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베게너(Wegener, A. L. ; 1880~1930)
독일의기상학자이자지구물리학자이다.
베게너는남아메리카대륙의동쪽해안선과아프리카대륙의서쪽해안선이
서로비슷한것에관심을갖게되었고, 이들대륙들은한때서로붙어있었을
것이라고 생각하였다. 베게너는 이 고대륙을‘판게아’라고 불렀고, 판게아를
구성한지역들이오랜지질시대를통해수천 km에달하는거리를천천히이
동함으로써서로분리되었다고주장하였다. 그는이러한대륙의운동을‘대륙
이동’이라고하였다.
17세기에 베이컨을 비롯
해많은과학자들이대륙이동설을제기했지만, 지질학적증
거에근거하여과학적가설을제시한사람은베게너가처음
이었다.
베게너가처음대륙이동설을발표하였을때에는많은학자들이그의주장을믿
지않았다. 왜냐하면베게너는대륙을이동시키는원동력을지구의자전에의한
원심력과달, 태양의기조력에의해생기는힘때문이라고설명하였는데, 이것
이학자들의지지를얻지못하였기때문이다. 그는자신의대륙이동설을증명
하기위해그린란드를탐험하던중조난당해50세를일기로세상을떠났다.
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Ⅱ지구계와
지권의변화
이단원에서는
태양계의 행성 중 인간을 비롯한 다양한 생물들
이 풍요롭게 살 수 있는 곳은 지구뿐이다. 그러나
우리는이러한지구의소중함을모른채살고있다.
이단원에서는토양, 물, 대기그리고생물등인
간이살아가는데없어서는안될지구계의구성요
소들의특징을이해하고, 이들구성요소간의상호
작용에대해알아보자. 또우리의소중한지구는어
떤역사를거쳐현재까지이어져왔는지살펴보자.
지구계의구성과상호작용1
지권의물질과변화2
|이단원을배우고나면|
1⃞지구계의정의를알고, 과학교과에서다루는계와관련된순환계, 생태계, 소화계등을이해
할수있다.
2⃞지구계의구성요소가지권, 수권, 기권, 생물권, 외권임을알고, 각권의특징과지구계내에
서물질과에너지순환이일어남을알수있다.
3⃞지권은다양한암석과광물로구성되어있으며, 지권을이루는물질은순환하고있음을알수
있다.
4⃞광물과암석이우리생활의여러분야에다양하게이용되고있음을알수있다.
5⃞지진파를이용하여지구내부의층상구조를탐사하는방법과각층의특징을알수있다.
6⃞판구조론의발달과정을과학사적관점에서이해하고, 판의운동과지진, 화산활동을연계
하여알수있다.
7⃞지진이나화산활동을포함한지구환경의변화가우리생활에미치는영향을이해하고, 대책
을알수있다.
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1기권
최근에남극상공에있는오존구멍이점점커져서
자외선에대한각별한주의가필요하다. 기권은우
주에서오는해로운물질을차단하여지구상의생
명체를 보호해 주는 역할을 한다. 이 밖에도 기권
은어떤역할을할까?
Ⅱ.
지구계와
지권의
변화
지권
인간이발을디디고사는곳이지권이다. 지권은지표를
비롯하여지구내부의모든부분을포함한다. 이처럼단
단한지권은다른권과어떻게상호작용을할까?
수권
지구는 다른 천체들과 달리 물이 지표의 70%
이상을 차지한다. 물은 생명의 원천이며, 여러
가지 자연 현상을 일으키는 원인이 된다. 물의
순환은지구에어떤현상을일으킬까?
지구계의구성과상호작용
중단원 미리 보기
1-1 지구계의구성요소 1-2 지구계의상호작용
30 Ⅱ. 지구계와지권의변화
▶기권과의상호작용으로기상현상을일으키고, 지
구의기온을일정하게유지하는역할을한다. 특히, 바
다는에너지의창고역할을함으로써, 기온의일교차
와연교차를줄여생명체가살기에적합한지구환경
을만들어주고있다.
▶화산활동은기후변화를일으키므로기권에영향을미치고,
토양속의수분은물의순환에역할을하며, 대륙과해저지형은
대기순환과해수의흐름에영향을준다.
▶온실효과를통해지구를보온하여지구에생명체가살
수있는환경을만들고, 강수를통해육상생물에게물을
공급하며, 생명체의호흡과광합성에각각필요한산소와
이산화탄소를제공한다.
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생물권
지구상에서인간을비롯한생명체는지권, 수권, 기권과영향을
주고받으며살아간다. 생물권은각권에어떤영향을미칠까?
“파란행성!”인류최초로지구밖에서지구를본우주인의탄성이다. 물과공기가존재하는파란지구는
태양계에서생명체가살고있는유일한천체이다. 만약우주를여행하는사람이있다면, 지구를태양계라는
사막안에있는오아시스로느낄수있을것이다. 지구는우주나우리은하에서는물론태양계에서도작은
천체에불과하지만, 인류에게는생명의터전이다. 지구는무엇으로이루어져있을까?
지구계의상호작용
지구계를구성하는요소인지권, 수권, 기권그리고생물권은지구탄생이
후끊임없이변화를거듭해왔다. 지권에서는지진과화산활동이일어나
고, 수권에서는해류가흐르며해파가발생한다. 기권에서는날씨변화가
일어나고, 생물권의생물은각권에서살아간다. 이과정에서물질과에너
지는다른구성요소에어떤영향을미치게될까?
