***2018년에 정리한 내용입니다***
지구과학1
03. 위기의 지구
2. 지구 기후 변화
1] 지구 기후 변화
1. 고기후 연구방법
■ 기상 : 시시각각으로 변하는 짧은 기간 동안의 모든 대기 현상
■ 기후 : 오랜 시간 동안의 평균적인 기상 상태
1) 산소 동위원소 비율 (Ice core)
- 16O와 18O의 비율을 이용하여 당시 기후를 추론
① 해수 속에 녹아 있는 16O와 18O 중, 평소 16O는 18O에 비해 가벼워서 증발이 잘 발생
② 평소보다 기온이 높아지면, 18O도 증발이 잘 됨
2) 이산화탄소의 농도 (Ice core)
-CO₂의 농도변화와 기온의 변화가 유사하게 나타남(비례함)
3) 나무 나이테
- 나이테 사이의 폭을 측정하여 과거의 기온과 강수량을 측정 가능
4) 산호의 성장선
- 낮과 밤의 성장속도 차이를 분석하여 수온조사
2. 지질시대의 기후 변화
① 선캄브리아대 : 대체적으로 온난, 중기 빙하기
② 고생대 : 기온이 높고 온난했으나 중기와 말기에 큰 빙하기
③ 중생대 : 기온이 높고 온난
④ 신생대 : 초기는 온난, 중기부터 온도가 낮아져 후기에는 빙하기
2] 지구 기후 변화의 원인
1. 지구 기후 변화의 원인
1) 지구 외적 요인 (천문학적 요인) - 밀란코비치
(1) 지구 자전축의 경사 변화
- 41,000년을 주기로 지구의 자전축은 21.5˚ ~ 24.5˚ 사이를 변함
① 지구자전축의 경사 증가 → 여름철 온도 증가 + 겨울철 온도 감소 ▶ 연교차 증가
② 지구자전축의 경사 감소 → 여름철 온도 감소 + 겨울철 온도 증가 ▶ 연교차 감소
(2) 지구공전궤도의 이심률 변화
- 10만 년을 주기로 원에 거의 가까워졌다가 긴 타원모양으로 변함
① 궤도이심률 증가 → 원일점과 근일점 사이의 거리 증가 ▶ 연교차 감소
② 궤도이심률 감소 → 원일점과 근일점 사이의 거리 감소 ▶ 연교차 증가
(3) 세차운동
- 26,000년을 주기로 지구의 자전축이 팽이처럼 회전
- 지구 밖에서는 시계방향, 지구 안에서는 반시계 방향으로 회전
① 13,000년 후, 근일점에서 여름이고 원일점에서 겨울이므로 연교차 증가
2) 지구 내부의 자연적인 요인
① 화산폭발
- 화산폭발을 통해 나온 먼지, 화산재 등이 대기권에 머물면서 태양에너지의 반사율을 높여 지구 기온감소를 초래
② 수권과 기권의 상호작용
- 대기 순환의 변화가 해수의 순환에 영향을 주어 엘니뇨, 라니냐와 같은 현상을 만들어내어 기후 변화에 영향
③ 수륙분포의 변화
- 바다와 육지의 반사율과 비열 등의 차이로 인하여 기후변화에 영향
3) 인간 활동의 요인
① 과도한 온실 가스의 사용으로 인한 지구 온난화
② 과도한 개발로 인한 사막화로 인해 반사율 증가 (사막 → 반사율 ↑ → 기후 변화)
3] 지구 온난화
1. 복사평형
- 전 지구적으로 봤을 때, 지구가 흡수하는 태양복사에너지의 양과 방출하는 지구복사에너지의 양이 같은 상태
- 지구복사에너지 : 에너지의 대부분이 적외선 (장파복사)
- 태양복사에너지 : 에너지의 대부분이 가시광선 (단파복사)
1) 복사평형 (열수지)
- 전 지구적으로 열수지가 맞기 때문에 지구의 온도가 매년 일정하게 유지
| 흡수 | 방출 | 합계 | |
| 우주 | 30(반사) + 70(지구복사) | 100(태양복사) | 100 |
| 대기 | 8(전도) + 21(물의 증발) + 100(장파복사) + 25(구름흡수) | 66(우주밖으로) + 88(장파복사 흡수) | 154 |
| 지표 | 45(지표면 흡수) + 88(장파복사 흡수) | 100(장파복사) + 8(전도) + 21(물의 증발) + 4(대기의 창) | 133 |
2. 온실효과
- CO₂, CH₄, H₂O 등의 온실기체는 지구에서 나오는 적외선(=지구복사에너지)을 흡수하여 지표로 재방출하는 과정을 통해 지구의 온도를 높임
① 대기가 없을 때, 지구 평균 온도는 -18℃ 유지
② 대기가 있을 때, 지구 평균 온도는 15℃ 유지
3. 지구온난화
- 지표면의 온도가 평균 이상으로 높아지는 현상
1) 지구온난화의 원인
- 산림훼손, 화석연료사용 증가 → 대기 중 CO₂, CH₄, H₂O와 같은 온실가스의 양 증가 → 지구온난화
2) 지구온난화의 결과
① 해수의 열팽창과 대륙 빙하의 해빙에 따른 해수면 상승
② (순환고리) 대륙 빙하의 해빙 → 반사도 감소 → 에너지 흡수량 증가 → 해빙 가속화
③ 지역에 따라 홍수지역과 가뭄지역이 발생
④ 식생의 변화 (멸종위기 동물, 산림 평형 파괴, 식생대 북상)
