위키원
대류권
대류권(對流圈, troposphere)은 대기권의 최하층을 가리킨다. 대류권 계면 이하의 대기를 말하는데 구름, 비 따위의 일기 현상이 일어난다. 대류권 계면의 고도는 극 지역에서는 8km 전후이며, 적도 지역에서는 18km에 이른다.
개요[편집]
대류권은 지구 대기권의 가장 낮은 부분으로 대부분의 기상현상이 일어나는 곳이다. 대기권의 제일 아래층으로, 극지방에서는 지상 약 8km, 적도 지방에서는 약 18km 높이까지의 대기층을 말하며, 중위도 지방에서는 그 중간 정도이다. 높이가 100m 높아질수록 기온은 약 0.65℃씩 낮아진다. 대기 전체의 4분의 3이 이 범위에 있으며, 비·바람·구름·눈 등의 기상현상이 일어난다.
온실효과 역시 대류권에서 발생한다. 대류권은 지표면(0km)에서 시작하며, 약 11km까지이다. 열대지방의 경우는 고도 16-18km까지이고, 극지방에서는 감소해서 10km 이내이기도 하다. 이 층은 전체 대기 질량의 약 75~90%를 차지한다. 일반적으로 제트기는 대류권의 최상부에서 비행한다. 대류권의 위 층은 성층권이다.
대류권은 셀이라고 불리는 6개의 영역으로 나뉜다. 이 영역은 대기 순환을 일으키며, 탁월풍을 유발한다. 대류권을 나타내는 영어인 troposphere는 "돌리다", "섞다"를 나타내는 그리스어인 tropos로부터 유래하였다. 이 말대로, 대류권은 끊임없이 움직이고 있다. 대류권에서 중요한 가스로는 질소 및 산소가 있다.
고도에 따른 온도변화는 다른 어떤 대기권보다도 심하다. 중간 위도의 경우 해수면의 온도가 +17°C인 데 반해 대류권계면에서는 -52°C에 이른다. 대류권계면에서의 온도는 대류권이 얇은 극지방의 경우는 –45°C 정도인 데 반해, 대류권이 두터운 적도지방에서는 -75°C에 이르기도 한다.
대류권에서의 고도에 따른 온도변화를 살펴보면, 고도가 1km 상승할수록, 온도는 대략 6.4 °C 내려간다. 대류권에서의 온도변화가 큰 이유는, 온도는 지표면에서 올라오는 복사열에 좌우되기 때문이다. 지표면에서 멀어질수록 열을 전달할 대기 입자가 줄어들며, 대류로 인한 가열 역시 줄어들게 되고 온도는 급격히 하강한다.
대류권계면은 대류권과 성층권의 경계를 나타낸다. 대류권계면 위쪽으로는 고도 50km에 이르도록 온도가 서서히 상승한다. 대류권을 지나는 동안 비행기가 높이 뜨면 뜰수록 안내판의 기온은 섭씨건 화씨건 모두 낮아져서 최상부에 이르면 국내선 비행기는 -17도, 국제선 비행기는 -50°C까지 내려간다.[1][2]
특징[편집]
대류권은 대기권의 가장 아래층을 말한다. 두께는 위도와 계절에 따라 변화하지만 대체로 약 10km 정도이며, 공기가 활발한 대류를 일으켜 기상현상이 발생한다.
대기의 최하층으로 지표면에서 높이 약 10km까지의 대기를 말한다. 지표면에서 발생하여 방출된 열로 인해 고도가 낮은 곳은 온도가 높고 높아질수록 기온은 내려간다. 대기 중에 수증기를 포함하고 있어 비와 구름, 눈 등 기상현상이 일어나고 대기가 불안정하여 대류운동이 매우 활발하다. 기온은 높이에 따라 약 6.5℃/km의 비율로 감소하고, 풍속은 높아질수록 증가한다. 대기가 불안정한 층으로서 공기분자, 수증기 및 불순물이 집중적으로 많이 존재한다. 그리고 지표면의 영향으로 난류나 대류작용에 의한 수직운동이 왕성하므로 비, 눈, 구름과 같은 기상현상을 비롯해서 온대저기압, 전선, 태풍 등 거의 모든 대기운동이 일어난다.
