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차례 |
제 1장 |
제 2장 |
제 3장 |
제 4장 |
제 5장 |
제 6장 |
제 7장 | |
| 자원과 환경: 지구의 선물, 그 빛과 그림자 - 제 1장 행성 지구 |
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1-1. 우주의 기원 1-2. 태양계 1-3. 지구의 특징 1-4. 지구의 탄생과 진화 1-보충 학습 1-참고문헌 |
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1-3. 지구의 특징 1-3-1. 지구의 물리적 특징  그림 1-3-1. 인공위성에서 바라본 지구 지구는 태양으로부터 세 번째에 위치한 행성이다. 태양과의 거리는 약 194,600,000 km 정도된다. (이 거리를 1 AU라고 하는데, 1 AU는 정확하게는 149,597,870.7 km이다. AU는 astronomical unit라는 말에서 온 단위로 우리말로는 ‘천문단위’라고 한다. 지구의 평균 반지름은 6371km이다. 지구는 완전한 구체가 아니라 약간 찌그러진 타원체이다. 그래서 적도를 따라서는 6378km, 극을 따라서는 6357km의 반지름을 갖는다. 지구 둘레는 적도를 따라서는 40075km, 경도를 따라서는 40005km이다(반지름으로부터 계산한 원의 둘레 값과 측정된 둘레 값을 비교해보면 지구가 적도를 따라서는 거의 원형을 이룬다는 것을 알 수 있다). 지구의 둘레와 관련하여 재미 있는 역사 한토막을 소개한다. 지금으로부터 약 2250년전 그리스의 학자 에라토스테네스가 지구의 둘레의 길이를 처음으로 재었다. 알렉산드리아의 도서관장이었던 에라토스테네스는 문헌을 뒤지다가 시에네 마을에서는 하짓날 정오가 되면 햇빛이 깊은 우물 속까지 비춘다는 사실에 주목하였다. 그것은 하짓날 정오에는 해가 머리 바로 위에 수직으로 떠있는 것을 의미했다. 그래서 땅에 막대를 수직으로 세우면 그림자가 생기지 않았다. 그러나 하짓날 정오 같은 시각에 시에네에서 약 925km 떨어져 있는 알렉산드리아에서 땅에 수직으로 막대를 세웠을 때는 막대의 그림자가 생겼다. 막대와 그림자의 끝이 이루는 각의 크기를 재었더니 약 7°12′이었다(그림 1-3-2).  그림 1-3-2. 막대기 그림자를 이용해 지구둘레 측정하기 x(km)*(7°12′/360°)=925km 와 같은 식이 성립하고, 이 식을 풀어 x=46250 km를 얻었다. 이 값은 오늘날의 측정값인 약 40005Km에 놀랄 만큼 가까운 값이다. 지구의 질량은 6*1024 kg 정도되며, 지구전체의 밀도는 5.52g/cm3이다. 하지만 지각의 암석들의 밀도를 측정해보면 불과 2.5-3 g/cm3에 불과하다. 이로부터 지구 내부에는 훨씬 무거운 물질들이 존재함을 추측해 볼 수 있으며, 또한 지구가 전혀 균질하지 않다는 것을 알 수 있다. 지각보다 훨씬 무거운 물질은 지구 내부의 핵을 이루는 철일 것으로 생각된다. 지구는 동심원상의 내부 구조를 갖고 있다, 이에 대한 매우 중요한 증거는 지진파 기록인데, 지진파를 이용해서 어떻게 지구 내부 구조를 짐작할 수 있는지는 여러분 각자가 한 번 찾아보기 바란다. 지구는 안쪽에서 바깥쪽으로 차례로 내핵, 외핵, 맨틀, 그리고 지각으로 되어 있다(그림 1-3-3). 이 중에 내핵과 외핵은 철 니켈 등의 무거운 금속 물질로 되어 있는데, 내핵은 고체상태, 외핵은 액체상태라고 알려져 있다. 이러한 외핵의 상태는 지구의 환경, 특히 지구 자기장의 발생, 그로 인한 태양으로부터의 우주선의 차단, 그리고 결국 생명의 탄생과 발달에 매우 중요한 영향을 미쳤는데, 이는 나중에 기회가 되면 좀 더 살펴보도록 하자.  그림 1-3-3. 지구의 구조 (John Wiley & Sons, 1999) 지구가 다른 행성과 비교해서 갖는 가장 두드러진 특징은 아마도 생명체 및 바다(물)의 존재일 것이다(그림 1-3-4). 