지구계의 순환과 상호 작용

지구계의 순환과 상호 작용

작은 물방울이 되어 지구를 돌며 여행해 보자. 구름에서 내린 빗방울은 나무의 뿌리에 흡수되어 숲을 울창하게 하고, 지하수가 되어 땅속으로 흘러가기도 한다. 산비탈을 따라 흐르는 물과 지하수가 모여서 강을 이루면 그 안에 많은 수중 생물이 살게 된다. 바다에 다다른 물은 태양 에너지를 받아 증발하여 수증기가 되고, 수증기는 다시 물방을로 응결하여 구름이 된다. 구름에서 내리는 비는 다시 땅과 바다로 새로운 여행을 시작한다.

 

하나의 작은 물방울은 땅과 강, 그리고 바다로 흐르면서 땅의 모양을 변화시키기도 하고 때로는 거대한 태풍이 되어 강한 바람과 함께 많은 비를 내리게도 한다. 물이 태양 에너지를 받아 지구계를 여행하는 과정을 통해 지구계의 순환과 상호 작용에 대해 알아보자.

 

지구계의 에너지원

지구계의 에너지원으로는 태양 에너지, 지구 내부 에너지, 조력 에너지가 있다. 태양 에너지는 지구의 에너지원 중 가장 큰 비중을 차지하며, 지구에 사는 생명체의 근본적인 에너지원이다. 지구 내부 에너지는 대륙을 이동시키며, 지진과 화산 활동을 일으켜 지각을 변화시킨다. 달과 태양이 지구에 작용하여 생기는 조력 에너지는 밀물과 썰물을 일으키고 해수면을 변화시켜 해안 근처의 생태계와 지형의 변화에 영향을 준다.

지구는 구형이기 때문에 지구가 받는 태양 복사 에너지양은 고위도 지방보다 저위도 지방이 많아지며, 부분적으로 에너지의 불균형 상태가 나타난다. 대기와 해수의 순환은 이런 에너지 불균형을 줄이는 데 이바지한다. 즉, 태양 에너지를 많이 받은 저위도 지방의 대기와 해수가 고위도 지방으로 이동하여 에너지를 전달함으로써 지구는 전체적으로 에너지 평형을 이루게 된다. 그리고 이러한 과정에서 태풍 등의 날씨 변화가 나타나며, 풍화 작용 등을 통해 지표의 변화 같은 다양한 현상들이 일어난다.

태풍은 기권과 수권의 상호작용으로 생기는 대표적인 현상이다.

저위도에서 발생한 태풍은 중위도 바다 위를 지나면서 중심 기압이 낮아지고, 풍속은 더욱 세진다. 하지만 태풍이 육지에 상륙하면 수증기의 응결에 의한 에너지를 공급받지 못해 급격하게 약해져 소멸하는데, 이것은 기권과 지권이 상호 작용하여 생기는 현상이다.

태풍은 많은 비와 강한 바람으로 사람을 비롯해 생물권에도 큰 영향을 준다.

태풍은 폭위에 의한 시설물 피해, 어장의 손실, 인명 피해 등을 입히지만, 수질과 대기의 질을 개선하고, 적조 제거 및 바다 생태계에 도움을 준다. 또한 태풍은 저위도에서 고위도로 이동하면서 대기와 물을 순환시키고, 저위도와 고위도의 에너지 차이를 줄여주어 지구의 에너지 평형이 유지되도록 한다.

 

▶ 물의 순환

지구계에서 일어나는 물의 순환은 에너지의 순환과 깊은 관련이 있다.

태양 에너지를 흡수한 수권에서는 물이 증발하여 수증기가 되면서 기권으로 이동한다.

이 수증기는 응결하여 구름이 되었다가 비나 눈의 형태로 다시 수권으로 되돌아간다. 이 과정에서 비나 눈은 토양을 침식시킬 뿐 아니라 토양의 상태까지 변화시키고 강물의 흐름을 바꾸는 등 다양한 방식으로 지표를 변화시킨다.

