재밌어서 밤새 읽는 지구과학 이야기 독서퀴즈 독후활동 질문

재밌어서 밤새 읽는 지구과학 이야기 

사마키 다케오 저, 김정환 역, 정성헌 감수, 더숲

面白くて眠れなくなる地學

지구과학은 (지구)와 (지구)를 둘러싼 자연을 연구하는 학문이다. 여기에는 (지질학) (기상학) (천문학)이 포함되며, (해양학) (지구물리학)도 함께 다루어진다. 

 

1. 역동적인 지구 이야기 

아틀란티스가 있었다고 하는 (대서양)에는 바다 밑을 아무리 조사해도 과거에 거대한 대륙이 존재했던 흔적이 발견되지 않았다.  

판 구조론에서는 유럽과 아메리카, 아프리카 등 여섯 대륙이 원래 하나의 커다란 대륙(초대륙 판게아)이었다고 주장한다. 그렇다면 아틀란티스 같은 대륙이 끼어들 여지는 어디에도 없다. 

 

사람들은 아프리카 대륙과 남아메리카 대륙 간의 서로 마주 보고 있는 (해안선)의 모양이 일치한다는 사실을 감지하기 시작했다. 

베게너는 만약 대륙이 붙어 있었다면 틀림없이 과거에 붙어 있었던 장소에 살던 (동식물)의 화석을 각 대륙에서 발견할 수 있으리라고 추측했다.  

베게너의 대륙이동설의 약점은 무엇이었나요?  

- 어떤 힘이 대륙을 분열시키고 이동시켰는지 증명하지 못한 것 

화산에서 분출된 고온의 용암은 식으면 당시 지구 자기장의 방향으로 (자기화) 된다. 철을 포함한 광물이 지구가 만든 자기장의 영향을 받기 때문이다. 이렇게 해서 암석에 갇힌 자기를 (열 잔류 자기)라고 한다. (문제2) 

(복각)이란 지구상의 한 지점에 작용하는 전자기력의 방향과 그 지점의 지표면이 이루는 각을 말한다. 

(북자극)은 북반구에서 지구 자기의 복각이 90도인 지점이다. 

대륙 이동설의 부활에 가장 크게 공헌한 것은 (해양저), 즉 해저 지형의 연구였다. 

바닷속 산맥을 육지의 산맥과 구별하기 위해 (해령)이라고 부른다. 

오래된 해양저는 어디로 사라졌을까요?  

- 해구에서 지구 내부로 들어간다. 

대륙이동의 원동력은 무엇인가요?  

- 해령에서 솟아오르는 맨틀의 흐름 

 

아이슬란드의 해령은 어떻게 지표면으로 드러날 수 있었나요?  

- 마그마 활동으로 바닷속에서 격렬한 분화가 계속되어 분출물이 쌓여서 해양저가 점점 높아졌다. 

아이슬란드에서 볼 수 있는 대서양 중앙 해령은 동쪽으로 이동하는 (유라시아) 판과 서쪽으로 이동하는 (북아메리카) 판의 경계에 있기 떄문에 균열 지대를 형성하고 있다.  

 

 산은 어떻게 생기나요? 두 가지 방법을 적어 보세요. 

- 화산 분화를 통해 지표면에 유출된 용암이 식어 굳으면서 쌓여 점차 높아진다.  

- 지면에 주름이 잡혀서 산이 생긴다. 

지구상에서 해발 고도를 측정하는 기준이 되는 가상면으로, 평균 해수면을 잡아 육지까지 연장해 실제에 가깝게 지구의 모양을 나타낸 것을 (지오이드)라고 한다.  

지구의 중심에서부터 고도를 잴 경우 적도 부근에 있는 침보라소 산이 세계에서 가장 높은 산이 되는 이유는?  

- 지구는 극을 중심으로 거의 수직 방향으로 자전하기 때문에 원심력이 작용해 적도 부근이 크게 밖으로 부풀어 있기 떄문이다.  

 

에베레스트 산의 정산 부근에는 어떻게 바다 생물의 화석이 들어있나요?  

- 수천만년 전부터 테티스 해의 바닥에서 히말라야와 알프스 일대가 융기해서 산이 된 것이기 때문이다. (문제1) 

융기와 침강을 (지각 변동)이라고 한다. 

 

지구의 내부에는 높은 온도 때문에 질척질척하게 녹은 암석, 즉 (마그마)가 있다.  

