4. 심층 연구
* 땅
* 해양
(1) 땅
* 땅(지구)의 구조와 기능
* ‘세계 판구조론(Theory of tectonic plates)’
① 땅(지구)의 구조와 기능
* 지구의 모양과 크기
* 지구의 내부 구조
* 지각(地殼)의 최상층부 땅인 ‘흙’
* 지구의 자기장(磁氣場)
* 지구의 중력장
* 지구의 복사(輻射) 평형상태
* 지구의 자전과 공전
a. 지구의 모양과 크기
- 반지름과 둘레는 얼마인가?
ⅰ. 지구의 모양은 타원체이다. 반지름은 대략 6,500㎞이며, 둘레는 4만km이다.
ⅱ. 지구가 지금보다 작았으면 중력이 약해 물이 우주 공간으로 달아났을 것이고, 지금보다 컸더라면 수증기가 상공으로 올라가지 못했을 것이다. 수증기로 열을 방출하지 못하면 지구가 뜨거워져 역시 생물이 살 수 없다.
b. 지구의 내부 구조
- 지각, 맨틀, 외핵, 내핵은 어떤 형태로 있는가?
(a) 지각(地殼)
ⅰ. 지표면에서 모호면(모호로비치의 불연속면 : 지하 약 50km 깊이)까지의 영역이며 암석권(lithosphere)이라고 한다.
ⅱ. 지각은 100m 깊어질 때마다 온도가 약 3°C 씩 증가한다.
(b) 맨틀
모호면에서 지하 2,900km까지의 영역이며 용해(溶解) 물질로 이루어져 있다.
(c) 외핵(外核)
ⅰ. 지하 2,900km-5,100km까지의 영역이며 액체 상태로 추정된다.
ⅱ. 지구는 외핵이 유동하는 액체 상태로 되어 있기 때문에 지구에 가해지는 그 많은 충격들(화산과 지진운동, 핵실험, 자원 발굴 등)을 흡수할 수 있으며, 이로써 균열이 생기지 않게 된다.
ⅲ. 주요 구성 물질은 철과 니켈로 추정된다.
(d) 내핵(內核)
ⅰ. 지하 5,100km 이하의 영역이며 고체 상태로 추정된다. 온도가 약 5,000°C 가까이 이른다.
ⅱ. 주요 구성 물질은 철과 니켈로 추정된다.
(e) 땅의 안팎에 대한 탐사는 아직도 인류에게 큰 신비로 남아 있다.
ⅰ. 지구에는 일직선상으로 직접 조사하지 못한 내부가 아직 까마득히 남아 있다. 지구의 반지름이 대략 6,500㎞인데 비해 겨우 13㎞정도 탐사를 끝냈다고 한다. 이것은 전체의 0.2%에 해당하는 길이이다.
ⅱ. 지구는 그 내부 압력과 온도 때문에 더 이상의 깊은 탐사가 불가능하다. 중심핵은 그만 두고라도 지각조차 충분한 조사를 해내지 못하고 있는 실정이므로 지구 자기력의 구조와 같은 현상들에 대해 알고 있는 바가 변변치 못하다.
“위로 하늘을 측량할 수 있으며 아래로 땅의 기초를 탐지할 수 있다면…”(렘31:37)
c. 지각(地殼)의 최상층부 땅인 ‘흙’
- 흙의 성분은 무엇인가?
흙의 입자는 그 크기를 얼마로 제한하는가?
흙의 주요 기능은 무엇인가?
(a) 흙의 성분
ⅰ. 지각(地殼)의 최상층부의 땅인 ‘흙’은 생태계를 유지시켜 주는 기반이다.
ⅱ. 오늘날 흙의 구성은 암석이 풍화되어 생긴 무기입자, 동식물의 유체(遺體)로 된 유기물, 수분, 공기, 그리고 토양미생물 등의 5가지 혼합체로 이루어져 있다.
ⅲ. 흙의 입자는 그 크기를 2mm 이하로 제한하며, 모래, 미사(微砂), 점토(粘土 : 진흙)로 구분된다.
(b) 흙의 기능
ⅰ. 흙은 식물에게 필요한 모든 영양소를 저장하고 있다가 필요시에 공급하는 창고 역할을 한다.
ⅱ. 흙 속의 점토분자는 전기적 성질(음전하)과 끈끈한 흡착력을 가지고 있어 칼슘, 마그네슘, 나토륨, 칼리 등의 유용한 광물질을 붙들고 있다.
ⅲ. 흙 속의 유기물질은 양전하를 띠고 있으며 질소, 인, 황 등의 비료를 만든다.
