5000조톤의 공기… 지구 스스로 생산
■ 바이오 & U헬스
지구를 둘러싸고 있는 대기가 없었더라면 지구는 벌써 오래 전에 차갑고 황폐한 얼음 덩어리로 변해 버렸을 것이고 우리와 같은 육상 생물의 출현도 불가능했을 것이다. 대기는 눈에 보이지도 않지만 우리에게 생명과도 같은 존재다. 지표면에서 대략 200㎞ 높이까지 퍼져 있는 대기에는 대략 5000조(兆) 톤의 공기가 들어있다.
뚜껑이 열린 통 속의 기체는 시간이 지나면 빠져나가 버린다. 기체 분자들의 열운동에 의한 확산 때문이다. 더 넓은 공간을 차지할수록 기체의 엔트로피가 커져서 안정해진다는 열역학적 설명도 있다. 기체의 확산 속도는 기체의 온도가 높고 분자가 가벼울수록 빨라진다.
지구 대기의 경우에도 공기가 우주 공간으로 빠져나가는 것을 막아주는 물리적 뚜껑이 없다. 지구의 대기도 세월이 흐르면 줄어들 수밖에 없다는 뜻이다. 실제로 세상에서 가장 가벼운 분자인 수소는 이미 오래 전에 거의 대부분 우주로 날아가 버렸다.
그런데 지구 대기가 우주 공간으로 빠져나가는 속도는 의외로 느리다. 지구를 벗어나는 공기 분자의 양은 매초마다 1~3㎏ 정도라고 한다. 매년 3만~9만 톤 정도의 공기가 줄어들고 있는 셈이다. 지구 대기의 총량을 고려하면 그렇게 많은 양은 아니다. 대기에 있는 산소를 숨쉬면서 살아가는 우리에게는 정말 다행스러운 일이 아닐 수 없다.
지구의 대기가 쉽게 빠져나가지 못하는 데는 이유가 있다. 우선 지구의 중력이 대기의 분자를 붙잡아 준다. 중력의 그런 역할과 영향은 쉽게 확인할 수 있다. 목성은 지구보다 훨씬 크다. 그래서 중력이 지구보다 2.3배나 강하다. 목성의 대기에 상당한 양의 수소와 헬륨이 남아있는 것도 그런 이유 때문이다. 물론 목성이 지구보다 태양에서 더 멀리 있다는 사실도 도움이 된다. 목성의 대기가 차가워서 열운동도 줄어들기 때문이다.
물론 중력만으로 엄청난 양의 대기를 꽁꽁 붙잡아 둘 수는 없다. 그런데 문제는 또 있다. 태양에서 쏟아져 나오는 태양풍도 대기 손실을 가져오는 요인이 될 수 있다. 핵융합 반응에서 나오는 고에너지 입자들이 대기 분자들을 이온화시켜 버리기 때문이다. 실제로 태양풍의 에너지는 태양의 복사열보다 훨씬 적지만 지구보다 태양에 더 가까이 있는 수성, 금성, 지구, 화성에서는 그 영향을 무시할 수 없다.
그런데 지구는 그런 태양풍에 대해서도 훌륭한 대책을 가지고 있다. 지구 외핵의 회전에 의해 만들어진 지구 자기(磁氣)가 태양풍이 지구 대기와 충돌하는 것을 막아준다. 전하를 가진 태양풍 입자들이 지구 자기에 의해 휘어져 버리기 때문이다. 그렇다고 지구 자기도 완벽한 보호 역할을 해주지는 못한다. 실제로 북극의 밤하늘을 화려하게 만들어주는 오로라는 대기가 빠져나가고 있는 현장을 보여주는 것이다.
그렇다면 지구의 대기가 마구 빠져나가지 않는 진짜 이유는 무엇일까? 놀랍게도 지구 자체가 새로운 대기를 끊임없이 공급해 주기 때문이다. 이번에도 지구의 외핵에서 일어나는 핵분열 반응이 핵심이다. 핵분열 반응에서 나온 열로 뜨겁게 달궈진 마그마가 분해되면서 만들어진 기체 분자들이 끊임없이 대기 중으로 배출된다. 지층 사이의 틈, 폭발하는 화산, 대양의 깊은 바다 속에 있는 열수공(熱水空)이 그런 분자를 대기 중으로 배출해주는 곳이다.
지구는 자신이 필요한 것을 지키기도 하고 스스로 채워 넣는 능력도 가지고 있는 정말 특별한 행성이다. 정말 지구 스스로가 살아 움직이고 있는 셈이다. 과연 이 광활한 우주에 지구처럼 신비로운 행성이 또 있을까? 아직까지도 정확하게 확인된 것은 아니지만 그런 행성이 수없이 많다는 것이 현대 우주론의 잠정적인 결론이다.