저융점성분 혼입설: 녹는점이 낮은 성분이 섞여서 암석의 녹는점이 낮아져 마그마가 생긴다 

감압 융해설: 압력이 높은 지하에서 압력이 낮은 지표 부근으로 암석이 올라옴에 따라 암석의 일부가 녹아서 마그마가 만들어진는 설 

마그마에 (이산화규소)가 많이 들어 있을수록 용암의 점성이 커지고, 점성이 큰 용암일수록 높이 솟아올라 (경사)가 급한 화산이 되는 경향이 있다.  

이산화규소의 비율이 높은 마그마는 용암의 (점성)이 커짐에 따라 가스가 잘 빠져나가지 못해 (폭발적)으로 분화하는 경향이 있다. 

 

생물이 화석이 되기 위한 조건은 무엇인가요?  

- 몸을 동물에게 먹히지 않고, 또한 썩지 않는 장소에서 온전한 상태로 죽는 것 

실러캔스를 ‘살아 있는 화석’이라고 부르는 이유는 무엇인가요?  

- 먼 옛날부터 거의 모습을 바꾸지 않은 채로 오늘날까지 살아남았기 때문이다. 

 

지구 표면을 따라 지리적인 북극을 향하는 방향을 (진북)이라고 하고, 자침이 북쪽 끝을 가리키는 방향을 (자북)이라고 한다. 

이처럼 자석이 가리키는 방위와 실제 방위의 차이를 (편각)이라고 한다.  

북반구와 남반구에서 나침반을 다르게 만드는 이유는 무엇인가요? 

- 자침이 수평으로 균형을 맞추도록 북반구에서는 s극 바늘을, 남반구에서는 n극 바늘을 무겁게 만들기 때문이다. 

나침반의 (n극)이 북극 쪽의 (s극)과 서로 끌어당겨서 북쪽을 향하는 것이다. 

지구의 핵에 영구 자석이 있을 수 없는 이유는 무엇인가요?  

- 영구 자석은 일정 온도보다 높아지면 자성을 잃는데, 핵은 3000도 이상으로 자성을 유지할 수 없다. 

(지구 다이나모 이론)이란 핵이 발전을 해서 얻은 전류가 핵을 전자석으로 만들고 있다는 설이다. 

 

현재와 같이 북극 쪽이 s극, 남극 쪽이 n극을 띠는 시기를 (정자극기), 역전된 시기를 (역자극기)라고 부르는데, 거의 같은 빈도로 출현한다.  

지자기 역전의 방식은 무엇인가요? 

- 전체적인 지자기가 점점 약해지다가 거의 제로가 된 뒤에 반대 방향의 지자기가 서서히 강해지는 과정 

지자기가 만들어내는 (자기장)은 태양에서 끊임없이 방출되는 태양풍을 막아주는 보호막 역할을 한다. 

 

생물종의 멸종 중에서 자연 도태가 원인이 되어 일어나는 멸종을 (배경 멸종)이라고 한다. 한편 어떤 시기에 수많은 생물종이 한꺼번에 멸종하는 현상을 (대량 멸종)이라고 부르며 특별히 구분한다.  

특히 많은 생물종이 한꺼번에 멸종한 사건이 다섯 번 있었다는 사실이 밝혀졌는데 이를 (빅파이브)라 한다. 

운석 충돌설의 근거는 무엇인가요?  

- 이 시기 지층을 분석한 결과 지표에서 있을 수 없는 양의 이리듐이 들어 있었기 때문이다.  

운석 충돌의 직접적인 영향이 가라앉은 후 2차 재해는 무엇이었나요?  

- 운석이 충돌하면서 솟구친 먼지와 산불로 생긴 그을음이 지상에 도달하는 태양 광선을 감소시켜 지구를 한랭화시켰다.  

 

(스노볼 어스)는 지구 표면의 대부분이 두꺼운 얼음에 뒤덮이는 현상을 가리킨다. 

(메탄 가스)에는 이산화탄소의 20배나 되는 온실 효과가 있다. 그래서 대기 중에 방출되면 급격한 온난화를 초래한다. 

대기 중의 이산화탄소와 메탄가스 농도가 낮아지면 지구는 단숨에 (한랭화)된다. 

지구 전체가 얼음으로 덮여 있는 상태에서는 대기 속의 (이산화탄소) 농도가 계속 상승해, 온실 효과가 일어난다.  

스노볼 어스가 생물의 진화를 촉진한 방법은 무엇인가요?  

- 안정된 상태였던 생태계에 빈 곳이 생기며 새로운 유전 정보를 가진 생물이 증식할 가능성이 높아진다. 

- 해저 화산 활동이 생물의 영양분이 되는 물질을 꾸준히 바다에 축적시켰기 때문에 생물들이 다양한 진화를 이룰 수 있었다. 