⑤ 기후대의 변화 (어류 이동경로 변화, 용존산소량 감소, 물고기 질병 증가)
⑥ 열대성 질병 확산, 기상이변 발생
4] 지구 환경 변화
1. 오존층 파괴
1) 오존층의 역할
- 태양에서 나오는 유해한 자외선을 차단하여 지상의 생명체를 보호
2) 오존층 파괴 원인과 과정
- 세척제, 냉매제, 거품제, 분사제 등에서 나오는 CFCs(프레온 가스 : Cl이 들어 있다.)가 성층권으로 올라가 자외선에 의해 분해되어 나오는 염소(Cl)가 오존층을 파괴
- Cl은 촉매로 남아서 계속해서 오존(O₃)을 파괴
3) 오존층 파괴로 인한 피해
① 자외선 유입량 증가 → 식물의 광합성량 감소 → 동물의 면역체계 손상, 기후변화
② 남극에 오존홀 형성
2. 사막화 현상
- 자연적 요인 및 인간의 활동에 의해 사막이 확대되는 현상
1) 사막화의 원인
① 대기 대순환의 변화
- 특정 지역의 가뭄과 강수량 감소 현상이 지속되어 발생
② 지구 온난화
- 기권의 온도 상승으로 인해 해양, 하천 등에서 증발량이 증가함과 동시에 강수량도 증가하지만, 대륙 중심부는 오히려 강수량이 감소하여 사막화 진행
③ 과잉경작, 과잉방목, 무분별한 산림벌채
- CO₂ 증가로 인한 온도 상승, 토양의 물 함유량 감소
3. 황사
- 몽골이나 중국 북수의 황토 지대에서 강한 바람에 의해 고공으로 올라간 미세한 모래 먼지가 상층의 편서풍을 만나 한반도 부근까지 운반되어 서서히 하강하는 현상
1) 황사의 피해
① 호흡기 질환과 같은 각종 질병 유발
② 산업 활동 제약
③ 대기오염 가중
2) 대책
① 황사 조기 경보 체계 확립
② 중국과 몽골의 사막화 억제
4. 엘니뇨와 라니냐
- 대기와 해양의 상호작용에 의해 발생하는 이상기후 (태평양에서 일어나는 이상기후)
- 동태평양은 페루지역 등, 서태평양은 인도네시아, 필리핀 등
① 평상시
- 무역풍으로 인해 동에서 서쪽으로 표층해류 형성
- 동태평양의 용승으로 표층에 차가운 물 공급 → 고기압 형성 → 맑은 날씨
- 서태평양은 무역풍으로 인해 표층에 따뜻한 물이 공급 → 저기압 형성 → 구름 많음
② 엘니뇨 발생 (무역풍 약화)
- 무역풍 약화로 인해 동에서 서쪽으로 가는 표층해류 약화
- 동태평양에는 평소보다 표층에 따뜻한 물이 많으므로 용승 약화 → 평소보다 수온 높음 → 저기압 형성 → 홍수
- 서태평양에는 무역풍 약화로 인해 따뜻한 물이 덜 공급 → 평소보다 수온 낮음 → 고기압 형성 → 가뭄
- 중앙 태평양에는 평소보다 수온이 증가하여 저기압이 형성되므로 구름 형성
- 동태평양의 해수면 높이 ↑, 수온 ↑ / 서태평양의 해수면 높이 ↓, 수온 ↓ (= 동서 해수면 편차 감소 / 동서 수온 편차 감소)
③ 라니냐 발생 (무역풍 강화)
- 무역풍 강화로 인해 동에서 서쪽으로 가는 표층해류 강화
- 동태평양에는 평소보다 표층에 따뜻한 물이 적으므로 용승 강화 → 평소보다 수온 낮음 → 고기압 형성 → 가뭄
- 서태평양에는 무역풍 강화로 인해 따뜻한 물이 많이 공급 → 평소보다 수온 높음 → 저기압 형성 → 홍수
- 동태평양의 해수면 높이 ↓, 수온 ↓ / 서태평양의 해수면 높이 ↑, 수온 ↑ (= 동서 해수면 편차 ↑, 동서 수온 편차 ↑)
| 동태평양 | 엘리뇨 | 라니냐 |
| 무역풍의 세기 | 약함 | 강함 |
| 남적도 해류 | 약함 | 강함 |
| 평균 해수면의 높이 | 높음 | 낮음 |
| 용승 현상 | 약함 | 강함 |
| 표층 수온 | 높음 | 낮음 |
| 영양염류의 양 | 적음 | 많음 |
| 증발량 및 강수량 | 많음 | 적음 |
5] 지구 환경 변화와 인간 활동
1. 지구 환경 변화
- 매우 느린 환경 변화 : 대륙이동에 의한 수륙분포 변화, 천문학적 요인에 의한 기후 변화, ...
- 매우 급격한 환경 변화 : 운석이나 혜성의 충돌, 화산활동, ...
2. 지구 환경 변화에 대한 노력
① 인간환경회의 (1972, 스웨덴 스톡홀름)
- 환경 문제 해결을 위한 인류 최초의 회의
- 지구 환경 보존에 있어 국제적 협력을 추진
② 몬트리올 의정서(1986, 캐나다 몬트리올)
- 오존층 파괴 물질의 생산과 소비 감축
③ 바젤 협약 (1989, 스위스 바젤)
- 수은, 카드뮴과 같은 유해 폐기물의 불법적인 이동 규제
④ 유엔 기후변화 협약 - 리우 환경 협약 (1992, 브라질 리우)
- 화석연료 사용에 따른 지구 온난화 현상 방지 협약
⑤ 교토 의정서 (1996, 일본 교토)
- 유엔 기후 변화 협약의 수정안
- 선진국은 의무적으로 온실가스 배출량을 감소
- 온실가스 배출량 거래제도