（우주과학） 지구라는 별..

[성마루]

3. 지구(Earth)

태양에서부터 세 번째에 위치한 지구는 생명체에게 있어서 만큼은 정말 운이 좋은 행성이다. 적당한 온도, 적당한 공기, 그리고 물의 존재는 적막하기만 한 우주 공간 한 편에 생명체를 탄생할 수 있게 했다. 지금까지의 인간은 태양계 내의 다른 행성에 생명체가 존재할 가능성을 여러가지로 탐험하고 조사했지만 지구 밖에서는 아직 생명체를 발견하지 못했다. 현재로서는 지구가 태양계에서 유일하게 생명체가 존재하는 행성일 가능성이 높다. 지구에서는 물기 하나 없어 보이는 사막이나 햇볕이 전혀 들지 않는 동굴 깊숙한 곳에도 가득한 생명체가 지구 밖에서는 아직 그 흔적조차 찾아 볼 수 없다는 것은 지구를 특별한 장소로 만들기에 부족함이 없을 것이다.

(1) 지구의 물리적 성질

지구는 태양에서 약 1억 5000만 km 떨어저 약 1 년의 주기로 태양을 공전하고 있다. 1년에 태양을 한 바퀴 돌기 위해서 지구는 매우 빠른 속도로 달려야 한다. 지구의 공전속도는 약 초속 30 km 정도나 된다. 그런가 하면 지구는 공전면과 23.5 ° 기울어진 자전축을 중심으로 약 1 일의 주기로 자전하고 있다. 지구 위의 각 부분에서 계절의 변화가 나타나는 것은 공전면과 자전축이 기울어져 있어서 태양의 빛을 수직으로 받는 지역이 계절에 따라 달라지기 때문이다. 말할 것도 없이 지구에 밤과 낮이 생기는 것은 지구의 자전으로 인해 태양을 향하고 있는 부분이 1일을 주기로 변하고 있기 때문이다. 지구의 반지름은 약 6,300 km 정도이다. 그러나 완전한 구형이 아니므로 적도 반지름과 극반지름이 다르다. 극반지름은 약 6356.8 km 이고, 적도 반지름은 6378.2 km 이다. 적도 반지름이 극 반지름보다 큰것은 지구가 자전축을 중심으로 회전하고 있어서 적도 부분에서는 원심력으로 인해 부풀어 올라 있기 때문이다. 지구의 질량은 5.98 x 1024 kg 으로 행성중에서 작은 편에 속하지만 지구형 행성 중에서는 가장 크다. 지구의 밀도는 5.52로 행성 중에서 가장 높다. 지진파의 연구는 지구의 내부가 어떠한 상태로 되어 있는지 알아내는 데 큰 공헌을 했다. 지구의 표면을 이루고 있는 지각의 두께는 해양과 육지에 따라 크게 달라서 육지에서는 약 40km 정도이지만 해양에서는 5km 정도밖에 되지 않는다. 지각은 주로 화강암을 비롯한 암석으로 이루어져서 있어서 평균 밀도는 2.8g/cm3로 지구의 평균 밀도보다 훨씬 작다.

<그림 4> 지구

지각 아래에 있는 맨틀의 두께는 약 2,900 km 나 되는데 이 부분은 주로 암석인 고체로 되어 있으나 부분적으로 녹아 있는 암류권이 포함되어 있다. 맨틀 밑에는 지구의 중심을 이루는 핵이 자리잡고 있는데 핵은 고체인 내핵과 외핵으로 이루어져 있다. 외핵과 맨틀은 경계면의 두께가 5 km 정도인 매우 날카로운 경계면으로 구분되어 있다. 외핵의 두께는 약 2,200 km 로 성분은 내핵과 마찬가지로 약 80 %의 철과 20%의 니켈로 구성되어 있다. 내핵은 지구의 중심부를 이루고 있는데 반지름 약 1,300 km의 구형의 고체이다. 내핵에서의 온도는 태양 표면의 온도와 비슷한 약 6,000^o C 정도나 되지만 높은 압력으로 인해 고체 상태를 이루고 있다. 반면에 외핵의 온도는 내핵과 비슷한 고온이면서도 압력이 내핵보다 작아 액체로 되어 있다. 맨틀 위에 떠있는 지각에서는 끊임없는 지각변동이 일어나고 있다. 지각변동에는 오랜 세월을 두고 천천히 이동하는 대륙의 이동과 같은 완만한 변화와 지진이나 화산 활동과 같은 갑작스런 변화가 있는데 이러한 지각의 변화가 지구 내부의 변화와 어떤 관계가 있는지는 정확하게 밝혀지지 않고 있다.