1. 지구계의구성과상호작용 31
지권
수권상호작용
지구계의
에너지
기권
생물권
외권
단원의개념구조
지구계
▶미생물과식물은암석을풍화시켜토양형성을촉진하고, 숲은토양을비
옥하게하며태양에너지를흡수하여지표온도를높여준다. 식물은광합성
으로대기중의이산화탄소를흡수하고산소를대기중으로방출한다. 반대
로생물의호흡은대기중의산소를흡수하고이산화탄소를대기중으로방
출한다. 많은생물이수권에서서식하고있으며, 끊임없이산소와이산화탄
소등의기체와영양염류를교환한다.
▶날씨의변화, 해류, 지표변화등지구계변화의주된에너지원은태양복사에너지
이다. 지구내부에너지는화산활동과지진을일으키고, 조력에너지는밀물과썰물을
일으킨다. 지구는흡수하는태양복사에너지와같은양의지구복사에너지를방출하
므로지구계의온도는거의일정하게유지된다.
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Ⅱ.
지구계와
지권의
변화 지구밖에서촬영한지구의모습에서는하얀구름과대륙, 바다를볼수있다. 태양계
에속한천체중유일하게생명체가살고있는지구는어떤요소들로이루어져있을까?
지구계의 구성 요소1-1
지구계
계(시스템)는여러개로이루어진구성요소들이상호작용을하면서전체적으
로조화로운동작과기능을갖는조직이나체계를말한다. 지구는물, 공기, 토양
과암석등의다양한물질과많은생명체들이인간생활권과더불어상호작용을
하는지구계를이루고있다. 지구는이렇게하나의계를이룰뿐만아니라, 지구계
안에생태계를비롯한여러계를포함하고있다.
32 Ⅱ. 지구계와지권의변화
생산자
생태계
생물적 환경
비생물적 환경 (햇빛, 온도, 이산화 탄소, 물, 토양 등)
분해자
1차 소비자 최종 소비자
(세균, 균류)
•지구계를생태계, 순환계, 소화계
등과비교하여설명할수있다.
•지구계가 지권, 수권, 기권, 생
물권, 외권으로 이루어져 있음
을설명할수있다.
그림Ⅱ-1 지구계와생태계
그림Ⅱ-̀2 생태계의구성요소
학습 목표
⋯ •주변의 예를 제시하여 계
와지구계의정의를알도록지도한다.
•지구계를생태계, 순환계, 호흡계등
과비교하여이해하도록설명한다.
•지구계를구성하고있는지권, 수권,
기권, 생물권, 외권의특징을이해하
도록설명한다.
Tip수업
생태계
•생태계는생물적환경과비생물적환경으로구성되어있다.
•생물적 환경은 생산자, 소비자, 분해자로 이루어져 있으며, 비생물적
환경은생물의생활영역을결정짓는다.
•생태계의구성요소사이에는에너지의흐름과영양분순환으로서로
연결되어있으며, 에너지의근원은주로태양에너지이다.
•생산자(녹색식물): 광합성을통해태양에너지를이용하여이산화탄
소와물을에너지가풍부하고간단한영양분으로전환시킨다.
•소비자: 생산자부터여러소비자단계를거치는먹이사슬이나타난다.
•분해자: 죽은생물체를분해하여토양·물·대기로되돌려준다.
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생태계의구성요소들은에너지의흐름과물질순환으로서로연결되어있다.
생태계의에너지근원은주로태양복사에너지이다. 생산자인식물은광합성을
통해태양복사에너지를이용하여이산화탄소와물을영양분으로전환시키며,
생산자에서최종소비자까지여러단계를거치는먹이사슬을이룬다. 분해자는
죽은생물체를분해하여구성물질들을토양, 물, 대기로되돌려주는역할을한다.
사람을비롯하여생태계를이루는각각의생명체는소화계, 순환계, 호흡계, 배
설계등의여러계가모여서이루어진작은우주라고할수있다. 이들구성요소
중어느하나라도이상이생기면균형이무너지거나계가유지되지못하며, 이는
개체의생명활동에영향을미치게된다.
이렇듯생태계는서로다른구성요소사이에상호작용이일어나끊임없이물
질과에너지가이동하며유지되고있다. 우리주변에서도생태계처럼여러가지
구성요소들로이루어져있으면서끊임없이서로영향을주고받는것들을많이
볼수있다.
1. 지구계의구성과상호작용 33
생태계의구성요소와역할
생태계에서생물적환경은생산자,
소비자, 분해자로 이루어져 있으
며, 비생물적 환경은 생물의 생활
영역을결정짓는다.
호흡계 배설계
소화계 순환계
그림Ⅱ-̀3 인체의구성요소
광합성
생태계에서에너지의이동
생태계에서 광합성으로 생성된 화학
에너지는 영양분 형태로 먹이 사슬을
통해이동한다.
•에너지생성: 세포에서영양소의분해
로생성되며, 물과이산화탄소배출
•생명활동유지: 심장박동, 혈액순
환, 호흡, 소화, 체온조절등
•운동에너지: 근육의수축과이완
•에너지방출: 대부분열에너지로배출
빛에너지이산화탄소+물111⁄
포도당(화학에너지)+산소
인체의구성요소
•순환계: 동맥과정맥은모세혈관으로이
어져있고, 심장 박동에의해일정한방
향으로혈액이흐르며영양소와산소, 노
폐물을운반한다.
•소화계: 소화계는큰분자의영양분을작
은분자로만들어흡수하는기관들을말
하며, 입-식도-위-십이지장-소장-대장으
로이어지는소화관과간, 쓸개, 이자등
소화액을 분비하는 부속 기관으로 이루
어져있다.
•호흡계: 폐는 흉곽에 위치하고 있으며,
기도를 통하여 인체에 산소를 공급함과
동시에체내대사과정에서생성된이산
화탄소를배출하는역할을한다.
