기권의 층상 구조 (대류권, 성층권, 중간권, 열권)

지구 내부는 지각, 맨틀, 외핵, 내핵으로 구분됩니다. 이를 지권의 층상 구조, 지구 내부의 층상 구조라고 합니다. 지구계(지구 시스템)를 이루는 구성 요소는 지권 이외에도 기권, 수권도 각각 층상 구조로 구분할 수 있습니다.

이번에는 기권의 층상 구조에 대해 먼저 알아보려고 합니다.

 

기권의 의미

지구는 대기로 둘러싸여 있습니다. 지구 대기는 지표에서 높이 약 1,000km까지 분포합니다. 이러한 지구 대기를 우리는 지구 시스템의 관점에서 기권이라고 부릅니다. 지구의 기권은 어떻게 구분할 수 있을까요?

지구의 기권은 지표면에서부터 높이 올라갈수록 기온이 달라집니다. 높이에 따른 기온 변화(고도별 온도 분포)에 따라서 기권은 크게 4개의 층(대류권, 성층권, 중간권, 열권)으로 구분합니다.

 

대류권(Troposphere) 

지구 표면부터 높이 약 11km 사이에서는 위로 올라갈수록 기온이 낮아집니다. 이 구간을 우리는 대류권이라고 부릅니다. 대류권에서는 온도가 높은 공기가 아래쪽에서 온도가 낮은 공기가 위쪽에 분포하므로 열역학적으로 불안정하여 대류 현상이 활발하게 일어난다고 할 수 있습니다. 그래서 대류권이라는 이름이 붙었습니다.

한편, 지구 대기는 지구 중력의 영향으로 99% 정도가 높이 30km 이내에 분포합니다. 다시 말해 기권 내에서 대류권에 가장 많은 공기가 분포한다고 할 수 있습니다. 대류권은 공기가 많고 공기 내에 수증기가 풍부하기 때문에 기상 현상이 일어납니다. 구름, 비, 눈과 같은 날씨 현상은 대류권에서 나타나는 가장 큰 특징입니다.

 

성층권(Stratosphere)

대류권 위로 높이 약 50km까지의 구간에서는 높이 올라갈수록 기온이 높아집니다. 이 층을 성층권이라고 합니다.

성층권 내의 높이 20~30km에는 오존층이 있습니다. 오존층을 이루는 오존은 태양 자외선을 흡수하여 성층권의 기온을 높이므로, 성층권에서는 높이 올라갈수록 기온이 높아집니다. 이처럼 성층권에서는 온도가 높은 공기가 위쪽에 있는 셈이므로 열역학적으로 안정하여 대류가 일어나기 어렵습니다. 이러한 특성으로 성층권 하부는 난류가 잘 발생하지 않아 비행기의 항로로 이용됩니다.

또한, 지구 대기에 있는 오존층은 태양에서 오는 유해한 자외선이 지구 표면에 직접 도달하는 것을 막아 줍니다. 오존층 덕분에 인간을 비롯한 여러 생물들이 지구에서 살아갈 수 있는 것입니다.

 

중간권(Mesosphere)

성층권 위로 높이 약 80km까지의 구간에서는 다시 높이 올라갈수록 기온이 낮아지는 층이 나타나는데, 바로 중간권입니다. 중간권은 대륙권과 마찬가지로 대류 현상이 일어납니다. 하지만, 중간권에는 수증기가 거의 없기 때문에 기상 현상을 일어나지 않습니다.

밤하늘에서 밝게 빛나는 별똥별을 본 적이 있나요? 유성이라고 부르는 이 별똥별은 우주에서 지구로 들어온 유성체가 지구 대기와의 마찰로 타면서 밝게 빛나면서 추락하는 것입니다. 이러한 유성은 중간권에서 나타나는 현상입니다.

 

열권(Thermosphere)

높이 80km 이상의 층은 열권이라고 합니다. 열권은 가장 높은 곳의 지구 대기층이므로 공기가 매우 희박합니다. 즉, 공기의 밀도가 매우 낮기 때문에 적은 열로도 온도가 크게 올라갈 수 있습니다. 따라서 열권에서는 낮과 밤의 기온 차이가 매우 크게 나타납니다.

지구의 극지방에서는 오로라를 쉽게 관측할 수 있는데, 오로라는 열권에서 나타나는 현상입니다. 오로라는 태양풍(태양에서 오는 대전 입자)이 지구 대기로 들어오면서 빛을 내는 현상입니다. 열권은 전리층이라는 이름으로도 부르는데, 태양에서 오는 대전 입자들이 열권에서 전리화되기도 하기 때문입니다. 전리층은 전파를 반사하는데, 원거리 무선 통신은 전리층의 이러한 성질을 이용합니다.

 

기권의 경계면

기권의 층상 구조에서 각 층의 경계면은 권계면이라고 부릅니다. 아래층의 이름을 붙여 대류권과 성층권 사이의 경계면은 대류권 계면, 성층권과 중간권 사이의 경계면은 성층권 계면, 중간권과 열권 사이의 경계면은 중간권 계면이라고 합니다.