대류권의 높이는 약 10∼15km 사이, 평균 12km 정도로, 계절과 위도 그리고 대기요란에 따라서 변한다. 극지방에서는 낮고(약 8km) 적도 지방에서 높으며(약 15km), 같은 장소에서도 여름철에는 높고 겨울철에는 낮게 나타난다. 이것은 중력과 원심력의 영향도 있겠지만 온도의 영향이 가장 크다. 높이에 따른 온도분포에 따라 경계면을 정하기 때문이다. 적도 부근이나 중위도의 여름에는 폭풍 등의 강한 대류가 지속적으로 일어나 대류권계면이 상승하며, 추운 지역에서는 태양복사에너지보다 지표에서 방출되는 복사에너지가 더 많기 때문에 대류가 거의 일어나지 않으므로 대류권계면이 낮아진다.
요란현상(turbulence)
요란은 유체의 불규칙한 흐름을 뜻하며 대기 중에는 소규모의 요란으로부터 고기압이나 저기압 같은 대규모의 요란까지 존재한다. 요란이 생기는 원인은 바람의 불규칙한 변화, 상승기류와 하강기류와 같은 수직적인 공기의 흐름이다. 대류권은 높이 올라갈수록 기온이 낮아지기 때문에 대류현상이 일어나며, 대륙과 바다의 비열 차이와 지형의 영향 등으로 바람이 매우 복잡하게 불고 요란이 많이 발생한다. 이에 비해 성층권은 높이 올라갈수록 기온이 높아져 매우 안정하며, 중간권은 대류권과 마찬가지로 올라갈수록 온도는 낮아지지만 공기가 희박하기 때문에 기상현상이나 요란이 생기지 않는다.[3]
대기권[편집]
대기권(大氣圈, Atmosphere)이란 우리가 살고 있는 지구를 에워싸고 있는 공기층을 말한다. 통상 대기권의 영역은 지표면으로부터 약 10,000㎞ 정도까지로 본다. 대기(atmosphere)라는 말은 희랍어의 수증기를 뜻하는 atmos와 구(球)를 뜻하는 sphaira 에서 유래되었다. 그러기에 지구를 둘러싸고 있는 공기의 층을 대기(atmosphere)라고 부르는 것이다. 중력으로 지구표면에 밀착되어 지구와 같이 서에서 동으로 회전하는 기체의 총칭이라 할 수 있다. 지구와 같이 짙은 표면 대기가 존재하는 천체에서 행성을 둘러싸는 기체층이 존재하는 권역을 이른다. 이는 천체의 중력에 의해 붙잡힌 가스층이며, 대기권의 두께나 구성 등은 중력과 해당 천체의 위치, 공자전주기 등 다양한 물리화학적 요인에 영향을 받는다. 대기권의 높이는 약 1,000km가 되지만 전체 공기의 99%는 중력작용에 의해 지상 약 32km 이내에 밀집되어 있다. 대기의 구성, 온도 등 물리적인 성질이 높이에 따라 달라지므로, 이를 토대로 대류권, 성층권, 중간권, 열권으로 나눌 수 있다. 또한 이들 사이의 경계면을 대류권계면, 성층권계면, 중간권계면이라고 한다.