•기타: 배설계, 골격계, 신경계, 생식계등
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지구계의구성
지구를구성하는각영역은생태계의구성요소들처럼서로영향을주고받으며
지구환경을유지하고있다. 따라서최근에는지구를생태계처럼여러구성요소
가모여상호작용을하는계로여기고종합적인연구가이루어지고있다.
지구계는지권, 수권, 기권, 생물권그리고기권밖의외권으로이루어져있다. 지
구계의구성요소들은각각독립되어존재하지만서로끊임없이상호작용을하
며영향을주고받는다.
강원도영월군에는한반도모습의지형이있다. 한반도모습의지형에는암석
으로구성된지권, 물로이루어진수권, 공기로채워진기권, 숲과농작물이있는
생물권이나타나있다.
한반도의모습과비슷한지형은주로수권이지권에영향을미쳐형성되었으며,
지권의변화는다시강물의흐름을바꾸어수권에영향을미친다. 수권외에도기권
에서의기온변화와생물권을이루는식물역시한반도모습의지형을형성하는
데영향을미쳤으며, 지형과강물의변화또한기권과생물권에영향을미쳤다.
이러한변화를일으키는근원이되는에너지는외권에서유입된태양복사에너
지이다.
34 Ⅱ. 지구계와지권의변화
외권
기권
수권
지권
그림Ⅱ-̀4 지구계의구성
생물권
한반도모습의지형으로본지구계의구성
한반도모습의지형은지구계를구성하는영역들, 특히수권과지권사이의상호작용으로
만들어진독특한지형이다.
•지권: 토양이나암석이수권의영향으로마치한반도와같은모양을이루고있다.
•수권: 강물이지형에따라굽이쳐흐르고있으며, 시간이지나면지형을변화시킨다.
•기권: 공기로채워진푸른하늘에수권에서공급된수증기의응결로만들어진구름이있다.
•생물권: 숲과농작물, 숲속은물론이고토양속과수중에많은생명체가산다.
•외권: 기권밖에도자기장등과같이지구환경과생태계에영향을주는것들이있다.
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지구 복사 에너지
생물권
기권
지구 상의 생물체와 아직 분해되지 않은 유기물
지구 상의 모든 물 (해양, 호수, 하천, 지하수, 빙하 등)
지구를 구성하는 단단한 암석과 토양, 화산재, 각 종 퇴적물 등
지권
태양 복사 에너지
지구 대기를 이루고 있는 기체 부분(질소, 산소, 이산화 탄소, 수증기 등)
태양
수권
외권
1. 지구계의구성과상호작용 35
지구계는각권들간의상호작용으로변화하므로지구계내의구성요소사이
에서는물질과에너지가끊임없이이동한다. 이러한과정에서일어나는크고작
은변화는다른구성요소에영향을미치며연쇄적인변화로이어진다. 따라서현
재의지구계는지구가탄생한이후수십억년동안일어난상호작용과변화의결
과로형성된것이다.
최근에는인간의활동에의한지구계의변화가심각한상황으로까지이어지고
있다. 인간의활동에따른지구환경의변화로인간뿐만아니라생물권전체의미
래가결정되기때문에지구환경의보전은무엇보다중요한일이다.
그림Ⅱ-̀5 지구계의구성요소
지구복사에너지
지구는태양으로부터복사에너지
를 받아 그중 일부를 흡수하고 있
지만, 지구도 적외선 형태로 에너
지를 방출하는데, 이것을 지구 복
사에너지라고한다.
지구계의물질과에너지이동
•지구계와 우주: 에너지의 교환은 일
어나지만, 운석이유입되는경우외에
는물질의유입이거의없다(̀닫힌계).
•지구계의각권: 끊임없이상호작용
을 하며 에너지는 물론이고 물질이
자유롭게이동한다(̀열린계).
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36 Ⅱ. 지구계와지권의변화
지권에서일어나는화산활동의원
인을조사해보자.
도서관 과학 세상속 지권
지권은지표면에서지구중심까지의구간으로, 대부분고체상태이며지구환경
에서가장큰부피를차지한다. 지권에서는수권, 기권, 생물권과의상호작용으
로물리적변화와화학적변화가끊임없이일어나고있다.
지권은지구계의구성요소중변화가가장느리지만다른권에큰영향을미친
다. 화산활동은기권에영향을미쳐기후변화를일으키며, 토양속의수분은물
의순환에기여한다. 또대륙과해저지형은대기순환과해수의흐름에영향을
미친다. 지권은이러한여러가지과정을통해지구상의생명체가살아가기적합
한환경을제공한다.
그림Ⅱ-̀6 지권의구성과역할
지권에서일어나는변화에는어떤것들이있는가?
화산 활동을 통해 기권에 수증기, 이산화 탄소
등을 공급하고, 화산 가스나 암석에서 녹아 나
온물질이바닷물속의염류의근원이된다.
생물체에 생활 공간을 제공하
고, 생물체에영양을공급한다.
지형은 기권과 수권의 순환과
흐름을변화시킨다.
지권의구조
•지각: 밀도가작고두께가두꺼운대
륙지각과밀도가크고두께가얇은
해양지각으로구분
•맨틀: 지권중가장부피가크다.
•핵: 액체상태의외핵과고체상태의
내핵으로구분
▶지진과화산활동등의지각변동, 암석의생성과순환, 풍화·침식작용과지형의변화등이있다.
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1. 지구계의구성과상호작용 37
수권
지구표면의 70 % 이상은바닷물로덮여있는데, 이곳을비롯하여지구상의
모든물이분포하는영역을수권이라고한다. 지구상의물중약 97.2 %가해수
이고, 약 2.8 %가육수이다. 육수의대부분은극지방과고산지대에빙하형태로
존재하며, 호수, 하천수, 지하수는지구전체물의 1 %도되지않는다.
