[理知논술/교과서로 논술 잡기]과학영역

《‘교과서에 나오는 심화학습 문제에 통합교과형 논술 대비책이 숨어 있다.’ 서울대 등 주요 대학과 논술 전문가들의 한결같은 주장이다. 교과서를 통해 논술의 기초를 충분히 다질 수 있다는 것이다. 고교 교과서의 핵심 내용을 논술 준비 강의로 새 연재를 진행한다. 한 주는 사회와 과학, 한 주는 언어와 수리를 싣는다.》

중앙亞사막 모래먼지 편서풍 타고 이동

기압 분포상황으로 황사를 설명하시오

■ 주제: 날씨의 변화

[제시문 1]

고기압의 중심부에는 하강기류가 있다. 그런데 공기가 하강하면 단열 압축되어 온도가 올라가기 때문에 대기 중의 물방울은 수증기로 변한다. 그 때문에 고기압에서는 구름이 없어져 날씨가 맑아진다. 그러나 저기압의 중심부에는 상승기류가 있어 공기가 단열 팽창되어 온도가 내려가기 때문에 대기 중의 수증기가 물방울로 응결되면서 구름이 생성된다. 이 때문에 저기압에서는 구름이 생기고 비가 내리게 된다. <고 1 과학 교과서>

글 싣는 순서(과학)
번호	주제	분류
1	물질대사	생물
2	소음	물리
3	전해질과 이온	화학
4	지각변동	지학
5	순환과 배설	생물
6	힘과 운동	물리
7	산과 염기의 반응	화학
8	날씨의 변화	지학
9	인체와 건강	생물
10	일과 에너지	물리
11	반응 속도	화학
12	해양의 성질	지학
13	자극과 반응	생물
14	전기와 자기	물리
15	공기	화학
16	태양계	지학
17	생식	생물
18	파동과 입자	물리
19	금속의 부식	화학
20	우주	지학
21	생태계와 환경오염	생물
22	에너지의 사용	물리
23	우리 주변의 화합물	화학
24	지구환경의 변화	지학

공기 덩어리는 지면이나 수면의 영향을 받아 기압이 높아지기도 하고 낮아지기도 한다. 이때 주위보다 상대적으로 기압이 낮은 곳을 저기압, 주변보다 기압이 높은 곳을 고기압이라 한다.

일반적으로 지면이 태양의 복사에너지를 받아 부분적으로 가열되면 지면과 닿아 있는 공기 덩어리는 온도가 높아지게 된다. 온도가 높아진 공기 덩어리는 주위 공기보다 가벼워져 위로 상승하게 되고, 중심부는 주변보다 기압이 낮아져 저기압이 발생한다. 이때 중심에서 상승하던 공기는 주위 기압의 감소로 인해 부피가 팽창하므로 외부로 열을 빼앗기지 않아도 공기 덩어리 내부의 온도가 낮아진다. 이렇게 온도가 낮아진 공기가 포화 상태에 이르게 되면 수증기의 응결이 시작되어 구름이 만들어진다.

반대로 고기압은 주변보다 기압이 높은 곳으로 중심에서 공기가 발산하여 나가므로 이를 보충하기 위해 상층으로부터 하강기류가 발생하게 된다. 이때 상공에 있던 공기 덩어리가 하강하게 되면 주위 압력이 높아지므로 공기 덩어리의 부피가 압축되어 외부에서 열을 공급하지 않아도 공기 덩어리 내부의 온도가 높아진다. 따라서 구름이 있어도 증발하여 수증기가 되어 날씨가 맑아지게 된다.

[제시문 2]

날씨는 고기압과 저기압, 전선, 기단의 발생, 이동, 소멸에 따라 변한다. 우리나라는 편서풍대에 위치해 있으므로 기압 배치가 서쪽에서 동쪽으로 움직이고 있다. 이러한 까닭으로 이들의 변화와 이동 경향을 정확하게 알게 되면 앞으로의 일기를 예측할 수 있다. 우리나라 기상청에서는 매일 6시간 간격으로 지상 일기도를 작성하여 기상 상태를 파악하고 있다. 이렇게 일기도를 연속적으로 작성하여 분석해 보면 기압 배치와 전선의 이동 경향을 알게 되어 일기를 예보할 수 있다. <고 1 과학 교과서>

날씨는 대기 중에 나타나는 기상 현상과 기온, 기압, 풍향, 풍속, 습도, 구름의 양 등의 기상요소가 나타내는 어느 시각에서의 종합적인 대기 상태를 말한다. 이러한 날씨를 이해하고 해석하는 데 가장 기본이 되는 것이 바로 일기도이다.

일기도는 지상 관측소로부터 얻은 지상과 상층 대기의 기상요소 관측 자료에 기상 위성, 기상 레이더의 자료들을 첨가하여 작성한다. 일정한 시간 간격으로 일기도를 계속하여 작성하면 고기압, 저기압, 전선 등의 발달 과정과 이동 경로를 분석할 수 있다. 이를 바탕으로 앞으로의 날씨를 예상하여 일기를 예보하게 된다.

이러한 일기예보를 TV에서 보면 우리나라 부근의 구름 분포와 날씨가 대체적으로 서쪽에서 동쪽으로 이동하는 것을 볼 수가 있는데, 이는 우리나라 상공에서 부는 편서풍 때문이다.