ⅳ. 흙 속의 유기물질 중 다당류는 흙을 푸석푸석한 채로 굳게 한다. 이 푸석푸석한 구멍은, 식물의 뿌리가 호흡하는 공간이며, 삼투압에 의하여 지하수를 끌어올리고 스펀지처럼 물을 보관하는 역할을 한다.
ⅴ. 이처럼 흙의 존재는 지구상의 생명체의 생존의 기반이 된다. 모든 생명 활동은 오직 지구 껍데기의 좁은 층에서만 가능하다. 그래서 이곳을 ‘생물권’(biosphere) 또는 ‘생태계’(ecosystem)라고 표현한다. 만약 지구 흙의 절반이 귀금속으로 되어 있었다면 인류의 생존은 불가능하였을 것이다.
ⅵ. 그밖에도 땅은 인간과 생물들이 살아가는 데 필요한 모든 것들을 공급해 준다. 땅은 다양한 것들로 가득 채워져 있다. 실로 흙은 모든 생물들의 어머니와 같은 곳이다. 모든 생물들은 흙으로 지음을 받고 흙에서 나는 것을 먹고 흙을 밟고 살다가 결국은 흙으로 돌아간다.
ⅶ. 시편 기자는 “주께서 지혜로 다 지으셨으니 주의 부요가 땅에 가득하나이다”(시104:24)라고 고백했다. 땅과 땅의 생물들과의 조화로운 관계는 너무나 신비롭다.
d. 지구의 자기장(磁氣場)
(a) 지구 자기장의 개념.
ⅰ. 지구는 자기작용(자석의 磁極이 자력작용으로 서로 당기고 미는 현상)으로 자기장(자기력이 작용하는 공간)을 형성하여 지구를 감싸고 있다.
ⅱ. 자기장은 지구를 우주선(cosmic ray)과 태양풍(태양으로부터 모든 방향으로 퍼져나가는 양성자와 전자들의 흐름)으로부터 보호한다. 지구의 자기장은 우주선과 태양풍 입자들을 자기장의 선(線)을 따라 북극과 남극 지역으로 유도한다.
ⅲ. 만약 지구에 자기장의 기능이 없다면 방사선으로 인한 질병이 지구 전체에 크게 늘어날 것이다.
(b) 지구 자기의 원인.
ⅰ. 지구 자기(磁氣)는 철과 니켈의 유체로 구성된 지구 내부의 외핵에서 유도(誘導)전류가 발생하여 지구 자기를 형성하는 것으로 추정한다(Dynamo 이론).
ⅱ. 지구의 외핵은 지구를 관통하는 커다란 막대자석과 같으며 막대자석의 양극이 지각과 닿는 곳이 각각 자북극(S극)과 자남극(N극)이라고 한다. 한편 지도상의 남극과 북극은 지구의 자전축이 지각과 만나는 지점이다.
ⅲ. 자북극(S극)과 자남극(N극)은 조금씩 이동하는데, 이는 자기장을 만들어내는 외핵이 액체 상태로서 계속 움직이고 있기 때문으로 추정된다. 자력계와 인공위성의 측정에 따르면 현재 지구의 자성이 계속 감소하고 있다고 한다.
ⅳ. 자기장은 자기력이 미치는 공간까지이므로 지구의 중력과는 무관하다. 철새는 몸속에 지구 자기장에 반응하는 ‘생체 내비게이션’을 갖고 있다고 한다.
e. 지구의 중력장(重力場)
- 중력장의 기능은 무엇인가?
지구 중력이 지금보다 강하거나 약하면 어떻게 되는가?
ⅰ. 중력이란 모든 물체 사이에 작용하는 잡아당기는 힘이다. 지구의 중력은 만유인력(萬有引力)과 지구 자전(自轉)에 의한 원심력의 합력이다.
ⅱ. 달의 중력이 지구의 중력보다 작기 때문에 달에서 잰 우리의 체중은 6분의 1로 가벼워진다.
ⅲ. 중력은 우주의 진공 공간에까지 작용한다. 그래서 천체는 마치 보이지 않는 끈이 아주 먼 거리까지 연결되어서 힘이 작용하듯, 중력에 의해 서로 힘을 주고받으며 연결되어 있다.
ⅳ. 하나님께서는 모든 생명체가 지구에서 생활이 가능하도록 적당한 중력을 주셨다. 지구에 비를 내리게 하는 것도 중력의 힘이다. 만일 지구의 중력이 지금보다 강하다면 만년필에서 잉크가 새고, 새나 비행기가 날지 못할 것이다. 서 있는 일이 힘에 겨울 것이다. 구름이 땅에 머물 것이다. 증발이나 강우 현상이 없을 것이다. 반대로 중력이 약하다면 우리의 체중이 줄어들 것이다. 지구의 대기가 우주로 빠져나갈 것이다. 대양이 증발해 버릴 것이다.
