내용이 많이 대기권 편을 나눴는데요.
아직 전 편을 읽으시지 않았다면 전 편을 읽고 보시는 걸 추천드립니다.
기후학을 쉽게 이해해 보자(기후 이해 편)
기후 기후는 장기간(대개 30년)에 걸친 날씨의 평균이나 변동의 특성을 말합니다.(World Meteorological Organization가 정한 평균 산출기간이 30년) 이렇게 과학자들은 기후가 변하고 있다는 것을 확인하
min8282.com
기후학을 쉽게 이해해 보자(대기권 1편)
안녕하세요 오늘은 기후 이해 편 다음인 대기권의 기후변화 편입니다. 기후 이해 편이 궁금하신 분들은 아래 링크에 들어가서 확인해주세요. 기상학을 쉽게 이해해 보자(기후 이해 편) 기후 기
min8282.com
강수화학
산성비
-산성비란 말 그대로 산성을 띤 빗물로, 빗물의 pH가 정상(5.6)보다 낮을 때를 말하며, 자연 상태에서 오염되지 않은 빗물의 경우에도 이산화탄소가 빗물에 녹아 있기 때문에 빗물에 호함된 수소이온의 물 농도는 pH5.6임.
- pH < 7 (산성)
- pH = 7 (중성)
- pH < 7 (염기성)
-대기 중 이산화황과 질소산화물 등이 물과 반응하여 황산과 질산 등의 산성 물질이 되고, 빗방울과 섞여 지면으로 떨어짐.
강수화학
-대기 중에 부유하는 가스상, 입자상의 물질이 비, 눈, 안개 등에 의해 지상에 낙하 또는 침착하여 떨어진 강수를 시료로( 전체가 아닌 일부분) 이용하여 화학성분을 분석하는 것을 말함. 지구대기감시 강수화학 분야에서는 강수의 산성도, 전기전도도, 이온 성분 등을 측정.(그냥 비, 눈, 안개 등 화학성분을 분석한다는 뜻입니다.)
건성침적
-대기 중의 가스상·입자상 물질이 확산, 흡착, 충돌, 중력낙하 등에 의해 지면에 도달하는 과정.
습성침적
-대기 중에 가스상·입자상 물질이 강수(비, 눈, 우박 등)에 의해 제거되는 과정.
총대기침적
-WMO, GAW 프로그램의 한 분야인 총대기침적은 건성 및 습성 침적의 조성을 파악하는 것으로 산성화, 부영양화, 스모그, 기후변화 등의 원인과 영향을 이해하는데 중요.
(부영양화는 식물에게 필요한 영양분이 물에 과잉 공급되어 개체 수 급증으로 인한 생태계 변화 현상을 말합니다)
-건성침적과 습성침적 모두를 말하며, 생태계나 건강에 미치는 영향을 평가하기 위하여 두 가지 모두 중요.
- 아황산가스: 황을 함유하는 석탄, 석유 등의 화석연료가 연소될 때 황성분이 산소와 결합해 발생함(주로 발전소, 난방장치 등에서 나옵니다)
- 질소산화물: 엔진의 연소 과정 중 높은 온도로 인해 공기중의 질소가 산소와 결합해 발생함(가솔린 차량, 선박, 항공기 등 연소과정이 포함된 모든 시설이 질소산화물 생성 원인)
산성도
- 강염기를 중화시킬 수 있는 수용액의 세기로, 수용액에 포함된 수소이온의 농도를 지수로 계산한 pH로 표현. pH가 작을수록 산성도가 강하고, pH가 클수록 산성도가 약해짐.
*산이 물에 녹아 수소이온(H+ )을 내는 물질 / 염기: 수산화이온(OH-)을 내는 물질
전기전도도
-물질이나 용액에서 전하를 운반할 수 있는 정도로, 물질이 전류를 흐르게 할 수 있는 능력을 의미. 수용액에 용해된 염분의 농도를 평가할 수 있는 지표.(전도체에도 있음)
강수이온성분
-강수에 포함된 주요 수용성 이온 9종
대기복사
대기복사
-대기복사는 태양복사와 지구복사로 구분할 수 있는데, 지구대기에 유입되는 에너지는 태양에서 방출한 빛에너지임.
