대기권, 대류권, 성층권, 중간권, 열권

대기권

지구를 둘러싸고 있는 공기가 있는 범위를 말합니다. 기권이라고도 합니다. 지구 대기는 기온감률에 따라 대류권, 성층권, 중간권, 열 권으로 나뉩니다. 대기는 지표에서 높이 올라갈수록 옅어집니다. 이곳보다 더 바깥쪽 대기는 태양에서 나오는 대전 입자의 연속적인 흐름인 태양풍과 만나는 우주까지 뻗어 있습니다.

 

 

대류권

대기권의 먄 아래층으로, 우리가 숨 쉬고 있는 공기의 층입니다. 지구 대기의 75% 이상이 대류권에 있습니다. 구름, 비, 눈을 포함한 거의 모든 기상 현상이 이 층에서 일어나므로 대류권을 연구하여 날씨를 예보합니다. 또한 대류권은 공기 중에 있는 에어로졸과 수증기를 대부분 포함하고 있습니다. 제트류는 대류권의 상부에서 붑니다. 대류권에서 기온은 고도가 1km 높아질 때마다 약 6.5℃씩 내려갑니다. 하지만 대류권의 상부 경계인 대류권 계면에 이르면 기온은 더 이상 내려가지 않습니다. 대류권 계면은 북극과 남극에서는 약 10km 높이에 있고, 적도에서는 약 19km 높이에 있습니다. 대류권 계면은 공기가 너무 희박해서 생명체가 살 수 없습니다. 대류권은 보통 지표면 가까운 곳의 온도가 가장 높습니다. 그 이유는 햇빛이 공기를 통과하여 육지와 바다를 가열하기 때문입니다. 육지와 바다는 번갈아 가면서 바로 위의 공기를 데웁니다. 밤 동안과 겨울 동안에 지표면과 가까운 공기는 상층 공기보다 더 차가워집니다. 이때는 높이 올라갈수록 기온이 올라가는 공기층이 얇게 생깁니다. 이러한 비정상적인 상태를 기온 역전이라고 합니다. 최악의 대기오염 사태는 기온 역전이 되었을 때 발생합니다. 왜냐하면 지표면 부근의 차가운 공기가 대기오염 물질을 꽉 붙잡아두고 위로 올라가지 못하도록 하기 때문입니다. 이러한 기온역전 상태는 햇빛이 비추어 하층의 공기를 가열하거나, 바람이 불어 상층의 따뜻한 공기층을 파괴할 때까지 지속됩니다. 대류권 계면에서 공기는 매우 차기 때문에 구름은 얼음 결정으로 이루어져 있습니다. 대류권에서 가장 기온이 낮은 곳은 적도 상공의 대류권 계면입니다. 이곳에서는 공기가 너무 높이 상승해서 기온이 -80℃까지 떨어집니다. 극 상공의 대류권 계면의 온도는 적도 위의 대류권 계면보다 30℃ 정도 더 높습니다.

 

성층권

대류권계면부터 시작해서 약 48km 높이까지는 성층권입니다. 아주 적은 수분만 성층권으로 들어가기 때문에 구름은 거의 없습니다. 비행기 조종사들은 날씨 장애가 일어나는 대류권보다 성층권에서 비행하는 것을 좋아합니다. 보통 성층권의 하부는 온도가 거의 일정하고, 상부는 고도가 높아질수록 온도가 올라갑니다. 하부의 온도는 약 -55℃이고, 상부의 온도는 점점 올라가서 성층권 꼭 대시에 가서는 약 -2℃가 됩니다. 이곳을 성층권 계면이라고 합니다. 성층권에는 대기권의 오존을 대부분 포함하는 오존층이 있습니다. 오존은 태양의 자외선을 흡수하여 공기를 가열합니다.

 

중간권 

성층권계면부터 약 80~100km 높이까지는 중간권입니다. 중간권의 기온은 높이 올라갈수록 내려갑니다. 대기권에서 가장 낮은 온도가 중간권 꼭대기에서 나타나는데, 이곳을 중간권 계면이라고 합니다. 극 상공의 중간권 계면에서 기온은 여름 동안에 -130℃까지 내려갑니다. 중간권에서는 유성체가 남긴 뜨거운 기체의 흔적을 볼 수 있습니다. 또한 중간권에는 몹시 강한 바람이 붑니다.

 

열권

중간권계면부터 시작해서 약 480km 높이까지는 열권입니다. 열권은 공기가 매우 희박합니다. 대기의 99.99% 이상이 열권 아래에 있습니다. 열권 대기의 화학 조성은 다른 대기층과 다릅니다. 열권의 하부는 산소 분자가 산소 원자로 쪼개져 있습니다. 열권의 외부층은 주로 수소와 헬륨으로 이루어져 있습니다. 열권은 태양의 자외선에 완전히 노출되어 있어, 엷은 대기가 아주 높은 온도로 가열됩니다. 대체로 기온은 중간권계면부터 급격히 올라서, 200km 높이에서는 약 600℃에 이릅니다. 하지만 그 이상의 높이에서는 고르게 유지됩니다. 그러나 태양의 표면에서 폭발이 있을 때에는 더 많은 복사와 입자가 여권에 부딪혀서 이때 온도는 훨씬 높이 올라서 2000℃에 이릅니다. 한편, 열권의 하부와 중간권의 상부를 전리층이라고 합니다. 태양이나 외부 공간에 있는 다른 물체가 발생하는 복사가 전리층의 공기를 때릴 때, 복사는 일부 원자와 공기 분자를 이온화(전하를 띠게 함)시킵니다. 이 전하를 띤 원자와 분자를 이온이라고 합니다. 전리층은 장거리 무선통신에서 중요한 역할을 합니다. 전리층은 전파를 반사해서 지구로 되돌려 보냅니다. 만일 전리층이 없다면 전파는 우주공간으로 달아나버릴 것입니다. 또한 오로라라고 하는 찬란한 자연광 현상도 열권에서 일어납니다. 오로라는 태양에서 방출된 대전 입자가 지구의 자기장에 붙잡혔을 때 연출됩니다. 지구의 자기극 각각을 둘러싸고 있는 원 안에서 대전 입자가 대기와 부딪치면서 빛 형태의 에너지를 방출합니다. 북반구에서 연출되는 오로라는 북극광, 남반구에서 연출되는 오로라는 남극광이라고 합니다.

열 권의 바깥 부분은 외기권이라고 합니다. 외기권은 공기가 거의 없습니다. 그래서 이곳에서 지구 주위를 도는 인공위성과 우주선은 공기의 저항을 거의 받지 않습니다. 외기권에서 원자와 공기 분자는 매우 빠르게 움직입니다. 일부 원자와 분자는 너무 빨리 움직여서 지구 중력을 벗어나서 우주공간으로 탈출합니다. 그리하여 지구는 천천히 대기를 잃고 있습니다. 그러나 지구 대기가 모두 탈출하려면 수십억 년이 걸립니다.