질량 (kg)		5.976 x 10 24
질량 (Earth = 1)		1.0000
적도반지름 (km)		6,378.14
적도반지름 (지구 = 1)		1.0000
평균밀도 (gm/cm3)		5.515
평균궤도반지름 (km)		149,600,000
평균궤도반지름 (지구 = 1)		1.0000
자전주기 (일)		0.99727
공전주기 (일)		365.256
평균공전속도 (km/sec)		29.79
궤도이심율		0.0167
자전축의 기울기 (도)		23.45
공전면의 기울기 (도)		0.000
평균표면온도		15o C
대기압 (bars)		1.013
대기의 조성	질소	77%
	산소	21%
	아르곤, 이산화탄소, 수증기	2%

<표 3> 지구의 특성

(2) 지구의 대기

지구는 비교적 두꺼운 대기층으로 둘러 싸여 있다. 지구의 대기를 이루는 공기의 주성분이 질소와 산소인 것은 누구나 잘 알고 있는 사실이다. 그러나 지구가 생겨날 때부터 이러한 성분으로 되어 있었던 것은 아니다. 지구에도 우주의 다른 부분과 마찬 가지로 수소가 가장 많았을 것이다. 그러나 지구의 중력은 가벼운 수소를 붙잡아 두기에는 역부족이었다.
온도는 물질을 이루는 입자들의 운동에너지에 의해서 결정되는데 같은 온도에서는 물질을 이루는 모든 입자의 평균 운동에너지가 같다. 따라서 질량이 작은 입자는 질량이 큰 입자보다 더 빨리 운동하여야 한다. 따라서 같은 온도에서 수소와 산소의 운동속도를 비교하면 수소의 운동 속도가 산소의 운동 속도보다 약 2.8 배 더 빨라야 한다. 한편 지구상에 있는 물체는 지구의 인력으로 인해 지구의 인력권 안에 잡혀 있지만 속도가 충분히 빨라지면 지구의 인력권에서 탈출할 수 있다. 대기의 온도에서 수소의 평균 운동속도는 탈출 속도보다 느리지만 모든 원자가 같은 속도를 가지고 있는 것이 아니고 더 빠른 입자와 느린 입자가 섞여 있으므로 수소 입자 중에는 지구를 탈출할 수 있는 속도를 가진 입자도 일정비율 분포하게 된다. 속도가 빠른 수소분자가 오랜 세원동안 지구를 떠났기 때문에 지구에는 산소, 질소와 같은 무거운 원소들만 남게 된 것이다.

(3) 지구 위의 운석 구덩이

태양계가 형성된 초기에 태양계 내의 여러 천체들에는 수많은 미행성들의 충돌이 일어났다. 그 결과 달이나 수성에는 수많은 운석구의 흔적이 남아 있다. 하지만 목성이나 토성등의 목성형 행성이나 지구에는 그 흔적이 별로 남아 있지 않다. 목성형 행성은 주성분이 가스이기 때문에 그 흔적이 표면에 오래 남아 있지 않고 지구는 지각 활동이 활발하고 또 대기현상(바람, 비 등)에 의해 크레이터의 흔적이 이미 오래 전에 사라져 버렸으며, 비교적 최근에 형성된 것만 남아 있다. 오늘날에는 지구상에서 충격에 의해 만들어진 크레이터가 100여개 이상 발견되어 있다. <그림 5>에서 검은 원으로 표시된 곳은 운석구가 발견된 지역이다.

<그림 5> 지구의 운석구덩이 분포	<그림 6> Barringer의 운석 구덩이

운석이 지상에 떨어지면 무슨 일이 일어날까? 사실 별일이 일어나지는 않는다. 왜냐하면 운석은 대개 매우 작고 이들이 만든 자국은 풍화작용으로 사라지기 때문이다. 그러나 약 49,000년전에 큰 운석이 미국 아리조나주 윈스로우(Winslow) 근처에 떨어져 거대한 크레이터를 만들었다. 지난 1920년에 이 구덩이가 충격에 의해 만들어진 크레이터라는 것이 최초로 확인되었다. 이 운석구는 49,000년전에 운석이 충돌하여 생긴 것이지만 애리조나주의 건조한 기후 덕분에 침식을 받지 않고 비교적 그 원형이 잘 보존되어 있다. 이 운석구의 직경은 약 1킬로미터 이상되고 깊이는 200m에 이른다. 떨어진 운석은 수천톤의 무게를 갖는 것으로 추정되며, 발견된 운석의 파편 중 가장 큰 것은 635kg에 이른다.

[야생화]

지구.. 언제 봐도 멋지고 신비스로운 별이지요...