신비롭고 위험한 공기의 개념과 구성 요소 및 기원

공기

지구를 둘러싸고 있는 여러 가지 기체의 혼합물을 말합니다. 종종 대기라는 단어와 교대로 쓰입니다. 하지만 대기는 공기와 구름, 먼지, 연기 같은 공기 중의 모든 요소를 포함한 전문용어입니다. 살아 있는 모든 생명체는 공기가 필요합니다. 인간은 음식 없이는 한 달, 물 없이는 한 주 이상을 살  수 있습니다. 그러나 공기가 없으면 단 몇 분도 살 수 없습니다. 공기는 숨을 쉴 수 있게 해 줄 뿐만 아니라, 태양에서 오는 해로운 빛이나 우주에서 오는 다른 물체가 지구에 들어오지 못하게 막아줍니다. 동시에 태양에서 오는 열을 붙잡아두기도 하는데, 이런 방법으로 생명체가 살아갈 수 있도록 지구를 따뜻하게 유지합니다. 또, 공기는 유성체 같은 것이 지구에 부딪히기 전에 대부분 타게 해 지구 생명체를 보호합니다. 한편, 소리를 듣는 데에도 공기가 필요합니다. 왜냐하면 소리는 공기나 다른 물질을 통해야만 전달되기 때문입니다. 소리는 대부분 공기를 통해서 전달됩니다. 또한 공기는 무게를 가지고 있어서 공기보다 가벼운 기체를 풍선에 채워서 띄우면 풍선은 지표면 위로 높이 올라갑니다. 우리가 들이마시는 공기의 질은, 주로 사람들이 공기 중으로 내뿜는 오염 물질의 양에 달려 있습니다. 대도시에서는 대부분 대기오염이 심각한 문제입니다. 오염된 공기는 우리의 건강뿐만 아니라 식물과 동물에게도 해를 주며, 심지어 기후에도 영향을 미칩니다. 보이지 않는 공기:돌풍이 불 때 느껴지는 것이 바로 공기입니다. 바람은 움직이는 공기입니다. 또한, 공기는 무게를 가지고 있어서 열기구를 상승할 수 있게 합니다. 왜냐하면, 열기구는 주위의 공기보다 가볍기 때문입니다.

 

 

구성 요소

공기는 지구 표면에서 그 바깥쪽 우주까지 뻗어 있는 기체 혼합물입니다. 중력이 끌어당기기 때문에 공기는 우주공간으로 도망가지 않고 지구에 붙들려 있습니다. 공기를 구성하는 기체들은 서로 자유롭게 움직입니다. 햇빛이 지구의 대기권을 통과할 때 기체 분자와 부딪힙니다. 이때 기체 분자가 모든 색깔의 혼합체인 햇빛을 사방으로 산란시키는데, 푸른색이 다른 색보다 산란이 훨씬 잘되어 하늘이 파랗게 보입니다. 공기 중에 있는 기체 : 공기는 주로 질소와 산소로 이루어져 있습니다. 이들이 건조 공기의 99%를 차지하고, 아르곤과 그 밖의 기체가 1% 정도를 차지합니다. 기압:우리 주위에서 모든 것을 내리누르는 공기의 무거는 기압을 만들어냅니다. 공기 저항:공기는 그 속에서 운동하는 물체의 움직임을 방해합니다. 이러한 공기 저항은 낙하산을 타고 지상으로 내려올 때의 속도를 늦춥니다. 낙하산 표면에는 공기 저항이 크게 작용하므로, 낙하산이 지표면에 안전하게 낙하할 수 있습니다. 낙하산이 펴지기 전에는 공기 저항을 비교적 적게 받기 때문에 낙하 속도가 매우 빠릅니다.