물은생물조직을이루는세포의주성분으로서, 생명을유지하는데없어서는
안되는필수적인요소이다. 또한영양섭취, 혈액순환등모든생명현상에중요
한역할을하고있다.
지구계에서수권은기권과의상호작용으로기상현상을일으키고,
지구의기온을일정하게유지하는역할을한다. 특히바다는
에너지창고역할을함으로써,
기온의일교차와연교차를줄
여생명체가살기에적합한
환경을만들어주고있다.
또한 해양에서 순환하는
물은 대기의 순환과 더불
어 저위도에서 고위도로
에너지를 수송하는 역할을
한다.
해수 빙하
하천수 지하수
그림Ⅱ-̀7 수권의구성
강물을다합쳐도지구전체물의0.1 %도
되지않는대!
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38 Ⅱ. 지구계와지권의변화
한편, 지표에서증발이나증산을통해대기중으로들어간물은구름이나비등
으로지표로되돌아온다. 이와같이물은지권, 수권, 기권사이를순환하면서풍
화·침식작용으로지형을변화시키며암석의순환에기여한다. 그리고호수의물,
하천수, 지하수는식수를비롯한산업용수나농업용수로쓰인다.
기권
지구표면을둘러싸고있는약 1,000 km 두께의공기층을기권
이라고한다. 기권의주요성분은질소와산소이며, 이두성분이전
체대기의약 99 %를차지한다. 기권에는이밖에적은양의아르
곤, 이산화탄소, 오존등의기체가포함되어있다.
기권은온실효과를통해지구를일정한온도로덥혀서지구에생
명체가살수있는환경을만들고, 생명체의호흡과광합성에필요
한산소와이산화탄소를제공하며, 강수를통해생물에게물을공
급한다. 그리고외권으로부터들어오는우주선, 자외선등을차단하
여생명체의보호막역할을하며, 운석과의충돌로부터지구를보호해준다.
지구계에서기권은눈, 비, 바람등각종기상현상을통해지표를변화시키며,
지속적으로부는바람은해류를일으켜해수를순환시킨다. 또기권은항공기를
통한사람이나물자의수송을가능하게하며, 전리층은전파를흡수하거나반사하
여전파통신에이용된다.
산소20.95 %질소
78.08 %
기타 0.04 %
부피비
아르곤0.93 %
그림Ⅱ-̀8 대기의구성성분
(자료: 한국지구과학회)
그림Ⅱ-̀9 기권의역할
대기의 성분 중 생물의 생존에 매우 중요한 두 가지 기체는 무엇이며, 생명 활동 중
어디에이용되는지알아보자.
지구에 물이 없었다면 지구의 기온이 현재와 어떻게 달랐을지 생각해 보자.
온실효과
전파반사(전리층)
기상현상비행
우주선
우주공간에서지구로끊임없이날
아오는높은에너지를가진입자
기상현상
•기권의맨아래부분에해당하는대
류권에서일어난다.
•지표면의 불균등 가열로 온도차가
발생하고, 이로인하여기압차가생
겨 고기압에서 저기압으로 바람이
불고, 공기가 상승하는 곳(저기압)
에서 구름이 발생하며 구름에서 비
나눈등강수현상이나타난다.
▶지구에에너지창고역할을하는바다가없다면, 물의순환이일어나지않아저위도에서고위도로대기권의에너
지수송이일어나지않는다. 이러한현상이생기면극지방의기온은현재보다더낮아지고, 적도지방의기온은더
높아질것이다. 또한대기중에는수증기가없기때문에온실효과가나타나지않아서태양복사에너지를많이받
는낮과여름철에는지금보다기온이더욱높아질것이고, 태양복사에너지를적게받는
밤과겨울철에는지금보다기온이더낮아질것이다.
▶산소, 이산화탄소_̀ 식물은기공을통해이산화탄소를흡수하여광합성을하고, 생물체는산소를흡수하는호흡
을통해영양소를산화, 분해시켜에너지를얻는다. 또한생물은산소를들이마시고이산화탄소를내뱉는호흡을
통해생명을유지한다.
태양복사에너지에의해이온화된입자들이모여있는층이다. 전파
를흡수하거나반사하기때문에방송이나무선통신에이용된다. 전
리층에있는이온들이움직일때지구자기장의일부가만들어진다.
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1. 지구계의구성과상호작용 39
생물권과외권
지구계에서생명체가살고있는생물권은깊은바다에서부터기권에이르기까지
그범위가매우넓다. 대부분의생명체는지권과수권및기권이서로접하는지
표면부근에서서식하고있다.
지구가탄생한이후지구계의각영역은계속변화했고, 그과정에서지구상의
생물도변화된새로운환경에적응하여함께변화해왔다. 즉, 대륙의이동으로
바다가육지로되거나육지가바다로변하기도하며, 대기성분이나기후도계속
변해왔다. 생물들은이와같은다양한환경변화에적응하면서사는영역이넓어
졌으며, 생물종도다양해졌다.
외권은지구를둘러싸고있는우주공간을말한다. 외권에있는밴앨런대는지구
자기장에의해형성된것으로, 우주에서지구로들어오는유해한우주선이나태
양에서방출되는높은에너지를가진입자를막아줌으로써지구상의생명체를
보호해준다.
생물이지구환경에서살아가면서기권으로부터얻는것에
는무엇이있는가?
개념확인하기
자동차사용을줄이고자전거사용을늘려나갈때각권에
미치는영향은무엇인지알아보자.
