지구과학, 자원, 환경기술 발전, 환경오염 대처 방안

기후 변화에 따른 물순환의 변화(물체류 시간)

물순환 과정 동안의 물체류 시간에 대해 설명하겠습니다. 주요 학습 내용은 Steady state에 대한 개념 소개와 물 체류 시간 개념 소개로 구성되어 있습니다. Steady state이란 저장되어 있는 매개체, 여기서는 물의 양이 시간의 흐름에 따라 변하지 않고 그대로인 상태를 말합니다. 다시 말해, 유입량과 배출량이 같아서 한 시스템 안에서의 물 저장량은 시간이 지나도 변화하지 않는 상태입니다. 체류시간의 개념은 Steady state인 시스템이라는 점을 전제하에 설명할 수 있습니다. 물체류 시간은 한 시스템에 저장되어 있는 물의 부피를 유입량 또는 배출량을 나누어 줌으로써 계산할 수 있습니다. 예를 들어 해양에서의 물 체류 시간을 구해 보겠습니다. 해양의 물 저장량은 1. 3 곱하기 십의 십팔승 큐빅 미터로 알려져 있습니다. 해양으로 연간 물 유입량은 강수와 지표수/지하수를 통해 324 곱하기 십의 십이 승 큐빅미터, 그리고 37 곱하기 십의 십이 승 큐빅미터의 물의 양이 유입됩니다. 그리고, 연간 361 곱하기 십의 십이 승 큐빅미터의 물이 해수면에서의 증발 유출됩니다. 따라서 해양에서의 물의 체류 시간 공식을 이용하여 해양에서의 물 저장량을 배출량인 해수면에서의 증발량로 나누어 주면 3,740년으로 추정할 수 있습니다.

육지에서의 물 체류시간

다음으로 육지에서의 물 체류 시간을 구해 보겠습니다. 육지의 물 저장량은 33.6 곱하기 십의 십오 승 큐빅미터로 이라고 알려져 있습니다. 육지로 연간 물 유입량은 대기로부터의 강수를 통해 99 곱하기 십의 십이 승 큐빅미터로 유입되고 있습니다. 반면, 연간 62 곱하기 십의 십이 승 큐빅 미터의 물은 지표면에서 증발산 과정을 통해 유출되고, 연간 37 곱하기 십의 십이 승 규비미터의 물의 양이 지표수 또는 지하수를 통해 해수면으로 유출됩니다. 따라서 육지에서의 물의 체류 시간 공식을 이용하여 육지에서의 물 저장량을 유입량인 대기에서의 강수량으로 나누어 주면 340년으로 추정할 수 있습니다.

대기에서의 물 체류시간

마지막으로, 대기에서의 물 체류 시간을 구해 보겠습니다. 대기의 물 저장량은 13 곱하기 십의 십이 승 큐빅미터로 이라고 알려져 있습니다. 대기로 연간 물 유입량은 해수면 또는 지표면에서 증발산 과정을 통해 연간 423 곱하기 십의 십이 승 큐빅미터의 물의 양이 유입됩니다. 그리고, 연간 361 곱하기 십의 십이 승 큐빅미터의 물이 해수면에서의 증발 유출됩니다. 따라서 대기에서의 물의 체류 시간 공식을 이용하여 대기에서의 물 저장량을 배출량인 대기에서의 강수량으로 나누어 주면 11일로 추정할 수 있습니다. 따라서 물체류 시간은 해양, 육지, 대기에 따라 물체류 시간은 3740년에서 11일까지의 큰 차이를 보입니다.

기후 변화에 따른 물순환 변화

그렇다면 기후 변화에 따라서 물순환 변화에 대해서 알아보겠습니다. 인류 활동으로 인한 기후 변화는 기후 시스템에 큰 영향을 줍니다. 우선, 산업혁명 이후 인류 활동에 따른 화석연료의 사용은 이산화탄소 배출량을 급격하게 증가시키고 있습니다. 대기 중의 이산화탄소량의 증가는 온실효과를 통해 지구의 지표면 온도를 급속도로 상승시키고 있습니다. 지구의 지표면 온도 상승으로 인한 해양의 증발량 또는 육지의 증발산량을 크게 증가시켜 물순환 과정에 변화를 일으킵니다. 기후 변화로 인한 해양에서의 물 체류 시간 변화에 대해 알아보겠습니다. 만약 지표면 온도 증가로 인해 10%의 증발량이 증가했다면 해양에서의 물 체류 시간은 어떻게 변화는 지를 물체류 시간 공식을 이용하여 계산해보겠습니다. 해양의 물 저장량에는 변화가 없고 연간 361 곱하기 십의 십이 승 큐빅미터의 물에서 10%를 증가시켜 391 곱하기 십의 십이 승 큐빅미터의 물을 증발산을 통해 배출하게 됩니다. 따라서 해양에서의 물 체류시간은 3,453년이 걸리게 됩니다. 이는 10%의 증발량의 변화로 해양에서의 물체류 시간은 300년 정도를 줄인 게 되는 결과를 가져옵니다. 이로 인해 지구 기후시스템의 물순환과정을 통해 육지, 그리고 대기에서의 물체류 시간 짧아지게 되고, 이 과정을 통해 물순환은 가속화되는 것으로 추론할 수 있습니다.