 

공기의 기원

과학자들은 대부분 지구가 약 46억 년 전에 형성되었고, 그 당시에는 공기가 없었을 것으로 생각합니다. 지구가 형성될 때 생겨난 기체는 서서히 지구 주위에 쌓이기 시작했습니다. 즉, 초기 지구에는 수많은 화산에서 암모니아, 이산화탄소, 일산화탄소, 수소, 메테인, 질소, 이산화항, 수증기 같은 시체가 뿜어져 나왔고,ㅓ 이 기체가 초기 지구 공기의 대부분을 이루었습니다. 화산에서 나온 많은 수증기는 응결되어 강, 호수, 바다를 이루었습니다. 초기 지구에 있던 기체 가운데 일부는 바다에 녹거나 지표면에 있는 바위와 결합했습니다. 그러나 질소는 대부분 공기 중에 남았습니다. 아르곤이나 제논과 같이 양이 적은 기체는 지구에서 방사선 원소가 붕괴하면서 공기에 보태졌습니다. 초기 공기는 산소를 많이 포함하지 않았을 것입니다. 그러나 약 38억 년 전에 바다에 조류나 간단한 녹색 생물이 나타나, 광합성을 시작한 뒤로 산소의 양이 늘기 시작했습니다. 식물이 지구 전체로 퍼지자 대기에는 더욱 많은 산소가 쌓여갔습니다. 따라서, 약 4억 년 전쯤의 공기에는 오늘날과 같은 양의 산소가 있었을 것입니다. 많은 세월이 흐르는 동안 인간의 활동은 공기 구성에 작은 변화를 가져왔습니다. 예를 들어 석탄이나 기름, 탄소를 포함하고 있는 연료를 태울 때에는 언제나 이산화탄소가 공기 중으로 빠져나옵니다. 1900년 이후로 엄청나게 많은 연료를 사용했기 때문에, 공기 중에는 이산화탄소의 양이 15%나 증가했습니다. 그러나 아직까지 전체 공기에서 차지하는 양은 보잘것없습니다. 전체적으로 보면, 공기 중에 있는 기체의 비율은 몇백만 년 동안 거의 일정하게 유지되어왔습니다.

 

공기에 대한 연구

고대부터 사람들은 공기가 생명에 중요하다는 것을 알았습니다. 기원전 400년경에 그리스의 철학자인 엠페도클레스는 공기, 흙, 불, 물의 네 가지 요소가 다양한 비율로 합쳐져 우주를 이룬다고 주장했습니다. 기원전 300년경에 그리스의 철학자인 아리스토텔레스는 그의 저서 <기상학>에서 공기와 일기의 현상을 설명했습니다. 초기 철학자나 과학자 글은 공기의 성질을 측정할 장비를 갖추지 못해, 공기에 관한 그들의 이론을 실험할 수 없었습니다. 1500년대와 1600년대 초에 과학자들은 공기에 대한 연구에 온도계의 한 형태를  사용하기 시작했습니다. 그리고 이탈리아의 수학자이자 물리학자인 토리첼리가 기압계를 발명했습니다. 기압계의 발명으로 공기는 무게가 있고 공간도 차지한다는 것이 증명되었습니다. 1600년대 중반에 아일랜드의 화학자인 보일은 공기에서 부피와 압력 사이의 관계를 공식으로 만드는 데 기압계를 사용했습니다. 1700년대에 과학자들은 공기를 이루고 있는 기체를 조사하기 시작하여, 1770년대 초에는 질소가 발견되었습니다. 1777년에는 공기 중에 있는 산소가 물체를 태운다는 사실을 발견했습니다. 1800년대 말에 공기 조성이 장소에 관계없이 똑같다는 과학적 설명이 나왔습니다. 1900년대 초에 노르웨이의 물리학자인 비에르크네스가 이끄는 연구팀은 기단이라는 공기 덩어리 개념을 도입했습니다. 그리고 연구자들은 따뜻한 기단과 차가운 기단이 만나는 곳에서, 일기 변화를 초래하는 전선이 만들어진다는 사실을 알게 되었습니다. 이러한 일기 모델은 일기를 정확하게 예측할 수 있는 가능성을 높여주었습니다. 1900년대 중반 이후로는 공기를 연구하는 데 쓰이는 장비가 더욱 좋아졌습니다. 오늘날에는 로켓, 레이더, 인공위성,ㅓ 기상 관측 기구 등을 공기 관찰에 사용하고 있습니다. 이러한 장비를 이용하면 공기의 상태, 대기오염의 수준, 공기 조성의 변화를 감지할 수 있습니다.