지구시스템

지구시스템은 기권, 수권, 지권, 생물권, 외권으로 이루어진다. 그런데 각 권역은 한 덩어리가 아니라 성질이 다른 여러 층으로 나뉜다. 층은 무엇을 기준으로 나눌까? 그리고 지구시스템 바깥의 태양계는 지구와 어떻게 이어져 있을까?

1기권은 높이에 따른 기온 변화로 나눈다

지표에서 약 11 km까지는 대류권이다. 지표가 데운 공기가 위로 올라가며 식기 때문에 높이 올라갈수록 기온이 내려가고, 공기가 위아래로 섞이며 수증기가 있어 구름, 비, 눈 같은 기상 현상이 일어난다. 대기 질량의 약 80 %가 이 층에 있다. 그 위 약 50 km까지는 성층권인데, 여기서는 오존이 태양의 자외선을 흡수해 위로 갈수록 기온이 올라간다. 아래가 차갑고 위가 따뜻하니 공기가 안정하다.

약 50~85 km의 중간권에서는 다시 위로 갈수록 기온이 내려가 대기권에서 가장 추운 곳이 된다. 대류는 일어나지만 수증기가 거의 없어 기상 현상은 없다. 그리고 약 85 km 이상의 열권은 공기가 매우 희박하고, 태양의 강한 자외선과 X선을 흡수해 위로 갈수록 기온이 크게 오르며 오로라가 나타난다.

2수권과 지권

3태양계 시스템 속의 지구시스템

지구시스템은 닫혀 있지 않다. 더 큰 시스템인 태양계의 한 구성 요소로서 다른 구성 요소와 에너지와 물질을 주고받는다. 가장 큰 것은 태양 복사 에너지로, 대기와 해수의 순환, 물의 순환, 광합성을 움직인다. 또 달의 인력은 밀물과 썰물(조석)을 일으켜 해안의 지형과 생물에 영향을 준다.

태양에서는 빛만이 아니라 전기를 띤 입자의 흐름인 태양풍도 나온다. 지구 자기장이 그 대부분을 막아 주고, 극지방으로 들어온 입자는 열권에서 오로라를 만든다. 한편 해마다 수만 톤의 운석과 우주 먼지가 지구로 떨어지며, 먼 과거의 큰 충돌은 생물의 대멸종을 일으키기도 했다.

판단“위로 올라갈수록 태양에 가까워지니 항상 따뜻해진다”는 오개념이다. 대류권의 공기는 햇빛보다 지표가 내보내는 열로 주로 데워지기 때문에 지표에서 멀어질수록 차가워진다. 또 성층권과 열권이 위로 갈수록 따뜻한 것도 태양과 가까워서가 아니라, 그 층의 기체가 자외선을 흡수하기 때문이다.

지구시스템의 권역은 물질과 에너지를 주고받으며 연결되어 있다. 그래서 사람이 한 권역에 가한 변화는 다른 권역으로 번져 나간다. 네 가지 사례로 그 연쇄를 따라가 보자.

1열대림 벌채

나무를 베면(생물권) 광합성으로 흡수하던 탄소가 줄고, 태운 나무의 탄소가 대기로 나간다(기권). 또 숲이 증발산으로 공기에 돌려주던 수증기가 줄어 비가 적게 오고(수권), 맨땅이 된 흙은 빗물에 쉽게 쓸려 나가 강을 흐리게 한다(지권에서 수권으로). 아마존 숲의 상당 부분이 줄면 숲이 스스로 비를 만들지 못해 초원으로 바뀔 수 있다는 경고도 있다.

2대형 산불

기온이 오르고 건조해지면(기권) 산불이 커지고 잦아진다. 산불은 많은 이산화 탄소와 그을음을 내보내 다시 온난화를 키우고(되먹임), 재가 쌓인 땅은 비가 오면 산사태와 토사 유출이 일어나기 쉽다. 한편 바다로 날아간 재는 플랑크톤에 영양분을 주어 일시적으로 바다 생태계를 바꾸기도 한다.

3비료와 하천 오염

농경지에 뿌린 질소와 인 비료(지권)가 빗물에 씻겨 강과 바다로 흘러가면(수권) 조류가 크게 번식한다. 그런데 조류가 죽어 분해될 때 물속 산소를 다 써 버려, 물고기가 살 수 없는 빈산소 해역이 생긴다(생물권). 멕시코만에는 해마다 수천~수만 km²의 빈산소 해역이 나타난다.

4댐 건설

댐은 물을 저장해 홍수를 줄이고 전기를 만들지만, 강물이 실어 나르던 흙과 모래를 가둔다(지권). 그래서 하구에 모래가 공급되지 않아 해안이 깎이고 삼각주가 줄어들며, 물고기가 알을 낳으러 거슬러 오르는 길도 막힌다(생물권).

판단인간 활동이 늘 해롭기만 한 것은 아니다. 습지 복원, 숲 가꾸기, 댐의 생태 통로처럼 연쇄를 이해하면 되돌리는 방향으로도 개입할 수 있다. 그러려면 한 권역만 보고 판단하지 말고, 영향이 어디까지 이어지는지 따라가 보아야 한다.