 

2. 알고 있으면 재미있는 기상 이야기 

기압이 같은 지점을 연결한 선을 (등압선)이라고 하는데, 이 폭이 좁을수록 기압의 차이가 크다.  

바람은 어느 방향으로 부나요? (기압이 높은 곳)->(기업이 낮은 곳) 

북반구에서는 저기압을 향해 북쪽에서 남쪽으로 곧바로 불어야 할 바람이 조금 (서쪽)으로 틀어진다. 남반구에서는 반대이다. 이는 지구가 자전함에 따라 (코리올리 힘)이 작용하기 때문이다.  

코리올리 힘이 생기는 이유는 무엇인가요? 

 - 지면의 회전 속도에 차이가 있기 때문에 바람의 방향에 편차가 생기는 것이다.  

 

태풍의 발생 과정을 설명해 보세요  

- 열대 저기압의 상승 기류 속에서 수증기가 식어 구름을 만들 때 대량의 에너지를 방출한다. 상승 기류가 발달하며 중심의 기압이 낮아져 거대한 열대 저기압으로 발달한다.  

북반구에서 태풍이 반시계방향으로 회전하는 이유는?  

- 지구가 자전함에 따라 발생하는 관성력(코리올리 힘) 때문 

태풍의 진행 방향의 (오른쪽)에는 태풍을 진행시키는 바람과 태풍의 중심을 향해 부는 바람이 합쳐지면서 굉장히 강한 바람이 분다. 즉, 진행 방향의 (오른쪽)은 (위험 반원)이다. 

 

저녁노을이 붉은 이유는?  

- 저녁의 태양빛은 한낮보다 몇 배는 두꺼운 대기층을 통과하는데 이 과정에서 잘 산란되지 않는 붉은색이나 붉은색에 가까운 색의 빛이 강조되어 하늘을 붉게 물들인다. 

 

대기를 실은 면은 대기로부터 압력을 받으며 이것을 (대기압)이라고 부른다. 우리가 사는 높이 0m의 대기압의 평균이 (1기압)이다.  

대기는 (높은 곳)으로 갈수록 옅어지며 그만큼 대기압도 작아진다. 대기압이 작아지면 (끓는점)도 낮아진다. 

(대류)란 따뜻해져서 가벼워진 공기는 위로 올라가고 식어서 무거워진 공기는 아래로 내려가는 움직임을 말한다.  

 

높이 올라가면 태양과 가까워지는데 왜 추울까요?  

- 대기는 투명하기 때문에 태양 광선을 흡수하지 않고, 지표면에 흡수되어 대기를 따뜻하게 한다. 따라서 지표면 근처가 가장 따뜻하다. 

단열 냉각이란?  

- 공기가 팽창하면 차가워지는 것 

 

저기압인 곳에서는 공기의 (상승 기류)가 발생한다. 이 떼 수증기를 머금은 공기 덩어리가 상공으로 올라가면 (대기압)이 작아져 공기덩이가 팽창하는데, 팽창한 공기덩이는 (온도)가 내려간다. 그러면 공기덩이 속의 수증기가 물로 바뀐다. 구름은 이렇게 탄생한다. 

  

3. 자꾸만 들어도 신기한 우주 이야기 

어느 시점까지 상식으로 여겨지던 개념이 한순간에 뒤바뀌는 과정에서 전환점이 되는 것을 (코페르니쿠스적 전환)이라고 한다.  

(천동설)은 지구를 중심으로 하늘이 움직인다는 학설이고, (지동설)은 태양을 중심으로 지구 등의 행성이 움직인다는 학설이다. 

(연주 광행차)란 지구가 공전함에 따라 지구상의 관찰자가 빠르게 움직이고 있다면 빛의 속도와 관찰자가 움직이는 속도의 합성으로 빛이 오는 방향이 실제와는 다르게 관측되는 현상과 그 각도를 가리킨다. 

(연주 시차)란 지구가 태양 주위를 공전한다면 지구와 가까운 곳에 있는 별은 1년 주기로 조금씩 이동하는 것처럼 보이는 현상과 그 각도를 가리킨다.  

 

(갈릴레오)는 지구를 중심으로 돌지 않는 천체가 존재함을 증명했고 천동설에 불리한 사실을 밝혔다. 

 

(빛의 도플러 효과)라는 현상은, 관측자로부터 멀리 떨어지고 있는 것은 불그스름하게, 가까워지고 있는 것은 푸르스름하게 보이는 현상이다. 

우주가 지금도 계쏙 팽창하고 있다면 아주 먼 옛날에는 우주가 초고밀도 상태의 한 점에서 탄생했다고 할 수 있다. 호일은 이것을 (빅뱅 이론)이라고 불렀다. 

