을 넘겨 보세요.

핵심 공식과 정의

• 지구 자전축의 기울기: 약 23.5도
• 공전 시간: 약 365.25일, 자전 시간: 약 24시간
• 대류권: 약 0~12 km, 성층권: 약 50 km까지, 중간권: 약 85 km까지
• 판의 속도: 1년에 몇 cm

풀이 예제

자주 하는 실수

• 계절이 지구가 태양에 가까워지거나 멀어지기 때문에 생긴다고 생각하는 것. 계절은 기울기 때문에 생겨요.
• 맨틀이 액체라고 생각하는 것. 맨틀은 아주 천천히 흐르는 고체 암석이고, 액체인 것은 외핵뿐이에요.
• 판이 지각만이라고 말하는 것. 판은 지각과 맨틀의 윗부분(암석권)을 합친 것이에요.
• 날씨가 모든 층에서 일어난다고 생각하는 것. 날씨는 대류권에서 일어나요.