대기의 존재로 인해 지구는 태양의 직사광선에 무한히 가열되지 않는다. 야간에는 복사냉각에 의해 극저온으로 떨어지지 않는다. 또 대기는 유성이나 우주선(cosmic rays), 태양의 미립자, 복사 등 높은 에너지 입자의 침입으로부터 지구를 보호하고, 인류가 살아갈 수 있도록 산소와 맑은 공기를 공급해준다. 대기권은 지구에 생명체가 유지되도록 하는데 중요한 역할을 한다. 태양 등 지구 밖의 세계로부터 들어오는 해로운 빛을 흡수하고, 운석이 충돌하는 것을 막아 준다. 지표가 내는 열을 품어 지구를 보온해주며, 대류현상으로 열을 고르게 퍼뜨려서 지구 전체의 온도 차이를 줄여주기도 한다. 또한 대기권은 동식물이 호흡하는 데 필요한 산소를 포함하고 있다.[4][5][6]
지구 대기권의 구분
지구 대기권의 층은 조성(組成)뿐만 아니라 온도나 그 밖의 물리적인 성질이 높이에 따라서 다르며, 다시 몇 개의 층으로 분류된다. 지구 대기권은 특성에 따라 지표면에서부터 대류권, 성층권, 중간권, 열권, 외기권의 다섯 층으로 나눌 수 있다.
- 대류권 : 대류권은 지표면에 가장 인접한 대기의 층이다. 대류권은 지표면의 복사열에 의해 가열되므로, 고도가 높아질수록 온도는 낮아진다. (높이 1km마다 약 5°C∼6°C씩 고온이 하강하므로 상공으로 갈수록 기온이 낮아진다.) 즉 온도가 높은 공기가 아래쪽에 있으며, 이는 열역학적으로 매우 불안정하므로 쉽게 난류와 기상현상이 발생한다. 적란운(積亂雲)이나 뇌전(雷電)·태풍 등 변화가 많은 일기가 나타난다. 대류권에는 무거운 공기 분자가 모여있으며, 전체 대기 질량의 거의 80%가 모여있다. 대류권은 극지방에서는 지표면으로부터 7–8 km 정도까지의 영역이며, 적도지방에서는 더 높아 18 km 정도까지의 영역이다. 대류권의 윗면을 권계면(圈界面)이라 부르며 그 높이는 적도 지방에서 약 17km, 고위도 지방에서 약 10km에 달한다. 또 중위도 지방에서는 권계면 가까이에 제트기류(jetstream)라 불리는 강한 서풍(西風)이 불고 있다.
- 성층권 : 성층권은 권계면 위에 있으며, 기온은 대류권과 같이 하강하지 않고 거의 일정하다. 고도 20km를 넘으면 기온은 고도에 따라 상승하고, 고도 50km에서 극대(약－3°C)에 달한다. 성층권 중에는 그 중층(약 20∼25km)에 중심을 가진 오존(O3)층이 있는데 오존은 성층권의 가열 요인이다. 오존은 태양으로부터의 자외선을 흡수함에 따라 가열되며, 따라서 고도가 높아질수록 온도가 상승하게 된다. 높은 온도의 공기가 위에 있으므로 열역학적으로 안정되고, 이러한 이유로 난류가 발생하지 않으므로, 비행기 고도(11~13km)로 이용되기도 한다. 성층권은 대류권 위쪽에 위치하며, 대략 지표면으로부터 50km 정도까지의 영역이다.
- 중간권 : 중간권은 다시 고도가 올라갈수록 온도가 감소하는 영역이다. 이 영역에서는 대류현상이 일어나 약간의 구름이 형성되기도 하지만 기상현상은 일어나지 않는다. 지상 50km에서 80km까지의 높이이며, 야간운이 생기기도 한다.
- 열권 : 열권은 중간권 상부의 층으로, 올라갈수록 기온이 상승한다. 그 이유로는 열권의 밀도가 매우 낮기 때문에 적은 열로도 온도가 많이 올라간다는 것이 있다. 또 다른 이유로는 태양에 가깝다는 이유도 있지만 큰 영향력을 받지는 않는다. 이곳에서는 강력한 태양풍을 직접 맞아서 원자가 전리화되기 때문에 전리층으로 불리기도 한다. 강한 전리층은 전파를 반사하며, 이러한 반사 현상을 이용하여 원거리 무선통신을 하기도 한다. 지상 80–90 km에서 시작하여 500–1000 km까지의 높이이며, 오로라가 생기기도 한다. 유성 또한 관측되며 온도는 다시 상승하여 고도 300km에서는 약 800∼900°C에 달한다.
