대기층과 대기의 성분

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지구를 둘러싼 대기층의 구조와 성분은?

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지구가 처음 생겨났을 때의 공기는 암모니아와 메탄이 대부분이었다. 그러나 긴 시간이 지나면서 대기의 성분은 점차 변하여, 오늘날과 같은 상태를 이루게 되었다. 지금은 전체 공기의 약 5분의 4인 78%가 질소이고, 숨쉬는데 없어서는 안 되는 산소는 21%에 불과하다. 그리고 탄산가스라든가 수소, 네온, 헬륨, 크립톤, 크세논, 메탄, 오존 같은 기체를 모두 합쳐야 겨우 1%이다. 오늘날 온실가스 역할을 한다는 이산화탄소의 양은 0.039%이다.

 

대기층의 분류

 

지구가 가진 대기의 전체 양은 5.15에 0을 18개 붙인 kg이다. 이런 대기층은 고공으로 갈수록 공기가 희박해지고 온도는 점점 내려간다. 구름이 생기고 기상 변화가 일어나는 대기층의 두께는 지표면에서 약 15km 높이의 층이다. 이 층을 보통 ‘대류권’(thermosphere)이라 한다.

 

지구를 둘러싼 대개층이 지상(해수면)에 미치는 압력은 평균 1기압(1013파스칼)이다. 다행스럽게도 지구가 가진 중력은 가장 가벼운 수소일지라도 외계로 날아가지 않도록 잡아두고 있다.

 

대류권 위는 성층권(stratosphere, 지상 12~50km)이라 하며, 이곳에는 공기가 희박하지만 오존의 양이 많아 태양에서 오는 자외선을 차단해주는 작용을 한다. 성층권보다 더 높은 중간권(mesosphere, 지상에서 50~80km 높이)은 기온이 영하 90도 정도로 낮다.

 

그러나 그보다 위층인 열권(thermospere, 지상 80~700km 높이)은 온도가 섭씨 1,500~2,000도로 높다. 그 이유는 태양의 에너지를 많이 받기 때문이다. 그러나 그곳의 온도는 온도계로 재면 영하이다. 이유는 그곳의 공기 분자가 너무 희박한 때문인데, 태양에너지를 받은 공기 분자의 열은 높지만 온도계의 눈금을 올려놓지는 못한다.

 

 

열권 바깥은 외기권(exosphere)이라 부르는 층(지상 약 700km 이상)이 있으며, 그 외부는 거의 진공이다.

 

이온층이란?

 

지상 85~600km 높이의 열권에 속하는 대기층을 특별히 ‘이온층’(ionosphere)이라 부르기도 하는데, 그 이유는 이곳의 공기 분자들이 강한 자외선의 작용으로 이온화되어 있기 때문다. 분자가 전자를 잃거나 더 많이 가진 상태로 되는 것을 이온화라 한다. 이온층은 전기적인 성질이 강해져 전파를 반사하는 작용을 한다.

 

그러므로 대기층에 이온층이 없다면 전파통신이나 방송이 어렵게 된다. 이온층이 전파를 반사해주기 때문에 지구 반대쪽까지도 전파를 보낼 수 있다. 만일 이온층이 없으면 공중으로 향한 전파는 반사될 곳이 없어 모두 지구 바깥으로 나가버리게 된다.

 

또한 이온층은 우주에서 오는 인체에 위험할 정도의 강력한 방사선을 차단해주고 있다.

 

 

 

대기층의 구조

 

thermosphere(대류권) : 지상 0-12km 

stratosphere(성층권) : 지상 12-50km

mesosphere(중간권) : 지상 50-80km

thermospere(열권) : 지상 80-700km

exosphere(외기권) :  지상 700km 이상

 

 

 

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