생활속문제해결하기자기
주도
학습
그림Ⅱ-10 육지의생물 그림Ⅱ-11 지구의대기와외권
지구계의구성요소인지권, 수권, 기권 중 생물권이분포하는영역은어디인가?
밴앨런대
지구자기장의영향으로높은에너
지를가진입자들이도넛모양으로
지구를둘러싼공간을말한다.
⋯ 지구계에서 외권은 인류를
비롯한 생명체를 보호하는 역할을
하고있음을설명한다. 특히, 외권의
존재는 지구에 생명체가 탄생하여
존재할수있는이유중하나임을설
명하여 학생들의 호기심을 유발할
수있도록지도한다.
Tip수업미생물을포함한지구상의모든생물을말하며, 지표와지표
부근의지하, 대기, 해양등에분포하여서식한다.
▶생물권의분포는깊은바다에서부터기권의높은곳까지이나, 주된영역은기권과수권및지권이서로접하는
경계부근이다.
▶생물은기권으로부터호흡을통해산소를얻고, 광합성을위해이산
화탄소를얻는다.▶자전거타기를생활화하여자동차사용을줄이면화석연료의사용이
줄어들게되어기권으로방출되는이산화탄소(온실기체)가감소하므로
지구온난화와기온상승을줄일수있다. 이는수권의온도상승과해수
면상승을줄일수있다.
또한각종오염물질의배출
을감소시키고, 기온과강수량변화로 지권의변화에도영향을준다.
태양풍과우주선보충자료
•태양풍: 온도가매우높은태양의코
로나또는외각영역에서빠른속도로
방출된 전자, 양성자, 극소수의 중원
소핵과같은입자들을말한다.•우주선: 태양계를 포함해 우리 은하전체공간을날아다니고있는고속의입자(원자핵또는전자)로, 대부분태양계밖에서날아온다.
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40 Ⅱ. 지구계와지권의변화
Ⅱ.
지구계와
지권의
변화
지구계 각 권들의 상호 작용의 예와
각각의과정을설명할수있다.
각권들사이의상호작용에의해발
생하는여러현상에대한사진자료
과정과 결과
목·표
준·비·물
❶다음은지구계를이루는구성요소들을나타낸것이다. 각그림에나타나있는구성요소
들을모두적어보자.
위 그림은 농경지에서 재배되고 있는 농작물의 모습이다. 농작물이 생장할 수 있는
이유는무엇인가? 그리고농작물이생장하는과정에서어떤물질이순환되고있으며,
어떤에너지를이용하고있을까?
지구계의 상호 작용1-2
지구계를구성하고있는지권, 수권, 기권은기상현상, 해수의운동, 화산활동
과지진등에의해서로끊임없이영향을주고받는다. 또한생물권에속한생명체
들도지구계의다른권과영향을주고받는다. 따라서지구계의구성요소중어느
하나에변화가생기면다른구성요소들에게연쇄적으로영향을미치게된다. 최근
에는인간활동에의해각구성요소가더욱크게변하고있다.
지구계내에서일어나는여러변화는어떤상호작용에의한것이며, 어떤과정
을거쳐물질과에너지가이동하는것일까?
조사지구계의상호작용사례탐구 활동
1⃞
3⃞
2⃞
4⃞
•지구계의 구성 요소 사이의 상
호작용의예를말할수있다.
•지구계에서일어나는물질과에
너지순환을설명할수있다.
학습 목표
⋯ •지구계의상호작용에해
당하는대표적인예를제시한다.
•지구계에서일어나는지권, 수권, 기
권, 생물권, 외권의 상호작용의예
를정리하여발표하도록한다.
•지구계는지권, 수권, 기권, 생물권,
외권의상호작용과물질및에너지
의순환을연계하여이해하게한다.
Tip수업
⋯ •우리눈에보이는모든
것이 지구계를 구성하는 각 권임
을알려준다.
•지구계의 각 권은 서로 유기적으
로 영향을 주고받으므로 어느 한
권에서 생기는 변화는 다른 권에
연쇄적으로 영향을 준다는 것을
상기시킨다.
•지구계의각권에서일어나는상
호 작용현상을 발표하는과정에
서 창의·인성이 배양되도록 지
도한다.
Tip수업
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엘니뇨탐구의 확장
1. 지구계의구성과상호작용 41
❷다음은지구에서발생하는여러가지다양한자연현상들을나타낸것이다.
위의현상들은지구계에서어떤구성요소사이의상호작용에해당하는지표로정리해보자.
1⃞위현상들이발생할때쓰인에너지는각각무엇인가`?
2⃞생물권에서지권에영향을주는현상에는어떤것들이있는지조사해보자.
1⃞화산가스분출 2⃞바닷속생물 3⃞증발과강수
4⃞폭포(침식작용) 5⃞숲(광합성과호흡) 6⃞오로라
현상 1⃞ 2⃞ 3⃞ 4⃞ 5⃞ 6⃞
상호작용
기권
↑
지권
수권
↓↑
생물권
엘니뇨는태평양적도해역의남미해안으로부터중부태평양에이르는넓은범위
에서해수면온도가지속적으로높아지는현상이다. 2~7̀년마다한번씩불규칙하게
발생하고, 주로9월에서다음해3월사이에일어난다.
엘니뇨때문에수온이높아져어획량이줄고, 중남미지역에는폭우나홍수등의
기상이변이일어난다. 또한오스트레일리아일대에가뭄을가져와태평양양쪽에기
상이변을일으키기도한다.
엘니뇨는기권과수권의상호작용으로발생하며, 하나의상호작용이지구계전체
에영향을미치는예이다.
엘니뇨와반대로동태평양적도해역의수온이낮아지는현상을무엇이라고하는가?