매년 태양 복사에 의해 증발되는 물의 양은 380000㎦로 , 그 중 85%는 바다에서 나머지는 호수와 하천을 포함한 육지에서 증발된다. 바다와 육지에서 증발한 양의 약 75%의 물만이 다시 바다로 떨어지며 나머지의 물은 육지로 내린다. 육지로 다시 내린 물의 일부는 지하로 침투하거나 바다로 흘러가면서 육지를 침식시킨다.

이처럼 물은 지구계를 순환하면서 수권, 기권, 지권, 생물권에 여러가지 영향을 미치며, 에너지를 지구 전체에 고르게 분산시킨다.

 

▷지표의 변화와 탄소의 순환

최근 알레스카에서는 숲 속의 가문비나무가 바람이 불지 않아도 이리저리 흔들리고 쓰러진다고 한다. 이는 지구 온난화로 기온이 올라가면서 일년 내내 얼어 있던 알래스카의 영구 동토층이 녹아 나무의 뿌리가 땅에 단단히 박혀 있지 못해 생기는 현상이다. 이로 인한 피해는 나무뿐만 아니라 지반이 내려앉으면서 사람이 사는 집과 아파트 건물이 땅속으로 꺼지는 피해까지 나타나고 있다. 지난 빙하기 이래 얼어붙어 있던 알래스카의 땅속에는 700억 톤에 달하는 탄소가 저장되어 있는데, 언 땅이 녹으면 그 탄소들이 기권으로 공급되어 온실 효과가 더욱 심해질 수 있다고 한다.

탄소는 지구의 생명 현상을 지속시키는 기본 원소이다. 모든 생물체의 몸은 탄소를 기본으로 구성돼 있고, 생물의 에너지 저장과 이동도 탄소를 통해 이뤄지기 때문이다. 지구계의 각 권역에서 탄소는 어떤 형태로 존재하며, 어떻게 순환하는지 알아보자.

지구내부 에너지에 의해 화산이 폭발하면 수증기와 이산화탄소, 질소, 황, 염소 등이 포함된 화산 가스와 화산재가 상공으로 올라가 기류를 타고 전 세계로 퍼져 나간다. 이때 화산재는 지표로 들어오는 햇빛을 가림으로써 한동안 지구 전체의 기온을 떨어뜨리고 기후를 변화시킨다.

화산 분출로 대기 중에  공급된 이산화탄소는 빗물에 녹아 약한 산성비를 만들며, 산성을 띤 빗물은 토양을 산성화할 뿐 아니라 암석의 광물을 녹여 바다로 함께 흘러든다. 해양 생물은 바닷물에 녹은 이산화탄소를 흡수해 유기 화합물로 전환하고, 생물체가 죽으면 탄소는 해저 바닥에 가라앉아 탄산염을 형성한다. 오랜 시간이 지나면서 맨틀 대류에 의해 지각이 지구 내부에 들어가 마그마 형성에 기여하고, 다시 화산 활동을 통해 분출하는 과정에서 탄소는 이산화탄소의 형태로 대기 중으로 공급된다.

이러한 탄소의 순환은 지구 역사의 초기부터 있었으며, 지구계에서 이산화탄소는 흡수아 방출 작용이 조절되어 거의 균형을 이루어 왔다. 하지만, 산업 혁명 이후 인간의 활동으로 대기 중으로 공급된 이산화탄소의 농도가 급격히 균형 상태가 무너지고 있다. 이로 말미암아 지구 환경에 급격한 변화가 일어나고 있다.

역사적으로 여름이 없었던 해 로 기록되는 1815년 탐보라 화산 폭발을 통해 지구계 하부 권역들이 어떻게 상호 작용하였는지 알아보자.

 

▶ 지구계의 상호 작용

날씨의 변화, 지표의 변화, 그리고 지진과 화산 활동 등은 태양 에너지나 지구 내부 에너지가 작용하여 지구계의 하위 권역들이 상호 작용을 하면서 서로 영향을 주고받는 것이다.

지구계에서는 각 권역이 상호 작용하는 동안 에너지와 물질의 순환 및 교환이 일어나며, 이로 인해 지표의 변화, 날씨의 변화 등 여러 가지 지구과학적인 현상이 일어남을 구체적인 예를 통해 알수 있다.