-태양복사는 가시광선, 적외선, 자외선을 모두 포함하는데 그 중 가시광선을 가장 많이 방출하며, 대기를 통과하면서 일부는 구성성분에 의해 산란, 반사 또는 흡수되고 나머지는 지표에 도달함.
-태양에너지는 공기, 지표 등 기후시스템을 가열하는데 사용되므로 지구 대기를 움직이는 1차 원동력이자 지구상의 모든 생명체를 위해 필수적인 에너지원임.
-지구복사는 지구가 흡수한 태양에너지와 거의 같은 양의 에너지를 적외선 복사의 형태로 우주 공간으로 내보내는 것을 말하는데, 지구의 지표, 대기, 구름 등 모든 물체에서 절대온도에 따라 복사에너지를 방출.
*복사에너지: 모든 물체는 물체의 절대온도의 네제곱에 비례하여 전자기파의 형태로 에너지를 방출하며 다른 물질의 도움을 받지 않고 직접 전달되는 에너지.
태양복사
-태양이 방출하는 단파복사로서 상향과 하향의 태양복사량으로 관측함
-대기권 밖에 도달하는 태양에너지는 340W/m2임.
- 태양하향복사: 태양으로부터 지표에 도달하는 모든 일사량으로 수평면 직달일사와 산란일사의 합으로 나타냄.
- 태양상향복사: 구름 및 에어로졸 등에 의해 산란되어 외계로 방출되는 일사량
- 직달일사: 대기, 구름 등에 의한 산란 없이 태양으로부터 직접 도달하는 복사량
지구복사
-지표나 대기에서 방출하는 적외선 장파복사를 말하며 지구복사 에너지량은 입사되는 복사에너지량보다 지면에서 대기로 방출하는 복사에너지량이 큼.
-지구복사수지는 기후변화의 원인이 되는 에너지이기 때문에 그 변화를 감시하는 것이 중요.
- 지구상향복사: 지표에서 대기로 방출되는 장파복사
- 지구하향복사: 지구상향복사가 온실가스, 구름 등에 의해 흡수되어 재방출되어 지표에 도달하는 장파복사
순복사
-태양 빛 지구복사의 입사량과 방출량 차이를 말함
* 순복사 = 태양하향복사 - 태양상향복사 + 지구하향복사 - 지구상향복사
-순복사는 지표 에너지수지를 결정하는 중요한 요소로 일별 순복사는 열대와 아열대지역, 적도 근처에서 일년 내내 양의 값을 가지는 반면, 그 외 지역에서는 양과 음의 값이 계절에 따라 다양하게 나타남.
복사수지
-지구와 지구대기가 태양에너지를 우주로 방출하는 것보다 더 많이 흡수하면 지구는 따뜻해지고, 지구와 지구시스템이 태양으로부터 받는 것보다 더 많이 방출하면 지구는 차가워짐. 흡수된 에너지와 방출된 에너지가 균형을 이루면서 변하지 않는 상태를 복사평형이라고 함.
*지구 전체로 볼 때 태양에너지의 70%는 흡수하고 30%는 반사함. 대기 중에서 19%를 흡수하고 지표면에서는 51%를 흡수하여 다시 적외선복사의 형태로 우주공간으로 방출.
자외선
자외선
-자외선복사의 파장 영역은 100~400nm이며, 이는 자외선A(320~400nm), 자외선 B(280~320nm) 자외선C(100~280nm)로 분류됨
-자외선복사는 복사파장, 태양천장각, 오존 및 기타 미량기체, 구름, 에어로졸 등에 영향을 받음. 따라서 자외선복사의 변화폭은 매우 큼. 오존변화는 자외선에 영향을 끼치며 특히 파장이 짧은 영역에서 변화가 커 오존층 감소에 따라 그 복사량 증가가 우려되면서 기후환경에 중요한 문제가 되고 있음.
*1nm = 10억분의 1 미터
*태양의 자외선은 자외선A, B, C로 구별되며, 성층권 오존층을 통과하면서 자외선C는 모두 흡수되고, 자외선 B는 10%만이, 자외선A는 90% 이상이 지표에 도달
자외선A
-320~400nm 파장 영역으로 90% 이상이 지표에 도달. 생물에 큰 영향은 없으나 파장이 길어 유리창을 통과하고 장기간 노출 시 주름과 피부노화에 영향을 줌.