- 외기권 : 외기권은 지구 대기가 우주 공간과 접하는 최외곽 영역으로, 전리층을 넘어도 대기는 없어지지 않고 극히 희박하기는 하나 기체는 존재한다. 이곳에 존재하는 대부분 가스는 수소와 헬륨이며, 우주공간으로 빠져나가기도 한다. 외기권은 500~1000 km 상공에서 시작하며, 끝나는 지점은 특별한 의미는 없지만 10,000 km 정도까지로 생각하기도 한다. 지구 대기로부터 행성의 공간으로 건너올 때 온도는 1,000°C를 넘는다. 최근 인공위성에 의하여 방사능이 강한 공간이 관측되어 발견자의 이름을 따서 반 알렌 대(Van Allen Belt)라고 부르고 있다. 이것은 상공 약 2,000∼4,000km와 약 13,000km 내지 20,000km 되는 곳에 대상(帶狀)으로 분포되어 있는 강한 방사능대(放射能帶)이다.
- 그 밖의 층 : 크게 온도로 구별되는 5개의 층과 함께, 몇몇의 두 번째 층이 다른 특성에 의해서 구별된다.
- 오존층은 생명체에게 해로울 수 있는 단파 자외선을 97~99%가량 흡수한다. 지구 대기의 오존 가운데 90% 이상이 여기에 있다. 전리층은 태양으로부터 오는 복사에 의해서 대기가 이온화된 영역으로 오로라가 일어나는 층이다. 전리층은 낮 시간 동안 50~1,000km(31~621마일; 160,000~3,280,000피트)까지 확장되고, 중간권, 열권, 그리고 외권의 일부를 포함하고 있다. 하지만, 밤 시간 동안 중간권에서의 이온화는 멈추고, 그렇기 때문에 일반적인 오로라가 오직 열권과 외권의 낮은부분에서 일어난다. 전리층은 자기권의 안쪽 가장자리를 형성하는데, 이는 예를 들어, 라디오파의 지구로의 전달에 있어서 영향을 미치기 때문에 중요하게 다루어진다.
- 균질권과 비균질권은 대기의 가스가 잘 섞여 있는지 아닌지에 의해서 정의된다. 균질권의경우 대류권, 성층권, 중간권과 열권의 극소량 부분에서는 대기의 화학적 성분은 난류에 의해서 가스가 섞여있기 때문에 분자의 무게에 의존하지 않는다. 이러한 상대적인 균질권층은약 해발100km(62마일; 330,000피트) 지점인 난류권계면에서 끝난다. 이보다 높은 고도에는 열권의 대부분과 외권을 포함한 비균질권이 존재한다. 이 층의 화학적 성분은 고도에 따라 다양하다. 이는 섞여있는 상태보다 분자들 간의 충돌이 없이 이동할 수 있는 거리가 더 크기 때문이다. 이는 산소와 질소와 같은 무거운 분자들에게 비균질권의 바닥에만 존재하도록 계층화하기 때문이다.
- 행성간의 경계는 주로 난류 확산의 영향을 직접적으로 받는 지구의 표면에 가까이에 있는 열권의 일부분이다. 낮 시간 동안 행성간의 경계는 일반적으로 잘 섞이지만, 반면에 밤 시간에는 안정적으로 계층화되기 시작한다. 행성간의 경계의 두께는 얇을때는 100m, 잔잔한 밤에는 3,000m 또는 오후의 건조한 영역에서는 더 두껍다.
※ 지구 표면에 있는 대기의 평균 온도는 14도이다.[7]
동영상[편집]
각주[편집]
참고자료[편집]
- 〈대류권〉, 《네이버 국어사전》
- 〈대류권〉, 《기상백과》
- 〈대류권〉, 《위키백과》
- 〈대류권〉, 《두산백과》
- 〈대기권〉, 《지구과학산책》
- 〈대기권〉, 《두산백과》
- 〈대기권〉, 《나무위키》
- 〈지구 대기권〉, 《위키백과》
같이 보기[편집]