(우주 배경 복사)는 우주의 모든 방향에서 거의 일정하게 날아오는 전자파다.  

빅뱅 이론이 정상 우주론에 대해 승리한 근거는 무엇인가요? 

 - 우주가 불구슬에서 탄생해 팽창했다면 빅뱅이 일어났을 때의 초고온에서 점점 식어서 현재 우주의 온도가 3k 전후가 되어야 하는데 이것이 사실임이 드러났기 떄문이다. 

빅뱅 이후 항성 내부에서 원자 번호 26번인 철까지의 원소만 만들어진 이유는?  

- 철의 원자핵이 매우 안정적이기 때문이다. 

철보다 큰 원소는 언제 만들어졌을까요?  

- 거대한 항성이 수명을 다할 때 초신성 폭발을 일으키는데 이 때의 막대한 압력과 열이 라듐이나 우라늄 등의 원소를 만든다. 

 

금성 대기의 대부분이 이산화탄소인 이유는?  

- 금성이 지구보다 태양과 가까워서, 이산화탄소로 인한 온실 효과로 물이 증발해 수소와 산소로 분해되어 수소가 날아가 버렸기 때문이다.  

 

달의 탄생에 관해서, (거대 충돌설)은 지구와 달이 분열된 원동력이 천체의 충돌이었다고 주장한다. 

달이 더 컸다면, 밀물과 썰물을 일으키는 힘인 (조석력)의 세기가 더욱 강했을 것이다.  

거대 충돌설을 통해 다음 두 질문에 대답해 보세요. 

지각의 두께가 앞면(지구를 바라보는 쪽)보다 뒷면이 두꺼운 이유는? 

- 달에 지구의 인력이 강하게 작용해 무거운 핵과 맨틀이 지구 쪽으로 치우쳤을 것이고 뒷면의 지반이 두꺼워졌을 것이다. 

지구에 대해 항상 똑같은 면을 보이는(자전과 공전의 주기가 일치하는) 이유는 무엇인가? 

- 달의 중심이 지구의 인력에 강하게 끌어당겨지므로 계속 앞면이 지구를 향하게 된다.  

지구의 자전이 느려진 이유를 설명해 보세요.  

- 조석 작용에 따라 바닷물과 해저 사이에 마찰이 발생하고, 암석도 모양을 바꾸는데 이 때 생기는 에너지 손실이 지구 자전에 영향을 미치기 떄문이다. 

 

(유성)은 밤하늘의 별과 같은 밝기의 물체가 갑자기 나타나 빠르게 일직선으로 이동하다 사라지는 현상이다.  

(항성)은 태양처럼 스스로 빛을 내는 천체다.  

우주의 먼지인 유성이 어떻게 빛을 내는지 두 가지를 찾아보세요?  

- 

- 맹렬한 속도로 대기권에 돌입해 기체 분자를 가열시킨다. 가열된 기체 분자는 전자가 떨어져 나가면서 플라즈마 상태가 되어 빛을 낸다. 고도 80km부근에 이르면 유성의 앞면에 있는 공기가 압축되어 온도가 상승해 빛을 낸다.  

 

태양과 수직인 면 1m2가 1분동안 받는 에너지는 2kcal로 (태양 상수)라고 하며, 지구가 받는 막대한 에너지는 태양이 우주 공간에 방출하는 전체 에너지의 20억분의 1밖에 안된다. 

(핵융합)이란 가벼운 원자핵끼리 달라붙어 무거운 원자핵으로 변화하는 핵반응이다. 반응에 따라 질량은 감소하지만 그 질량만큼 에너지가 만들어진다. 

항성의 일생을 결정하는 본질적인 요소는 (질량)이다. 별이 탄생했을 떄의 (질량)만 알면 그 별의 수명과 종말을 알 수 있다. 

항성 중심부가 수축하며 핵융합이 일어나 대폭발을 일으키는 것을 (초신성 폭발)이라고 부른다.  

 

화성이 붉은 이유는 지표면이 (적철광/산화철)이 많이 포함된 암석으로 덮여 있기 때문이다.  

같은 시기에 탄생한 행성임에도 지구의 지표면에는 물이 풍부한데 화성은 황량한 이유는 무엇일까? 

- 화성의 질량이 낮아 중력이 약해 대기를 붙잡지 못하고 수증기가 날아가버린 것이다. 

화성 테라포밍 계획의 두 가지 방법을 작성해 보세요 

- 화성의 지표에 흡수되는 태양의 광량을 늘려 얼음을 녹여 온실 효과를 만들어낸다. 

- 화성 표면에 암흑색의 탄소질 물질을 뿌려 태양광 흡수 효과를 높인다.  

  

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