지금까지 알려진 범위 내에서는 오직 지구만이 바 다와 같은 다량의 물을 갖고 있고, 우리 인간을 포함한 다양한 생명체를 갖고 있다. 이것만 봐도 지구의 환경은 다른 행성에 비해서 정말 독특하다고 할 수 밖에 없을 것이다.  그림 1-3-4. 지구 표면의 대부분을 덮고 있는 물, 바다의 일몰 사진. 출처: http://1.bp.blogspot.com/_Y9ucDp_oGA8/SAejGbW-_eI/AAAAAAAABjA/F3rAo_hX1vI/s1600-h/Sunset-on-Seascale-Beach.jpg 1-3-2. 지구의 화학 조성 지구의 화학 조성을 살펴보면, 각 부분마다 그 조성이 서로 다름을 알 수 있다(그림 1-3-5, 1-3-6). 지구 전체로 보면 철이 가장 많고 그 다음으로 산소 규소가 많은 반면, 지각에서는 산소가 가장 많고 그 다음으로 규소 알루미늄 순으로 많다. 지구가 처음부터 이와 같이 화학 조성이 부위에 따라 다르게 형성되지는 않았을 것이므로, 아마도 지구가 탄생한 이후에 화학 성분의 이동이 생겼을 것으로 추측할 수 있다. 이 화학 성분의 이동을 전문 용어로 화학적 분화(chemical differentiation)이라고 하는데, 이 화학적 분화 현상과 지구가 가진 동심원 상의 내부 구조는 지구가 만들어지고 난 후 다양한 과정을 거쳐 진화(변화)했다는 것을 의미한다.  그림 1-3-5. 지구 전체의 화학 조성. 출처: https://www.pmfias.com/earths-layers-crust-mantle-core-asthenosphere-earths-composition-crust-composition/ 이와 같은 지구의 변화, 즉 물질의 이동과 재분배는 이 강의의 주요 주제인 자원의 형성에 매우 중요한 역할을 하였다. 우리가 흔히 지하자원이라 부르는 것들은 어떤 성분이 특별히 모여 있는 곳에서 채취한다. 예를 들어 철을 생각해보도록 하자. 철은 우리 주변 어디에서나 찾아볼 수 있다. 매우 흔한 흙(토양)에도 철이 포함되어 있다. 하지만 우리는 매우 평범한 토양 내의 철을 자원으로 채취하지는 않는다. 토양 내 철의 양이 많지 않기 때문에, 이 철을 추출해 사용하는 것이 비효율적이기(돈이 너무 많이 들어 배보다 배꼽이 더 크기) 때문이다. 철광으로 개발하여 자원으로 쓰기 위해서는 철이 특별히 많이 모여 있어야 한다. 지구에서 가장 많은 원소가 철인데도 우리 주변에서 철광으로 쓸만한 덩어리를 찾아보긴 힘들다. 우리가 사용하는 철광은 바로 성분의 이동 재분배에 의해 특별히 철이 모여있는 곳(것)이다. 다른 자원에 대해서도 이와 같은 방식의 이해가 그대로 적용된다. 이와 같은 물질의 이동 재분배는 앞으로 자원과 환경을 이해하는 매우 중요한 개념이므로 이 시간을 통해 다시 한 번 곰곰이 생각해보기 바란다. 지구의 대기 조성 또한 매우 독특하다(그림 1-3-7). 대기 중에 가장 많은 원소는 질소이고 그 다음이 산소, 아르곤 순으로 많다. 태양은 물론이고 태양계의 어느 행성도 이와 같은 조성을 갖고 있지 않다. 아주 흥미로운 것은 지구온난화의 주범으로 꼽히는 이산화탄소의 양은 질서와 산소의 양에 비하면 그 천분의 일도 되지 않는다는 것이다. 이렇게 작은 양의 대기 가스가 지구의 기후를 그렇게 바꿀 수 있다니 놀랍지 않은가? 지구온난화 등의 환경 문제에 대해서는 나중에 좀 더 자세히 얘기하도록 하고, 우선 지금의 대기 조성에 대해 생각해보면 가른 행성들과는 매우 다른 것을 알 수 있는데, 이 또한 지구가 만들어 지고 난 후 그 뒤에 일어난 변화 때문이 아닐까? |
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1-4. 지구의 탄생과 진화에 계속 |
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