엘니뇨발생시의수온분포_̀ 파란색은수
온이낮은곳, 빨간색은수온이높은곳이다.
해석
물음
창의·인성
1⃞화산가스분출
•기권: 화산가스와화산재의분출로
대기조성과기온이변한다.
2⃞바닷속생물
•수권: 해양생물의광합성으로수권
에산소가공급된다.
•생물권: 수중생물이수권에서식한다.
3⃞증발과강수
•지권:̀ 지권에물을공급하고유수나
빙하로지형을변화시킨다.
•기권:̀ 수권의물이증발되어기권에
강수를발생시킨다.
4⃞폭포
•지권: 침식작용으로지형변화가나
타난다.
5⃞숲
•생물권: 생물권에산소와이산화탄
소가공급된다.
•기권: 광합성과호흡으로기권의기
체를흡수하고방출한다.
6⃞오로라
•기권: 태양에서방출된대전입자의
일부가 지구 자기장에 이끌려 대기
로 진입하면서 기권의 공기 분자와
반응하여빛을낸다.
광합성
녹색식물이빛에너지를이용해이산화탄소와물로부터유기물을
합성하는작용을말하며, 전체적으로보면, 광합성의명반응에서
O™가생성되고, 암반응을통해포도당이합성되고물이생성된다.
오로라
상층대기에있는원자와대기권외곽에있는에너지를띤입자(전자나양성자)의상호
작용에의해생성된다. 태양의활동이활발한기간동안오로라는경우에따라중위도까
지확장된다. 예를들어, 미국에서는북극광이위도40˘이하에서도나타난다.
지권
↑
기권
기권
↑
수권
지권
↑
수권
기권
↑
생물권
기권
↑
외권
▶화산폭발1⃞`은지구내부에너지에의한현상이고, 나머지대부분 (2⃞`~5⃞)̀은
태양복사에너지가근원적인에너지이다. 오로라6⃞`는상층대기에있는원자와대
기권외곽에있는에너지를띤입자(전자나양성자)의상호작용에의해생성된다.
▶식물의뿌리는암석을쪼개어갈라놓고, 굴을파는동물들은물질들을지표면으로이동시킴으로써암석의풍화
를촉진시킨다. 이끼는암석을이루고있는광물에서영양분을얻기위해산을분비하여암석을분해시킨다.
▶라니냐
엘니뇨와는반대현상으로서, 동태평양에서평년보다0.5æ낮은저수온현상이5개월이상일어나장마, 가뭄, 추위등을일으킨다.
라니냐가발생했던1967년과1973년에는우리나라의평균기온이평년보다1.1~ 2.2æ낮았으며, 강수량도40.3`~6̀5.7 `mm가적어춥고건조한날씨였다.
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2011년10월, 50년만에방콕은홍수로외곽지역과도심이모
두침수위기를맞았다. 방콕북부의고대도시아유타야는도시
전체가거대한강으로변했다. 집과유적들이모두물에잠겼고,
고여있는물은검게썩었다. 대규모공단과공항, 주택단지와도
로, 농경지가큰피해를입었다. 이처럼전국토의3분의1을휩쓴
태국대홍수는수개월이나계속되었다. 전문가들은홍수피해의
원인으로홍수에취약한지형, 물관리실패등을지적하였다.
물의순환과정에서는태국의홍수에서와같은큰피해를유발
하는경우가가끔있으며, 우리나라에서도여름철폭우나겨울철
폭설에의한피해가종종발생한다.
2011년 10월태국의홍수피해
클릭 ≪그때 그 사건≫
42 Ⅱ. 지구계와지권의변화
물의순환
지구계내에서물은대기중의물, 해수, 호수나하천, 생명체의구성물질등
매우다양한형태로존재한다. 이때물은하나의형태로계속유지되는것이아니
라끊임없이다른형태로바뀌면서순환한다. 바다와육지에서증발한물은대기
중에서수증기상태로머물다가눈, 비등이되어육지로이동하고, 육지의물은
지표수와 지하수의 형태로 바
다로흘러간다. 이때일부는생
물에흡수되어생명활동에사
용된다.
물의 순환은 에너지의 순환
과 밀접한 관련이 있다. 물을
순환시키는 근원은 태양 복사
에너지인데, 물은 순환하면서
지구전체에태양복사에너지
를 고르게 분산시키는 역할을
하여지구의에너지평형에기
여한다.
물이머무는시간
물 분자 1개는 대략 빙하 상태로
10만 년, 지하수로 1,000년, 호수
에서 7년, 구름으로 10일, 동물체
내에서수시간을보낸다.
생활용수
바다로 유입되는 지표수와 강물
강수
바다로부터 증발
태양 복사 에너지
대기 중의 물
육지에서의 증발산
지하수 이동
바다로 유입되는 지하수
태양
그림Ⅱ-12 물의순환
수권의순환속도
대기중의수증기량을강수량으로환산하면약25mm이다. 지구전체의연평균강수량은약1,000mm이며, 이것을계산하면
25÷1,000=0.025(년)이다. 즉, 대기중의수증기는1년에약40회(9일에1회) 정도새로운수증기로교체되는셈이다.
에너지의이동
•지표면에도달한태양복사에너지(̀빛에너지)̀는열에너지로전환되어물을증발시킨다(̀잠열).
•수증기는대기중에서응결하여위치에너지가증가한다.
•강수로지상에내린물은위치에너지가운동에너지로전환되어바다로흐른다.
잠열(숨은열)보충자료
상태 변화가 일어날 때 출
입하는열이다. 고체→액
체→기체로변할때는주
위의 열을 흡수하고, 기체
→액체→고체로변할때
는주위의열을방출한다.