지구는 위도에 따른 태양의 고도 차이로 항상 저위도 지방이 극지방보다 많은 태양에너지를 받고 있다. 이렇게 열대지방의 강한 일사에 의해 데워진 공기 덩어리는 상승하여 중위도 지방으로 이동하다가, 중위도 상공에서 냉각되어 하강하면서 고기압대를 형성한다. 그 결과 중위도 고기압대에서 고위도 지방을 향하여 편서풍이 불게 되고, 중위도 지방에서 발생하는 모든 기압 배치는 이 서풍 기류를 타고 서쪽에서 동쪽으로 이동하게 된다. 그러므로 편서풍대에서의 날씨는 서쪽에서 동쪽으로 가면서 변하게 된다.

우리나라는 바로 이 편서풍대에 위치하므로, 날씨를 예측할 때에는 우리나라의 서쪽에 위치한 서해나 중국 대륙에 있는 기압 분포와 구름 사진이 일기를 파악하는데 아주 중요한 자료가 된다.

[교과서 문제 이해하기]

‘무지개가 서쪽에서 뜨면 강 건너에 소를 매지 말랬다’는 일기 속담의 의미를 설명해 보자.

■ 문제 설명

우리의 옛 속담 중에는 천체나 구름, 하늘의 상태를 살펴 일기의 변화를 예측하는 것들이 많이 있는데, 이를 ‘관천망기(觀天望氣)’라 한다. 이러한 일기 속담 중 무지개의 생성 원리를 이용한 일기 예측의 과학적 근거를 묻는 문제이다.

무지개는 햇빛이 물방울(빗방울)을 통과할 때에 그 빛이 굴절 반사되어 나타나는 자연현상으로 항상 태양이 있는 곳의 반대 방향에서 나타난다. 우리나라는 중위도 편서풍 지대에 속해 있다. 편서풍권 내에서는 대기가 항상 서쪽에서 동쪽으로 이동하므로 서쪽 하늘에 무지개가 뜬다는 것은 그곳에 물방울이 떠 있는 것을 의미한다. 따라서 이 물방울(빗방울)을 포함한 저기압이 서쪽에서 다가오고 있으니 곧 흐리거나 비가 올 것임을 예상할 수 있고, 그 비에 강물이 불어날지도 모르니 강 건너에 소를 매어 두지 말라는 말이다.

반대로 동쪽에 뜨는 무지개는 동쪽 하늘에 빗방울, 즉 저기압이 있음을 의미한다. 따라서 저기압은 이미 지나가 동쪽으로 빠져나가고 서쪽에서 오는 고기압의 영향을 받게 되니 날씨는 맑아지게 된다. ‘아침 무지개는 비, 저녁 무지개는 맑을 징조’라는 또 다른 일기 속담도 이러한 무지개의 원리에 근거를 둔 것이다.

■ 통합교과 문제

봄철에 우리에게 큰 피해를 주는 황사는 중앙아시아 사막지대에서 만들어진 모래 먼지가 우리나라까지 이동하여 나타나는 현상이다. 왜 중국 대륙에서 발생한 황사가 우리나라나 일본에까지 영향을 주는지, 그리고 황사가 발생하기 위해서 황사 발원지와 우리나라의 기압 분포는 어떠해야 하는지 서술하시오.

접근 방법

황사는 중국 내륙 사막의 발원지에 있던 미세한 먼지 입자가 상층의 편서풍을 타고 날아와 우리나라에 영향을 주는 현상이다.

황사의 발원지에 봄이 오면 겨울 내내 얼어 있던 건조한 토양이 녹으면서 잘게 부서져 부유하기 쉬운 미세한 모래 먼지가 생기게 된다. 또한 봄이 되어 지표가 햇빛에 의해 강하게 가열되면 대기가 불안정해져 강한 상승기류가 나타나고, 중심부의 기압이 주변보다 낮아져 저기압이 발생한다. 이 저기압 중심의 강한 상승기류에 의해 미세한 모래 먼지는 공중으로 높이 떠오른다. 그리고 상공에 강한 바람이 불면 부유된 모래 먼지는 편서풍을 타고 우리나라 쪽으로 멀리 날아올 수 있게 된다. 이때 우리나라에서는 저기압이 지나가고 고기압이 나타나면서 이 흙먼지가 하강 기류를 타고 내려와 우리의 시야를 가리고 호흡기와 눈을 괴롭히는 것이다.

■ 예시 답안

황사는 중국 대륙에서 발생한 미세한 먼지가 우리나라로 이동하여 나타나는 현상이다. 겨울 내내 얼었다 부서진 모래 먼지는 봄이 되어 지표면이 가열되면 지면 위 공기 덩어리의 강한 상승기류에 의해 상층으로 이동한다. 발원지에서 발생한 저기압 중심의 상승기류로 인해 상층으로 이동한 모래 먼지는 상층 대기의 흐름인 편서풍을 타고 우리나라로 이동하게 된다. 황사 발원지인 중국 대륙의 사막 지대와 우리나라는 중위도 편서풍대에 위치해 있기 때문에 황사는 이 서풍을 타고 우리나라와 일본까지 이동할 수 있다. 저기압이 지나간 후 우리나라가 고기압에 영향권에 들어서게 되면 황사 먼지는 고기압 중심의 하강기류를 타고 지면으로 내려오게 된다. 이렇게 하강한 황사 먼지는 본격적으로 우리나라에 영향을 미치게 된다.

이성은 청솔 아우름 통합논술 강사