ⅴ. 아이작 뉴턴이 이미 3세기 전에 중력에 대해 연구한 이래 아직까지 현대과학이 그 힘의 원인을 알아내지 못하고 있다. 참으로 신기한 일이다. 지구와 달이 어떻게 항상 서로의 정확한 위치를 알아서 거기에 알맞게 끌어당길 수 있다는 말인가? 법칙과 그 법칙을 내신 분을 모두 아는 사람은 참으로 부유한 사람이다.
f. 지구는 복사(輻射) 평형 상태
- 복사(輻射) 평형 상태란 무엇인가?
온실효과와 어떤 관련이 있는가?
ⅰ. 핵융합으로 발생한 태양에너지는 열복사를 통해서 지구로 전달된다. 복사란 열이 매질을 통하지 않고 전자기파에 의해 전달되는 현상이다.
ⅱ. 지구는 복사 평형상태를 유지하고 있다. 지구의 연평균 기온은 약 15°C 정도로 매년 거의 일정하게 유지되고 있다. 이것은 지구가 흡수한 만큼의 태양 복사에너지를 우주 공간으로 재방출하고 있기 때문이다. 이를 복사 평형상태라고 한다.
ⅲ. 온실효과란 대기 중의 탄산가스와 수증기가 태양으로부터 유입되는 적외선과 지표면에서 방출하는 적외선을 흡수한 후, 이것을 다시 지표면으로 재(再)방출함으로 기온을 상승시키는 현상을 가리킨다.
g. 지구의 자전과 공전
(a) 자전(自轉)
- 만약에 자전속도가 지금보다 빨라지거나 늦어지면?
자전축의 경사는 기후에 어떤 현상을 미치는가?
ⅰ. 지구는 24시간마다 1회씩 자전한다. 지구의 자전 속도는 1,600km/h이다.
ⅱ. 만약 지구가 48시간 간격으로 자전한다면 지구의 낮 기온은 섭씨 125도가 되고, 밤 기온은 영하 160도가 되어 생물이 존재할 수 없게 된다. 반대로 지구의 자전속도가 빨라져도 인간과 생물들이 적응하지 못하게 될 것이다.
ⅲ. 지구의 자전축은 북동으로 23도 27분의 경사각을 하고 있다. 자전축의 경사로 인해 계절이 생긴다. 또한 이 경사로 인해 북반구가 더 많은 태양에너지를 받게 된다. 지구는 북반구에 대부분의 대륙과 생태계가 편중되어 있다. 자전축의 기울기는 4만 년을 주기로 21.5°-24.5°까지 변한다. 이로 인해 계절 변화의 폭이 더 커진다.
ⅳ. 만약 지구의 축이 수직이라면 태양광선이 적도만 비춤으로 그곳은 사막으로 변하고, 북극과 남극으로 수증기가 몰려감으로 그곳은 얼음 대륙이 되고, 결국 지구는 장구 모양으로 되어 두 동강이 날 것이다.
ⅴ. 자전축은 원을 그리며 회전한다. 한 바퀴 도는 데 소요되는 시간은 26,000년이다. 이 운동을 세차(歲差)운동이라 하는데 달의 인력 때문에 생긴다.
(b) 공전(公轉)
- 지구의 타원 공전과 지구축의 경사도는 어떤 변화를 주는가?
ⅰ. 지구의 공전속도는 107,000km/h이며, 1회 공전시간은 365일 5시간 48분 46초이다. 공전궤도는 타원형이다.
ⅱ. 지구의 타원 공전과 지구축의 경사도에 의해 지구에는 두 가지 변화가 생긴다. 하나는 4계절의 변화이다. 곧, 지구와 태양 사이의 고도(高度)에 변화(±23.5°) 가 생기므로 지면에 도달하는 에너지양이 달라진다. 다른 하나는 낮과 밤의 길이가 달라진다. 곧, 태양이 지평선 위에 머무는 시간이 변하기 때문이다.
ⅲ. 지구와 태양 사이의 평균 거리는 1억5천만㎞로, 만약 지구가 태양에 5% 더 가까이 있거나 5% 더 먼 곳에 있었다면 생물이 살 수 없었을 것이다. 지구는 생물의 생존에 기적적으로 딱 들어맞는 특별한 행성이다.