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1. 지구계의구성과상호작용 43
석회암층
석유
천연가스
산불
벌목
해저 퇴적물
석탄
화산 활동 방출
풍화와 침식
대기 중의 이산화 탄소, 일산화 탄소
용해
광합성 인간 활동 호흡
탄소의순환
지구계내에서또하나의중요한물질순환으로탄소의순환을들수있다. 탄소
는생물권에서살아있는생명체를형성하는원소들가운데가장기본적인구성
성분이다. 또한지권에서는생명체의잔류물이쌓여만들어진석탄이나석회암과
같은암석내에존재하며, 수권에서는이산화탄소가용해된탄산이온으로존재
한다. 그리고기권에서는대부분이산화탄소로존재하여생명체가살기알맞게
지구의온도를유지시켜주는온실기체의역할을하며, 광합성의원료가된다.
탄소는끊임없이지구계의각권들사이를순환하는데, 생물권의변화는탄소
의순환에가장큰영향을미친다. 식물은매년수백억톤이나되는대기중의이
산화탄소를광합성으로이용한다. 한편, 식물속에저장된양분은먹이사슬을
거치면서사체와배설물의형태로지권으로이동한다. 이탄소는풍화에의해해
양으로운반되어침전되거나생물체를거쳐석회암으로변하며, 암석속의탄소
는화산활동에의해다시대기중으로되돌아온다.
그러나최근인간활동에의한화석연료의대량사용으로대기중의이산화탄
소가급격히증가하여그동안균형을이루던탄소의순환과정이허물어지고있
다. 이것은수억년에걸쳐서만들어진화석연료를캐내어단수백년동안에사
용함으로써대기중이산화탄소의양이크게증가하였기때문이다.
그림Ⅱ-̀13 탄소의순환
스스로해결하기
최근 대기 중의 이산화 탄소
가 급격히 증가한 이유는 무
엇인가? ▶화석연료의사용
우리몸에도탄소가있구나!
지구상의탄소중약 99.9%가퇴
적암(석회암을 포함한 유기적 퇴적
암), 석탄및석유등의형태로지권
에포함되어있고, 0.1%의소량이
수권, 기권, 생물권에분포한다.
탄소의분포
대부분은지권에석회암(약86%)이나
유기퇴적암(약13%)으로분포한다.
•기권: 기체 상태인 이산화 탄소
(CO™)로분포한다.
•수권: 물 속에 탄산 이온(HCO—£,
CO£¤ —)으로용해되어있다.
•지권: 석회암(CaCO£)이나화석연
료, 유기 퇴적물 형태 등으로 분포
한다.
•생물권: 생명체를이루는모든분자
나영양분에포함되어있다.
탄소의양변화
•대기중탄소의양증가요인: 호흡,
화석 연료의 연소, 화산 활동, 해수
에서의방출, 해수온도상승등
•대기중탄소의양감소요인: 광합
성, 해수에용해등
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44 Ⅱ. 지구계와지권의변화
탄소발자국이란사람의활동이나상품을생산, 소비하는
데직간접적으로발생하는이산화탄소의총량을말한다.
생활습관을조금만바꿔도탄소발자국을크게줄일수
있다. 자신의발자국크기를알고싶으면국립산림과학원
홈페이지(http://www.forest.go.kr)에있는‘탄소나무
계산기’를이용해직접계산해볼수있다.
탄소 발자국
일상생활에서탄소발자국을줄이는방법
탄소발자국마크
탄소발자국표시상품
양치질할 때 컵
사용하기
냉장고 문 여닫는
횟수줄이기
사용하지 않는 가전
제품의플러그뽑기
불필요한짐
줄이기
선풍기사용
줄이기겨울철실내온도
1æ내리기
10분이상자리를비울때
컴퓨터끄기
에너지 소비 효율이 좋은
가전제품구입하기
쓰레기양줄이기
가스레인지 불꽃을
조리기구에맞춰조
절하기
가까운 거리는 걷거나
자전거를 이용해 자동
차주행거리줄이기
탄소 발자국(carbon footprint): 개인 또는 단체가
직간접적으로 발생시키는 온실기체의 총량을 의미한
다. 여기에는이들이일상생활에서사용하는연료, 전
기, 용품등이모두포함된다. 표시단위는무게의단
위인 kg 또는우리가심어야하는나무의그루수가
된다.
감자칩포장지에70kg이라고표시되어있다고할때그의미는?
감자 재배에서부터 감자칩 생산에 이르기까지 모든 과정에서 제품당 평균
70kg의이산화탄소가배출된다는뜻이다.
탄소 발자국을 표시하는 근본적인
이유: 지구온난화의주범으로꼽히
는이산화탄소의배출량을줄이기
위한노력이다.
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1. 지구계의구성과상호작용 45
그림Ⅱ-̀14 지구계의에너지원
지구계의에너지
지구계의에너지원에는태양복사에너지, 지구내부에너지, 조석에너지가있
다. 이중가장주된에너지원인태양복사에너지는열에너지, 화학에너지, 역학
적에너지등으로전환되면서생명활동의원천이되거나기권과수권의변화및
그에따른지권의변화등과같이지구계를변화시키며순환한다. 지구내부에너
지는주로암석속에포함된방사성원소의붕괴에의한열로서, 화산활동과지
진및조산운동을일으킨다. 조석에너지는달과태양의인력때문에나타나며,
해수면의높이를주기적으로변화시킨다. 또조류를일으켜해안근처의생태계
와지형변화에영향을준다.
태양복사에너지
지구내부에너지
생명활동
화산활동
조석에너지
방사성원소
원자핵이불안정하여스스로붕괴
되면서 방사선(열)을 방출하는 원
소이다.
