지구 기후 시스템 이해(태양, 물순환)

지구 기후 시스템 이해(태양, 물순환)

지구 기후 시스템 이해(태양, 물순환)

지구 기후 시스템의 이해를 위해서 태양 에너지의 중요성을 알아보겠습니다. 태양은 지구 기후 시스템에서 중요한 역할을 합니다. 태양은 지구에서 가장 가까운 항성으로 태양과 지구의 거리는 1억 5천만 킬로미터입니다. 태양의 지름은 139만 킬로미터로 지구 지름의 100배가 넘고, 태양 질량의 75%정도가 수소로 구성되어 있고, 나머지는 헬륨 등 다양한 대기 화학 물질로 구성으로 되어 있습니다. 태양의 표면 온도는 섭씨 5,500도가 넘으며 고온의 열과 빛은 복사 에너지의 형태로 지구에 전달됩니다. 이런 태양의 고온의 열이나 빛은 지구의 기후 시스템나 생태 시스템의 중요한 원동력이 됩니다. 태양 에너지를 통해 식물은 광합성을 하고 해양이나 육지의 물을 증발시켜 물순환을 가능하게 합니다. 이런 물순환 과정을 통해 지구의 날씨 및 기후가 만들어집니다. 지구 기후 시스템에서는 해양, 대기, 그리고 육지로 구성되어 있습니다.

물순환 과정에 대한 연구 역사

물순환 과정에 대한 연구의 역사를 간략하게 소개하겠습니다. 레오나르도 다빈치는 누구나 다 아는 다양한 분야의 뛰어난 업적을 이룬 석학이며 모나리자나 최후의 만찬이라는 세기의 명작을 그린 화가입니다. 왜 물순환 과정을 이야기하는 데 레오나르도 다빈치를 이야기 하는냐하면 레오나르도 다빈치가 14세기경 과학적인 사고를 통해 물순환 과정에 대한 연구를 시작한 수문학자이기도 하기 때문입니다. 그의 물순환 과정 연구에 대한 호기심은 아주 간단한 질문에서 시작됩니다. 어느 날 다빈치는 물은 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐르는데 바닷물은 짠데 빗물은 왜 짜지 않을까라는 질문을 가지게 됩니다. 이를 설명하기 위해 그가 제안한 가설은 물은 태양에 의해 증발이 되는 데 이 과정에서 물만 증발이 되어 수증기가 되고 소금은 물과 함께 증발되지 않는 다는 가정을 하게 됩니다. 이 물의 증발과 강수 과정을 통해 지구 기후 시스템의 물 순환과정의 개념이 처음으로 제안이 된 것입니다. 하지만, 서양에서는 17세기 이후부터 물순환 과정에 관련된 변수들을 관측하기 시작했기 때문에 많은 시간이 지나서야 레오나르도 다빈치의 물순환 과정 가설이 증명되었습니다. 서양에서 1639년 로마에서 이탈리아의 가스텔리가 처음으로 측우기로 강우량을 관측을 시작하게 됩니다. 참고로 조선 시대 장영실의 측우기는 1441년에 개발된 세계 최초의 강우량 측정기이고, 이 측우기를 개발하게 된 계기는 각 지방의 강우량을 측정하기 위해 비 온 후에 땅에 고여있는 빗물의 깊이를 측정하였는데 흙에 스며드는 정도가 서로 달라 강우량의 측정이 어렵다는 점에서 고안되었습니다. 이는 우리 선조들이 15세기부터 물순환 과정에서 중요한 부분인 토양 수분 및 침투 과정을 이해하고 있음을 잘 보여주는 예입니다. 다빈치의 물순환 과정은 현대 수문학에서 다루고 있는 물순환 과정과 비교해 크게 다른 점이 없습니다. 우선, 태양 에너지를 원동력으로 해양이나 육지에서 대기로 물을 증발시키는 과정에서 시작되고 증발된 수증기는 대기압 차이를 통해 만들어진 바람에 의해 대기 내를 이동하거나 대기에서 해양이나 육지로 빗물 또는 눈 등 다양한 형태의 강수 과정을 통해 일련의 물순환 과정을 이루게 됩니다.

물순환 과정

이런 물순환 과정을 통해 지구 기후 시시스템의 해양, 대기, 육지를 하나의 시스템으로 연결하게 됩니다. 해양 물순환 과정에서는 태양에너지에 의한 해수면에서의 증발, 대기에서 강수를 통한 담수 유입, 육지에서 지표수나 지하수를 통한 담수 유입과정들이 있습니다. 대기 물순환 과정에서는 해양으로부터 담수 증발, 해양 또는 육지로의 강수, 육지에서의 식생을 통한 증발산, 그리고 대기 내 수증기의 응결과정을 통한 구름 생성과 이동 과정들이 있습니다. 육지 물순환 과정은 지표수나 지하수를 통한 해양으로 담수 유입, 식생을 통한 증발산, 대기에서의 강수, 육지내 지표수나 지하수를 통한 물의 이동과정들이 있습니다. 육지내 지표수나 지하수를 통한 물의 이동과정은 복잡한 토양 수분 및 침투 과정이나 지하수의 이동 과정들로 구성되어 있습니다.