■ 바이오 & U헬스
지구를 둘러싸고 있는 대기가 없었더라면 지구는 벌써 오래 전에 차갑고 황폐한 얼음 덩어리로 변해 버렸을 것이고 우리와 같은 육상 생물의 출현도 불가능했을 것이다. 대기는 눈에 보이지도 않지만 우리에게 생명과도 같은 존재다. 지표면에서 대략 200㎞ 높이까지 퍼져 있는 대기에는 대략 5000조(兆) 톤의 공기가 들어있다.
뚜껑이 열린 통 속의 기체는 시간이 지나면 빠져나가 버린다. 기체 분자들의 열운동에 의한 확산 때문이다. 더 넓은 공간을 차지할수록 기체의 엔트로피가 커져서 안정해진다는 열역학적 설명도 있다. 기체의 확산 속도는 기체의 온도가 높고 분자가 가벼울수록 빨라진다.
지구 대기의 경우에도 공기가 우주 공간으로 빠져나가는 것을 막아주는 물리적 뚜껑이 없다. 지구의 대기도 세월이 흐르면 줄어들 수밖에 없다는 뜻이다. 실제로 세상에서 가장 가벼운 분자인 수소는 이미 오래 전에 거의 대부분 우주로 날아가 버렸다.
그런데 지구 대기가 우주 공간으로 빠져나가는 속도는 의외로 느리다. 지구를 벗어나는 공기 분자의 양은 매초마다 1~3㎏ 정도라고 한다. 매년 3만~9만 톤 정도의 공기가 줄어들고 있는 셈이다. 지구 대기의 총량을 고려하면 그렇게 많은 양은 아니다. 대기에 있는 산소를 숨쉬면서 살아가는 우리에게는 정말 다행스러운 일이 아닐 수 없다.
지구의 대기가 쉽게 빠져나가지 못하는 데는 이유가 있다. 우선 지구의 중력이 대기의 분자를 붙잡아 준다. 중력의 그런 역할과 영향은 쉽게 확인할 수 있다. 목성은 지구보다 훨씬 크다. 그래서 중력이 지구보다 2.3배나 강하다. 목성의 대기에 상당한 양의 수소와 헬륨이 남아있는 것도 그런 이유 때문이다. 물론 목성이 지구보다 태양에서 더 멀리 있다는 사실도 도움이 된다. 목성의 대기가 차가워서 열운동도 줄어들기 때문이다.
물론 중력만으로 엄청난 양의 대기를 꽁꽁 붙잡아 둘 수는 없다. 그런데 문제는 또 있다. 태양에서 쏟아져 나오는 태양풍도 대기 손실을 가져오는 요인이 될 수 있다. 핵융합 반응에서 나오는 고에너지 입자들이 대기 분자들을 이온화시켜 버리기 때문이다. 실제로 태양풍의 에너지는 태양의 복사열보다 훨씬 적지만 지구보다 태양에 더 가까이 있는 수성, 금성, 지구, 화성에서는 그 영향을 무시할 수 없다.
그런데 지구는 그런 태양풍에 대해서도 훌륭한 대책을 가지고 있다. 지구 외핵의 회전에 의해 만들어진 지구 자기(磁氣)가 태양풍이 지구 대기와 충돌하는 것을 막아준다. 전하를 가진 태양풍 입자들이 지구 자기에 의해 휘어져 버리기 때문이다. 그렇다고 지구 자기도 완벽한 보호 역할을 해주지는 못한다. 실제로 북극의 밤하늘을 화려하게 만들어주는 오로라는 대기가 빠져나가고 있는 현장을 보여주는 것이다.
그렇다면 지구의 대기가 마구 빠져나가지 않는 진짜 이유는 무엇일까? 놀랍게도 지구 자체가 새로운 대기를 끊임없이 공급해 주기 때문이다. 이번에도 지구의 외핵에서 일어나는 핵분열 반응이 핵심이다. 핵분열 반응에서 나온 열로 뜨겁게 달궈진 마그마가 분해되면서 만들어진 기체 분자들이 끊임없이 대기 중으로 배출된다. 지층 사이의 틈, 폭발하는 화산, 대양의 깊은 바다 속에 있는 열수공(熱水空)이 그런 분자를 대기 중으로 배출해주는 곳이다.
지구는 자신이 필요한 것을 지키기도 하고 스스로 채워 넣는 능력도 가지고 있는 정말 특별한 행성이다. 정말 지구 스스로가 살아 움직이고 있는 셈이다. 과연 이 광활한 우주에 지구처럼 신비로운 행성이 또 있을까? 아직까지도 정확하게 확인된 것은 아니지만 그런 행성이 수없이 많다는 것이 현대 우주론의 잠정적인 결론이다.