식물의화학에너지
화산의열에너지
바닷물의운동에너지
기조력: 조석현상을일으키는힘을기
조력이라고한다. 기조력은태양과달의
인력에 의해 일어나지만, 태양은 달에
비해매우멀기때문에달의인력이태
양의인력보다훨씬크다.
태양에너지의전환과발전
•수력발전: 빛에너지→위치에너지→운동에너지
→전기에너지
•화력발전: 빛에너지→화학에너지→열에너지→
운동에너지→전기에너지
•태양열발전: 빛에너지→열에너지→운동에너지
→전기에너지
•태양광발전: 빛에너지→전기에너지
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태양 복사 에너지
먼지
풍화, 침식
지구 복사 에너지
증발
구름
강수
마그마
바람
열 교환
기권
지권
수권
생물권
화산
눈, 빙하
46 Ⅱ. 지구계와지권의변화
지구계의상호작용
지구계의구성요소들은생태계나인체의순환계, 소화계처럼매우유기적인
관계를맺고있다. 이러한관계는지구가탄생했을때부터지금까지계속되고있
으며, 이과정에서각구성요소들사이에는물질과에너지가끊임없이순환하고
있다. 따라서지구에서일어나는어떤현상을더욱정확히알아내기위해서는지
구계와직접적으로관련된한가지구성요소만조사하기보다는지구계전체를
조사해야그현상의원인과결과를정확히파악할수있다.
그림Ⅱ-15 지구계의상호작용
물이순환하면서지권, 수권, 기권, 생물권에
미치는영향은무엇인가?
개념확인하기
최근친환경에너지에관한관심이높아지고있다. 지구계의각권에서
얻을수있는친환경에너지에는어떤것들이있는가?
과학과기술, 사회연관짓기자기
주도
학습
영향근원
기권 수권 지권 생물권
기권 기단끼리상호작용 파도, 해류발생바람에 의한 풍화·침식
작용
생물체에산소, 이산화탄
소공급
수권태풍발생, 증발로인한수
증기유입
해수의혼합, 심층해수의
순환
석회동굴생성, 바다에서
의퇴적암생성
세포내물공급, 수중 생
물의서식처제공
생물권광합성과 호흡으로 기체
흡수
해양 생물 광합성으로 산
소공급
생물에의한풍화작용, 산
호와조개등에의한석회
암생성
먹이사슬유지
지권 화산가스분출암석의광물질용해, 해저
화산활동
대륙이동에의한조산운
동
생물서식처제공, 영양분
(광물질) 공급
지구계의상호작용의예
▶수권에서물은태양복사에너지에의해증발하여수
증기로기권으로이동하고, 기권에서는수증기의응결로
만들어진 구름에서 강수 현상이 나타난다. 지권에 내린
빗물은낮은곳으로흐르며풍화와침식작용으로지형을
변화시키고, 생물권(육지생물)의생명활동에매우중요
한역할을한다.
▶최근에에너지원으로지권의석탄과석유등화석연료를많이사용하여대기중에
이산화탄소등온실기체가증가하여지구온난화가증대되고각종오염이심화되고
있다. 이런문제를줄일수있는친환경에너지원으로지권의지열에너지, 기권의풍
력에너지, 수권의조력이나파력에너지를들수있다. 또지구계의주된에너지원인
태양에너지를이용하는태양열이나태양광도친환경에너지에해당한다.
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생태계의 위기
1. 지구계의구성과상호작용 47
최근에해양오염과기상이변으로과거 5,500만년이래볼수없었던
해양생물의대량멸종현상이나타나고있다는보고서가공개되었다. 해
양연구국제계획(IPSO)의지원으로작성된이보고서는해양과학자 27
명이집대성한연구결과이다.
과학자들은해양생물의대량멸종이생물학적요인과화학적요인이복
합적으로작용한결과이며, 지구계의광범위한붕괴를가져올징조라고판
단하고있다.
현재바다환경을악화시키는세가지의큰요인은해수의온도상승, 산
성화, 산소부족현상으로서, 모두인간의직접적인활동에의한것들이다.
현재의해양환경은심해생물의 50 % 이상이사멸된 5,500만년전(공룡
대멸종이후의시기) 상황과많은점에서유사하다.
바다의산성화와이에따른연쇄반응은지구의기권에대량의이산화탄
소가유입되는원인이되었다. 바다는대기중이산화탄소량의약 25 %를
흡수하는거대한스펀지역할을해왔다. 그러나이산화탄소의과다흡수
로포화상태가지속되면모든생태계의평형상태가붕괴된다.
아울러해양지질학자들은해저화산들이극렬하게폭발하여잠자고있
던해저의메테인과이산화탄소등이순식간에다량으로지구대기를휘감
아생물의대량멸종을가져올수도있다고주장한다.
유조선의침몰이나선박사고, 폐자재나플라스틱유입등에따른해양오
염은이산화탄소의증가와함께해양생물멸종에큰영향을미치고있다.
이렇듯해양생물의대량멸종에따라우리는해양생물의아름다움과신
비로움을느끼는마지막세대가될지도모른다.
해저화산으로부터나온가스
쓰레기를먹이로착각한바닷새
죽은바닷새의뱃속에
가득찬쓰레기
최근생물의대량멸종이과거지질시대에있었
던생물의대량멸종과다른점: 과거생물의대량
멸종은 지각 변동, 기후 변화, 운석과의 충돌 등
자연적인원인에의해발생했지만, 최근대량멸
종의원인으로는인간활동에기인한환경오염이
중요한부분을차지한다.
028~047 2단원-재 2013.2.7 3:43 PM 페이지47 DK
