지구의 대기는 얼마나 두꺼운가에 대하여

지구의 대기는 표면에서 수백 킬로미터의 상공까지 존재하지만, 높은 고도보다 표면에서 밀도가 훨씬 높다. 지구 대기에 있는 기체의 절반은 표면으로부터 수 킬로미터 높이 안에 존재하며, 95%의 기체는 표면 위 19 km 내에 존재한다. 지구대기를 구성하는 기체들은? 지구의 대기는 78%의 질소와 21%의 산소 그리고 1%의 아르곤으로 이루어졌으며, 그 밖에 1% 미만의 다른 기체들이 있는데 수증기나 이산화탄소 등을 들 수 있다. 지구의 대기에는 어떤 다양한 층들이 있는가? 지구 대기의 가장 아래층은 대류권이다. 이 층은 우리가 숨 쉬는 공기이며, 구름과 기상 현상이 조재한다. 대류권 위에는 성층권이 있는데, 고도 약 14km 상공에서 시작된다. 성층권의 온도는 매우 낮아서 영하 50도에 이른다. 고도 80km 위에서부터 320km 사이의 대기 밀도는 매우 낮지만, 온도가 급격히 상승한다. 이 층을 열권이라고 한다. 열권 위는 지구의 대기층 중에서 최상층인 외기권 혹은 전리층이 있다. 이 층에서는 기체 분자들이 원자로 분리되고 대부분의 원자는 전하를 띠거나 이온화된다. 지구의 대기층은 변하고 있을까? 지구의 대기층은 지속해서 그리고 점진적으로 변하고 있다. 몇천 년 정도 지속되는 주기를 기준으로 각기 다른 가스들의 농도는 탄소 검댕 같은 작은 먼지 미립자들의 농도에 따라 높아지거나 낮아진다. 지난 수백 년간의 인구 증가와 산업 활동은 지난 20만 년의 기간 그 어느 때보다 빠르게 몇몇 기체와 미립자들의 농도를 변화시켰다. 가장 극적인 효과는 대기 중 이산화탄소량의 엄청난 증가다. 이런 증가는 상당한 온실 효과를 불러왔는데, 일부 과학적 들의 견해에 따르면, 이 때문에 지구의 평균온도가 기존의 생태학적이나 지질학적 시간 규모에 비해 훨씬 빠른 속도로 증가하고 있다는 것이다. 중간층과 오존층이란 무엇인가? 중간층은 성층권의 최상층이다. 중간층 아래, 고도 약 40~60km 부근에는 자외선을 차단하는 오존 분자들을 높은 밀도로 포함하는 따뜻한 층이 존재하는데 이것이 오존층이다.
지구의 대기는 어떻게 형성될까? 지구의 대기 일부는 약 45억 년 전에 우리 행성이 생겨날 때 태양 성운의 일부를 끌어당긴 것일 것이다. 지구 대기의 대부분은 지구 표면 아래에 갇혀있다가 화산 폭발이나 다른 지각 변동과 균열을 통해 분출된 것으로 생각된다. 수증기는 가장 풍부하게 유출된 기체로 응축하여 바다와 호수 그리고 다른 지표면의 물을 형성했다. 이산화 탄소는 아마도 그다음으로 흔한 기체였을 것이며, 대부분은 물에 녹거나 표면의 다른 암석들과 화학적으로 결합하게 되었다. 질소는 적은 양만 나오지만 주목할 만한 응축이나 화학적 반응을 겪지 않았다. 그 때문에 과학자들은 질소가 우리 대기에 가장 흔한 것으로 여기고 있다. 우리 지구 대기와 같이 산소 농도가 높은 행성들은 흔치 않은데, 산소는 반응성이 매우 높아서 쉽게 다른 원소들과 결합하기 때문이다. 산소를 기체 형태로 유지하기 위해서는 지속적으로 보충된 어야 한다. 지구에서는 이런 보충이 광합성을 하는 식물과 조류가 이뤄내는데, 이들은 이산화탄소를 대기에서 제거하고 산소를 추가하는 역활을 한다. 자기장 지구의 자기장이란 무엇인가? 자기장은 우리 행성을 투과한다. 그러나 더 중요한 것은 지구 자체가 커다란 구형 자석 역활을 한다는 점이다. 자기장은 지구 내부에 흐르는 전류에 의해 생성되는데, 아마도 지구 핵의 액체 상태의 금속 부분을 통해 흐를 것이다. 지구의 회전과 경합하여, 지구의 핵은 전기발전기 역활을 하여 자기장을 생성한다. 지구의 자기장은 우주 밖 수천 킬로미터까지 존재한다. 자기력선은 자기력을 운반하고 발산하며, 지구의 자석 극에 위치하여 바깥쪽으로 돌출되어 커다란 원을 그린다. 이들은 종종 우주 밖으로 분출되기도 한다. 지구 자기장의 남극과 북극은 지구의 회전축인 지질학적 북극과 남극에 매우 가깝다. 자기의 북극은 캐나다의 섬에 존재하지만 북극은 그린란드이고 지리학적 북극은 모든 땅에서 부재가 킬로미터 떨어진 대양 위의 빙상에 존재한다. 사람들은 어떻게 지구의 자기장을 발견했을까? 고대 중국인들은 자석을 항해를 위한 나침반으로 처음 사용했다. 비록 당시에 그들은 몰랐지만, 이런 남쪽을 가리키는 바늘이 작동하는 이유는 자석이 지구의 자기장에 맞춰 나란히 정렬되기 때문이었다. 지구의 자극들은 북극과 남극의 회전축에 매우 가깝기 때문에, 나침반은 지구 대부분의 지역에서 거의 정확히 북쪽과 남쪽을 가리켰다. 시간이 지나면서 과학자들은 자철석과 지구 특성의 연관성을 찾기 시작했다. 예를 줄어 영국의 천문학자 에드먼드 핼리는 왕실 군함을 타고 대서양을 2년간 항해하며 지구의 자기장을 연구했다. 후에 독일인 수학자이자 과학자인 가우스는 자석과 자기장이 일반적으로 어떻게 작용하는지에 대해 중요한 발견을 했다. 또한 그는 지구의 자기장을 연구하기 위해 최초로 측수 관측소를 고안했다. 가우스는 전기에 대한 연구로 유명한 동료 빌헬름 베버와 함께 지구의 자기극의 위치를 계산해냈다. 지구의 자기장은 얼마나 강할까? 일반적으로 사람을 기준으로 했을 때, 지구 자기장의 강도는 매우 약하다. 지구 표면에서 대부분의 강도는 1가우스밖에 되지 않는다. 하지만 자기장의 에너지는 부피에 따라 다르다. 그런데 지구의 자기장이 우리 행성 전체보다 훨씬 크기 때문에, 전체적으로 지구의 자기적 힘은 엄청나다고 할 수 있다 그렇게 된다면 엄청난 에너지를 더 형성할수있다.