자외선B
-280~320nm 파장 영역으로 10% 미만이 지표에 도달함. 오존층 농도에 따라 지표에 도달하는 복사량은 차이가 있고 맑은 날 태양 남중시간에 정점을 보임. 에너지가 강해 장기간 노출 시 피부암, 백내장 등을 유발하나 체내에 필요한 비타민D를 합성하여 건강에 도움을 주기도 함.
홍반자외선
-태양에 노출되었을 때 피부홍반(강한 햇빛에 오래 노출되어 피부가 붉어지는 반응, 주로 자외선B 복사에 의해 나타남)을 강하게 발생시키는 영역인 250~300nm의 자외선C와 B영역에 높은 가중값을 주고 300nm부터 400nm까지 감소하도록 반영된 자외선 복사를 말함.
자외선지수
-태양고도가 최대인 남중시각 때 지표에 도달하는 자외선 영역의 복사량을 지수식으로 환산한 것을 말함.
-자외선으로 인해 우리 몸의 피부가 얼마만큼 위험할 수 있는가 하는 정도를 숫자로 나타낸 것으로 위험, 매우높음, 높은, 보통, 낮음 5단계로 제공되며, 숫자가 높을수록 위험
성층권 오존
성층권의 오존
-성층권 오존은 대기 중 21%를 차지하는 산소 분자가 태양 자외선복사와 화학반응을 일으켜 자연적으로 형성됨. 이 화학 반응들은 성층권에 태양복사가 존재할 때 발생하며 열대지방의 성층권에서 오존이 가장 많이 생성됨.
-성층권의 오존 생성은 화학반응으로 파괴되는 오존에 의해 균형을 이룸. 성층권의 오존 일부는 규칙적으로 대류권에 수송되어 내려오고 때때로 지표면의 오존량, 특히 지구상에서 오염이 되지 않은 외딴 지역의 오존량에 영향을 미칠 수 있음.
-성층권 오존은 태양빛 뿐 아니라 다양한 자연·인위적 화학물질과 지속적으로 반응을 일으키는데 오존을 파괴하는 주요 반응성 가스는 산화수소와 산화질소, 그리고 염소와 브롬이 함유된 반응성 가스가 있음.
오존층
-지구대기에 존재하는 오존의 약 90%는 지표 위 10km(극지역)~16km(열대지역)이상에서 50km까지의 성층권에 존재하며 나머지 약 10%의 오존은 지표에서 성층권 하부지역에 위치한 대류권에 존재함
-성층권은 대류권 상층으로부터 약 50km 고도까지는 기온이 계속 상승하여 약 50km 고도에서 0℃의 기온을 나타내는 안정한 대기층으로 주로 분자 확산에 의해 기체의 이동이 이루어짐. 성층권 내에서도 20~25km 사이의 오존이 밀집되어 있는데 이 층을 오존층이라 함.
-오존층은 태양으로부터의 자외선 복사를 흡수하여 자외선의 대부분을 지표면에 도달하기 전에 막아주는 보호막 역할을 함.
오존전량
-오존전량은 지상 어느 위치든 그 위치 상공에 존재하는 오존분자의 총량으로 정의되며, 위도, 경도, 계절에 따라 달라짐. 오존전량의 약 90%는 성층권에 존재하기 때문에 성층권 오존을 나타내는 값으로 사용할 수 있음. 성층권 오존은 지구 대기로 입사하는 유해한 자외선을 흡수해 지상의 생태계를 보호하는 역할을 함.
(지구분포) 태양자외선 복사에 의한 오존 생성 비율이 열대지방에서 최댓값을 보이며 성층권 내 공기 대순환으로 열대지방 오존이 극지방으로 서서히 수송되기 때문에 오존층의 두께는 중위도와 고위도에서 두껍고, 저위도에서는 상대적으로 얇아진다.
(계절분포) 북반구의 오존전량은 봄에 뚜렷한 최대값을 갖고 여름부터 가을까지 값이 낮아지는 계절변동을 보임. 이는 늦가을과 겨울동안 열대지방에서 극지방으로 오존 수송이 증가하여 봄철 고위도에서 최댓값을 보임.
-열대 지방(북위 20°~남위 20°)은 모두 계절에 오존전량에 변화가 거의 없지만 오존함유량이 높은 공기가 열대지방으로부터 이동해 고위도에 축적되기 때문에 열대지방 외의 지역의 오존전량은 일별부터 계절별 기간에 따라 크게 달라짐.
