성 기 홍 (경남도교육청 학교정책과장)
녹색별 지구는 태양계가 생성된 약 50억 년 전부터 태양으로부터 지속적으로 막대한 양의 태양복사에너지를 받아 생물들의 생명을 유지할 수 있었다. 지구가 계속해 태양복사에너지를 받고 있지만 지구의 평균 온도가 일정하게 유지되는 것은 지구가 받아들이는 태양복사에너지와 지구가 우주 공간으로 방출하는 지구복사에너지의 양이 같아서 복사평형이 일어나고 있기 때문이다.
생명체가 존재하려면 가장 기본적으로 물과 산소, 탄소 등의 원소가 필요하다. 이러한 조건이 갖춰져도 생명현상을 유지할 수 있는 온도 조건이 필요하다. 생명 유지에 필요한 온도의 범위는 매우 좁은 편으로 액체로 존재할 수 있는 온도여야 하므로 1기압 상태라고 가정하면 100℃ 이하여야 할 것이고(압력이 높아지면 끓는 온도는 상승), 얼지 않는 0℃ 이상이어야 한다.
태양 가까이에 존재하는 수성 표면의 평균온도는 약 179℃이지만, 온도변화는 약 -183℃~427℃로 매우 변화가 심하다. 달의 평균 표면 온도는 낮에는 107℃, 밤에는 -153℃이지만, 표면 온도는 최고 123℃부터 최저 -233℃로 변화가 매우 심한 편이다.
그러나 지구는 이들과는 달리 두꺼운 공기에 둘러싸여 있어서 대류 현상이 있기 때문에 온도 변화가 그리 크지 않다.
태양복사에너지는 감마선부터 여러 파장대로 구성된 전자기파다. 파장이 짧은 종류부터 나열하면, 감마선, 엑스선, 자외선, 가시광선, 적외선, 마이크로파, 전파 순으로 나눠 볼 수 있다. 이러한 전자기파는 파장이 짧을수록 에너지가 크고, 파장이 길수록 에너지가 적다.
태양복사에너지 중에서 가시광선이 가장 많은 양을 차지하기 때문에 태양복사에너지를 가시광선복사라고도 한다. 이 태양복사에너지가 지구에 도달하면 일부가 대기와 지표에 의해 약 30%가 우주 공간으로 빠져나가게 되는데 이를 반사율 혹은 알베도라고 한다.
나머지 태양복사에너지는 지구에 흡수가 될 때 태양복사에너지의 여러 파장 중에서 파장이 짧은 자외선은 대기에 있는 오존층에서 흡수가 일어난다. 가시광선보다 파장이 조금 긴 적외선은 대기에 있는 이산화탄소와 수증기에서 흡수가 일어난다.
그러나 태양복사에너지에서 가장 많은 양을 차지하는 가시광선은 대기에 흡수하지 않고 지표까지 도달한다. 우리가 따뜻함을 느끼는 것은 적외선 영역의 파장을 받을 때이므로 자외선을 열선이라고도 한다.
지구복사에너지의 대부분을 차지하는 적외선은 대기에 있는 이산화탄소와 수증기에서 흡수하고, 이런 흡수된 에너지들이 다시 지표나 우주 공간으로 방출된다. 만약 지구상에서 이산화탄소의 양이 현저하게 증가하면 우주공간으로 방출돼야하는 지구복사선이 이산화탄소에 흡수돼 지구에 농축되므로 지구의 온도가 올라가게 된다. 이 때문에 이산화탄소가 지구온난화의 주범이라고 한다.
지구가 온도를 유지하려면 지구열수지 복사평형을 이뤄야 한다. 이런 이유로 지금 전 세계는 지구복사에너지를 흡수해 전체 에너지량을 증가시키는 이산화탄소의 발생을 억제하기 위해 최선을 다하고 있다.
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2024년 05월 06일 (월)
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