[理知논술/교과서로 논술 잡기]과학영역

주제: 지구 환경의 변화

대기중 이산화탄소 급증때 지구는 어떤 모습이 될까

[제시문 1]

태양 복사 에너지에 의해 데워진 지표가 긴 파장의 적외선을 방출하면 일부는 우주 공간으로 방출되고 일부는 지구 대기에 있는 수증기 및 이산화탄소 등에 의해 흡수된다. 이렇게 흡수된 에너지는 지표면으로 재방출됨으로써 지표면을 더 따뜻하게 만든다.

대기는 이처럼 열을 가두는 역할을 하는데, 열에너지의 갇힘 현상을 ‘온실 효과’라고 부른다. 대기 성분 중 온실 효과를 만드는 기체는 이산화탄소, 메탄, 염화불화탄소, 오존, 수증기, 일산화이질소 등이 있다. 이들 온실 기체 중 가장 많은 온실 효과를 만들어 내는 것은 이산화탄소이다.

대기 중 온실 기체 농도의 증가로 지구의 평균 기온이 상승하는 현상을 지구 온난화라고 한다. 이는 인간의 산업화 과정에서 급속히 증가된 석유나 석탄 등 화석 연료의 소비에 주로 기인한다. 지구 온난화가 지구 환경에 미치는 영향으로는 해수면 상승, 이로 인한 해안 지대의 침수, 식량 생산의 감소, 기후변화, 홍수의 빈번한 발생, 사막화 추세의 가속화, 생물종의 다양성 감소, 물 부족 등을 들 수 있다. [고1 과학 교과서]

[제시문 설명]

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	에너지의 사용	물리
15	금속의 부식	화학
16	태양계	지학
17	생식	생물
18	파동과 입자	물리
19	공기	화학
20	우주	지학
21	생태계와 환경오염	생물
22	전기와 자기	물리
23	우리 주변의 화합물	화학
23	지구환경과 변화	지학

지표면이 그림과 같이 태양에서 온 가시광선을 받아 가열되면, 데워진 지표면은 적외선의 형태로 복사열을 대기로 방출한다. 이때 지구 대기는 지표면에서 방출되는 적외선을 흡수하였다가 그 일부를 다시 지표로 방출함으로써 지구를 따뜻하게 유지한다. 이와 같은 지구 대기에 의한 보온 효과를 온실 효과라고 한다.

지구는 대기에 의한 온실 효과 때문에 생물체가 살아가기에 적당한 온도를 유지하고 있다. 만약 지구에 대기가 없으면 지구 표면의 평균 온도는 -18℃ 정도가 되지만 대기의 온실 효과 때문에 현재 지구 표면의 평균 온도는 15℃ 정도이다. 따라서 온실 기체에 의한 온도 상승분은 약 33℃나 된다.

[제시문 2]

지구상에서 탄소는 생명의 기원이 되는 물질로 기권, 수권 및 암권에 여러 형태로 분포되어 있다. 특히 탄소의 대부분은 탄산염의 형태로 석회암을 이루고 있으며, 적은 양이 수권, 기권 및 암권에 포함되어 있다. 지구 대기 중 이산화탄소의 양은 대기, 암석, 바다 및 생물에 의한 흡수와 방출 작용으로 조절되어 거의 평형 상태를 유지하고 있다. 그러나 산업 혁명 이후 인간 활동에 의해 화석 연료의 사용량이 크게 증가하면서 그 농도가 높아지고 있다. 이로 인해 지구 온난화, 해수면의 상승, 엘니뇨 현상, 기상 이변 등이 일어나고 있는 것으로 보고되고 있다. [지구과학 I 교과서]

[제시문 설명]

탄소는 지구 환경 내에서 다양한 모습으로 존재한다. 땅속에서는 석탄이나 석유, 석회암 등으로 존재하고, 공기 중에서는 이산화탄소로 존재하여 지구 온도를 일정하게 유지시키고 식물의 광합성 작용에도 기여하며, 바다 속에서는 물에 녹아 탄산이온의 형태로 존재한다.