오존홀
-남극대륙의 늦겨울에서 초봄 사이에 성층권 오존층이 심각하게 파괴된 영역을 오존홀이라고 함.
-오존전량이 220DU보다 낮은 영역을 의미하며, 남극 극소용돌이에서 제트기류가 강화되는 8~12월 사이에 오존홀이 생기며, 주로 남극 봄인 9~10월에 최대면적을 보임.
*남반구 극지방 오존홀 발생이유
겨울철 남반구 극지방은 태양광이 전혀 들어오지 않는 극야 현상으로 인하여 극겹히 차가워짐. 이렇게 차가워진 대기는 극야 제트류 혹은 극 소용돌이를 동반하는데, 이 때 강한 극 소용돌이가 고위도 공기를 고립시켜 기온의 하강을 가속시키는 역할을 함. 이 때문에 겨울철 남극 성층권 기온은 영향 78도 이하로 내려감. 이와 같은 극저온 상태에서 질산과 수증기 등이 얼면서 극지방 성층권 구름이 만들어짐. 이 구름은 입자 표면의 불균질 화학 반응으로 통해 염소분자를 축적함. 봄철이 되면 태양광이 극 성층권에 들어오면서 극지방 성층권 구름이 급격히 소멸하게 됨. 이때 겨울철에 축적된 염소 분자가 대기로 배출되면서 오존층을 급격히 파괴하는 것임.
*돕슨단위(DU)
-옥스포드대 Gordon Dobson이 개발한 단위로 단위 면적의 기둥에 포함된 미량 가스를 0℃와 1기압 상태에서 압축했을 때 높이를 말함.
-1UD는 표준상태에서 압축했을 때의 물리적 두께로 0.01m 로 정의됨.
오존두께
-대기 중 오존의 낮은 상대적 하유량을 보여주기 위해 대류권과 성층권에 있는 오존을 모두 모아 지표면으로 가져왔을 때 두께를 의미함. 이 오존 분자들을 지구 전체에 균일하게 분포시켜 얇은 기체층을 만든다고 가정했을 때, 순수한 오존층의 평균 두께는 약 3mm임.
오존연직분포
-연직 공기기둥에 존재하는 각 층의 오존정보로 오존 생성의 광화학과정에 의해 결정됨.
-오존은 성층권에서 주로 생성이 이루어진 후, 대류권으로 수송되어 소멸됨. 이러한 특성상 오존 농도는 하부성층권에서 최대로 나타나며, 대류권에서는 대체적으로 균일한 농도를 보임.
오존층 파괴
-성층권 오존은 태양 자외선과 산소 분자가 포함된 화학반응으로 자연적으로 생성됨.
-오존은 성층권에서 다양한 자연적인 요소와 인간이 만들어 낸 화학 성분에 끊임없이 반응하며, 각 반응에서 오존 분자를 잃어버리고 다른 화학 성분이 생성됨.
-염소와 브롬을 포함하는 중요한 반응 가스는 오존을 파괴함.
*오존층 파괴물질
-몬트리올의정서에 의거하여 세계적으로 규제되는 인위적인 할로겐 발원가스임.
-이 기체들은 염소와 브롬원자를 성층권으로 유입시켜 오존을 파괴하는 화학반응을 일으킴.
-한때 거의 모든 냉장고와 에어컨 냉매제로 사용되었던 염화불화탄소와 소화기에 사용되었던 할론이 대표적인 예.
프레온가스
-염화불화탄소는 오존층 파괴물질로 지구온난화를 일으키는 온실가스의 일종임.
프레온가스 대체물질
-프레온가스의 대체물질은 수소불화탄소와 과불화탄소로 에어컨과 냉장고 등의 냉매로 쓰이며 온실가스에 해당함
할로카본
-메탄의 수소원자 전부를 할로겐 원자로 치환한 것으로 메탄보다 탄소원자 수가 많은 탄화수소의 과할로겐 치환제의 총칭으로 사용함.
-대기 속에 방출된 인공 할로카본류는 안정하기 때문에 그대로 대류권에 축적되어 있다가 성층권으로 퍼져, 태양 자외선 분해로 생기는 염소원자가 오존층을 파괴함.
네 오늘까지 총 2편으로 대기권의 기후를 알아보았습니다.
다음편에서는 해양권의 기후변화에 대해 알아보도록 하겠습니다