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차례 |
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제 3장 |
제 4장 |
제 5장 |
제 6장 |
제 7장 | | ||||||||||||||||||||||
| 자원과 환경: 지구의 선물, 그 빛과 그림자 - 제 4장 태양 에너지 | ||||||||||||||||||||||
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>4-1. 물의 순환 4-2. 홍수와 가뭄 4-3. 풍화, 침식, 운반 그리고 퇴적 4-4. 사태 4-보충 학습 4-참고문헌 4-1. 물의 순환 4-1-1. 물(Water) 
그림 4-1-1. 물 분자물은 지구 지표상에 가장 많이 존재하는 분자이다. 물 분자는 2개의 수소원자와 1개의 산소원자로 구성되며 H2O라는 간단한 화학식을 가진다. 그림 4-1-1에서 보듯, 두 수소가 산소와 결합한 각도가 약 105o로 V자 형태를 이룬다. 이와 같은 비대칭 구조 때문에 물 분자는 부분 양극(수소)과 부분 음극(산소)을 갖는 극성을 띤다. 물의 극성은 물과 다른 지구 구성 물질, 즉 광물이나 유기물과 같은 물질과의 반응 정도를 결정하는 주요한 인자이다. 물과 지구 구성 물질 간의 반응이란 용해, 풍화, 변질, 광화작용 등인데, 좀 더 이온성을 띠는 물질일수록 물과의 반응이 더 잘된다. 예를 들어, 어떤 지역에 규암과 석회암이 있다고 하면, 빗물에 의해 선택적으로 석회암이 주로 용해된다. 석회암은 방해석으로 규석은 석영으로 주로 이루어져있는데, 탄산염광물은 이온성이 매우 높은 광물인 반면 석영은 이온성이 매우 낮기 때문이다. 4-1-2. 물의 물리화학적 특징 물은 다음과 같은 특징을 갖는다.
4-1-3. 물의 생명 관련 특징 물은 또한 아랴와 같은 생명에 관련된 다양한 특성을 가지고 있다:
4-1-4. 물의 지구 자원 환경적 중요성 위와 같은 특징을 갖는 물은 무엇보다도 지구 자원 환경 측면에서 특별히 중요한 역할을 한다. 우선 앞서 잠깐 업급하였던 것처럼, 물은 고체-액체-기체 간의 상변화와 높은 비열 때문에 지구 기후 조절에 매우 중요한 역할을 한다. 세계 곳곳에 비를 내리고, 기온이 너무 높지도 낮지도 않게 막아주며, 기온이 급격하게 변하지 않도록 조절한다. 예를 들면 여름에 태양이 내리 쬐어 기온이 상승하려하면 물이 열에너지를 흡수하고, 액체에서 기체로 기화하며 열에너지를 소모하여 가파른 기온 상승을 막아준다. 겨울에는 반대의 현상이 일어난다. 만일 지구 상에 물이 없었다면, 지구 기후는 지금보다 훨씬 뜨겁고 차갑게 급변하였을 것이고, 이는 생물에게 치명적이어서 생명의 탄생이 불가능할 수도 있었을 것이다. 물은 지구상의 많은 생명체가 살아갈 소중한 보금 자리이다. 지구 표면의 70%를 차지하는 물, 즉 바다에는 미생물부터 거대 생물까지, 떠다니는 것, 헤엄치는 것, 기어 다니는 것, 그리고 흙속으로 파고들어 가는 것 등 너무나 많은 종류의 생물들이 살아가고 있다. 물은 그 자체로 소중한 자원이다. 물은 우리가 직접 마시기도 하고, 공업과 농업등의 산업에 꼭 필요하다. 이 밖에도 물은 레저와 조경 등의 목적으로도 사용된다. 물은 매우 중요한 자원의 보고이다. 바다로부터 얻는 막대한 양의 많은 광물, 에너지 자원, 그리고 식량 자원 등, 우리에겐 어느 것 하나 없어서는 안되는 것들dl다. 물은 지구에서 매우 활발하게 순환한다. 이 과정을 통해 광물, 유기물, 및 기타 다른 물질들의 순환에 매우 중요한 매개체 역할을 한다. 이미 암석에 대해 배울 때, 암석의 순환에 물이 어떻게 중요한 역할을 하는지 살펴보았다. 4-1-5. 물의 기원 이렇게 소중한 물은 그러면 어디에서 온 것일까? 이미, 지구의 탄생에 대해서 살펴볼 때, 지구상의 물이 어떻게 생겼는지에 대해 간략하게 설명하였지만, 사실 지구상의 물의 기원이 무엇인지 혹은 왜 다른 태양계 행성과 달리 지구에 물이 많은 것인지에 대한 과학적 설명은 지금까지 명쾌하지는 않다. 그러나 지금까지 주장되고 있는 몇 가지 유력한 주장을 소개하면 다음과 같다:
여러 가지 학설 중에서 현재 활동하는 혜성과 같은 것에 의해 지구상의 물이 모두 공급되었을 것이라는 주장은 동위원소 조성을 포함한 과학적 증거와 맞지 않다고 하며 지구 생성 초기부터 상당량의 물은 존재하였다고 한다. 물은 지구상 표면과 지하의 도처에 존재한다. 비교적 얕은 지하 심도에 물이 많으며, 지하 심도가 깊어질수록 물은 적어진다. 물은 최대 약 4km 심도까지 존재하는데 0~800 m 구간에 약 50%가 그리고 800m~4 km 구간에 나머지 50% 부존한다고 알려져 있다. 4-1-6. 물의 유형 물을 유형별로 살펴보면 해수, 육지수, 빙하/얼음/눈, 및 수증기로 나눌 수 있다. 육지수는 다시 지표수와 지하수로 구분된다.  그림 4-1-2. 지구 상 물의 유형. 물을 조성에 따라 구분하면 염수와 담수로 나눌 수 있는데, 염수의 대부분은 해수이고, 육지수 중의 일부, 즉 염지하수와 염호수가 염수이다. 그림 4-1-3에 나타난 물의 구성 비를 살펴보면, 지구 상 물의 거의 대부분, 즉 96.5%가 해수이고, 담수는 2.5%에 불과함을 알 수 있다. 그리고 그 담수의 대부분인 69%가 우리가 경제적으로 이용하기 어려운 빙하 및 만년설로 되어 있다. 인간이 사용 가능한 수자원의 형태는 대부분 땅 밑에 지하수의 형태로 저장되어 있다. 담수 자원 중 그 나머지 1.3% 정도가 지표수 및 기타 담수인데, 우리나라 사람들이 일반적으로 많을 것이라고 생각하는 지표수 및 담수 호수의 물은 담수 자원 중 0.3%에 불과하다. 그러나 지표수는 물의 총량은 적으나 순환속도가 빨라 유용한 수자원이 될 수 있다. 4-1-7. 물의 순환 지금까지 살펴본 다양한 유형의 물은 끊임 없이 서로 순환한다. 물의 순환을 흔히 우리는 수문순환(hydrologic cycle)이라고 하는데, 물이 바다(호수) 등에서 대기로 증발하였다가 지상에 강수(비, 눈 등)로 하강하여 하천유출, 용천, 지하수의 형태로 다시 바다 등으로 유입되는 과정을 반복한다(그림 4-1-4). 이러한 수문순환의 과정에서 풍화 침식 퇴적 등의 지질 작용이 일어나고, 홍수, 가뭄, 사태 등의 자연 재해가 일어난다. 물을 순환시키는 가장 중요한 에너지는 태양에너지이다. 기본적으로 증발을 일으키는 것은 태양열이기 때문이다. 바다나 호수에서 대기 중으로 올라간 수증기는 무거워지면 지구중력에 의해 지표로 내려오게 되는데 이것이 강우, 강설이다. 이렇게 내려온 물은 지하로 들어가 지하수가 되기도 하고 식물에 의해 흡수되기도 한다. 또 강이나 호수에 내려온 물은 사람에게 직접 이용되기도 하지만 결국 하천을 통하여 원래의 바다로 돌아간다. 미세규모에서 보면 모세관 현상도 물 혹은 수분을 움직이는 동력이 되기도 한다. 전 세계적으로 보면 물은 매년 434x1012m3(434조톤) 정도가 바다에서 대기로 증발되고, 71x1012m3(71조톤) 정도가 육지에서 대기로 증발된다고 한다. 또 매년 물은 505x1012m3(505조톤) 정도가 하늘에서 육지 및 바다로 강하하며, 그 중 107x1012m3(107조톤)의 물이 육지에 내려 담수가 된다고 한다. 물은 여러 가지 다양한 경로로 순환을 하게 되는데, 그러면 원래의 자리로 돌아오는데 얼마나 걸리는 것일까(이것을 수문순환 주기라고 한다)? 사실 하나 하나의 물 분자마다 수문순환의 주기(period)는 매우 다를 것이다. 일반적으로 물이 한번 순환하는데 걸리는 시간은 빠르게는 수 시간 길게는 수 백년이 걸린다고 한다. 특히 극지방의 영구빙설 혹은 빙하는 한번 순환하는데 수 만년 이상의 매우 긴 시간이 필요하다. 물이 한 위치에서 머무는 시간을 우리는 체류시간(residence time)이라고 하는데 체류시간이 길면 수문순환의 주기도 길다. 대기 중의 수증기는 대체로 약 9일의 체류시간을 가지며 지하수의 경우 수천~수만년의 체류시간을 보일 수도 있다. 예를 들어 비교적 투수성이 좋은 제주도의 지하수는 20~50년의 체류시간을 보이지만 호주 사막 대찬정 분지의 지하수는 1백만년 이상의 체류 시간을 보인다. 표 4-1-1은 물의 형태에 따른 평균 체류시간을 정리한 것이다. 이 표를 읽을 때 주의할 것은, 정리된 것이 평균 체류시간이라는 것이며, 경우에 따라 이 평균 시간보다 훨씬 짧을 수도, 혹은 훨씬 길 수도 있음을 알아야 한다.
표 4-1-1. 물의 평균 체류 시간.
4-2. 홍수와 가뭄에 계속 | ||||||||||||||||||||||
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