탄소의 순환은 자연 현상을 통하여 일어나며, 지구 대기 중 이산화탄소의 양은 기권, 암권, 수권 및 각종 생물들에 의한 탄소의 흡수 및 방출 작용으로 조절되고 있다. 예를 들어 지구상의 식물은 해마다 대기 중에 있는 수백 억 t의 이산화탄소를 광합성 작용을 통해 유기물로 만들고, 동물은 이를 기반으로 먹이 사슬을 형성해 생태계를 유지한다. 또한 생물의 유해는 유기물의 형태로 땅속으로 되돌아가고, 풍화를 통해 호수나 바다에 퇴적된다. 지층에 포함된 탄소는 지각 변동 과정에서 맨틀로 들어가고, 화산 활동을 거쳐 다시 대기 중으로 되돌아온다. 이와 같이 자연 상태에서는 이산화탄소의 순환이 일정하게 방출과 흡수를 계속하면서 균형을 유지하고 있다.

그러나 산업혁명 이후 인간 활동에 의한 화석 연료의 사용량이 급증하면서 대기 중 이산화탄소의 농도가 커짐으로써 평형 상태는 무너지기 시작하였다. 지구 온난화로 지구의 온도가 계속 올라간다면 바닷물이 팽창하고, 남극과 그린란드 등에 있는 대륙 빙하가 녹으면서 해수면이 상승할 것이다. 해안을 따라 발달한 도시와 경작지 등은 심각한 피해를 입게 된다. 또한 기상 이변과 급격한 환경 변화에 따른 생태계의 파괴로 심각한 재난이 올 수 있다.

▨ 교과서 문제

그림은 화석 연료의 과다한 사용으로 인해 발생하는 여러 현상들의 인과 관계를 화살표로 나타낸 것이다.

(1) A∼E 중 값이 증가하는 경우와 감소하는 경우는 각각 어느 것인가?

(2) 그림에 제시한 현상들을 중심으로 지구 온난화가 어떻게 진행되는지 설명해 보자.

▨ 문제 설명

(1) 화석 연료의 소비량이 급증하면 대기 중 이산화탄소의 농도는 증가하게 된다.(A) 대기 중 이산화탄소의 농도가 증가하면 온실 효과가 더욱 커지게 되므로(B) 지구의 평균 기온이 올라가게 된다.(C) 이러한 기온의 상승으로 고산 지대의 빙하는 녹아 면적이 감소하며(D) 해수면을 상승시키고(E), 그 결과 해발 고도가 낮은 지역은 물에 잠기게 되어 육지 면적이 점차 줄어들 것이다.

(2) 인간 활동에 의해 급속히 증가된 석유나 석탄 등의 화석 연료의 소비는 대기 중의 이산화탄소의 양을 증가시키고, 이렇게 발생하는 온실 기체가 증가하여 증대된 온실 효과로 지구의 기온이 높아지는 현상을 지구 온난화라고 한다.

지구 온난화 현상이 진행됨에 따라 지구상에는 여러 가지 기상 이변과 자연 생태계의 변화가 일어나고 있다. 지역에 따라서는 산림이 황폐화되어 사막화 현상이 나타나고, 지표와 대기의 온도 상승으로 해수가 팽창하고 고산지대의 빙하가 녹아 해수면을 계속 상승시킬 것으로 예측된다. 이와 같은 해수면의 상승은 해안 지역에 밀집되어 있는 인류의 활동 공간을 크게 축소시키고, 해안 지대의 어획량을 감소시킬 것이다.

▨ 통합교과형 문제

현재 지구 대기는 약 1기압에 이산화탄소가 0.03% 포함되어 있으며, 금성의 대기는 약 90기압에 이산화탄소가 95% 정도 포함되어 있다. 반면 태양으로부터 지구와 비슷한 거리만큼 떨어져 있는 달은 대기가 없는 천체이다. 만일 지구 대기 중에 포함된 이산화탄소의 양이 금성만큼 증가한다면, 또는 지구의 대기가 달처럼 없어진다면 지구는 각각 어떠한 모습이 될지 서술해 보자.

抉봉