성균관대학교 교양기초 강의

1 장. 지구의 생성과 생명체의 탄생

1.1 생명체의 탄생 빅뱅 가설 150 억년 전 우주 탄생, 46 억년 전 지구 탄생 ( 성운설 *), 40 억년 전 식어 단단해 진 지구, 37 억년 전 짠 맛의 바다 탄생,... 지구의 탄생 후 1) 지자기 극의 변화, 2) 운석 충돌, 3) 환경 ( 기후 ) 변 화라는 전지구적인 대변화를 반복해서 겪으면서 생명체가 탄생  진화론적인 관점 대기 중 산소의 생성 (29 억년 전 ) 1) 수증기의 ( ): H 는 탈출, O 는 결합 2) 수중 식물의 ( ) 산소의 체류 기간 및 전파 속도 ? 시속 780km ( 민항기 속도 ), 년  지구의 어느 곳이나 산소의 농도는 일정하게 분포 원시생명체 : 뜨거운 마그마 바다의 미립의 진흙 속에서 생존 가능 한 혐기성 박테리아로 추측  박테리아 화석 ( 스트로마톨라이트 : 유기적 퇴적암 ) * 태양계의 생성을 설명하는 한 학설

성운의 수축  질량의 응축  원시 태양 성운이 더욱 수축  자전속도 증가  원심력에 의한 회전 원반 형성 회전원반 위에서 질량 응축 ( 난류 와동 )  원시 ( ) ...  원시 위성, 테 성운설의 한계는 ? 성운설이란 ?

1.2 빅뱅 이론 1946 년 러시아 출생 미국 천문학자 조지 가모브 (George Gamow) 허블의 법칙 (1929) 으로부터 추정 초고밀도의 작은 불덩어리 ( 플라즈마 ) 같은 것이 무언가의 원인으로 대폭발 (Big Bang) 하여 팽창된 것이 오늘날의 우주 조르주 르메트르 - 벨기에의 가톨릭 사제이자 과학자 - ‘ 원시원자 ’ 가설을 발표하여 ( ), 허블보다 앞서 우주의 팽창 및 빅뱅 이론을 최초로 발표

태양 태양계 성단 은하

5 만 광년 3 만 광년 1 만 광년 은하면 (bulge) (halo) 산개성단

1.3 원시 대기와 물의 기원 1 차 대기 지구가 탄생할 초기의 대기 타우리 (Tauri) 시기 : 태양계 형성 후 약 100 만년이 지난 때 강력한 ( ) 이 불어와 1 차 대기를 제거해 버림 2 차 대기 많은 운석과의 충돌로 운석에 포획되어 있던 성운가스가 이탈 되고, 화산 및 지진 등의 지각 운동에 의해 지구 내부로부터 가 스가 스며 나옴 - 수증기 (85%), CO2 (10%), 질소, 유황 및 유황화합물, 나트륨, 염소 등 공급

태양풍 (solar wind) 채층으로부터 고온 전리된 입자가 끊임없이 사방으로 불어 나오는 현상

물의 기원 i) 태양계 밖 ii) 태양계의 어느 곳 iii) 지구 자체 * 소행성 충돌설 ( 약 45 억년 전에 물 생성 ) 1) 성운의 수축으로 원시태양 생성 2) 원시태양 가열로 인한 성운가스의 기화 3) 성운가스원반의 응축으로 소행성 생성 4) 소행성들의 충돌병합으로 원시행성 생성 5) 원시행성의 성장 및 소행성의 충돌속도 증가로 함수광물로부터 수증기 및 휘발성 가스 ( 탄소 등 ) 가 이탈되어 지구대기에 유입  원시대기 형성 6) 수증기의 액화 ( 응결 ) 및 강수로 원시 바다가 탄생 7) 대기 CO2 가 바다 속에 용해되어 들어감 8) 수증기가 자외선을 흡수하여 ( ). H 원자는 지구 탈출, O 원자는 결합하여 산소분자 형성 9) 수중 녹색식물의 ( ) 으로 산소 생성 10) 오존층의 발달, 지표 도달 자외선의 약화

2 장. 기후의 정의

2.1 기후의 뜻 포괄적 의미 : “ 기후 시스템의 한 상태 ”  기후 시스템 (climate system) = f ( 기권, 수권, 지권, 빙권, 생권, t, s) = 상호작용 시스템, 결합 시스템 실용적 의미 : “ 매일의 날씨들의 30 년 통계 ” (30 년 = 기후기간 ) ex) , , …, ( ___ 년마다 갱신 ) 1981 년 1 월 1 일에 갱신 Q. 현재의 기후기간은 언제인가 ?  30 년 기간 내에서 1 월 1 일의 기후는 불변 ( 기후의 정체성 : stationarity)  30 년 기간 내에서 1 월 1 일의 기후는 1 월 2 일의 기후와 다름 ( 기후의 변동성 : variability)

Lithosphere (Geosphere) 지권 Crust, Mantle, Outer core, Inner core Atmosphere 기권 Troposphere, Stratosphere, Mesosphere, Thermosphere Hydrosphere 수권 Gaseous water (water vapor), Liquid water (ocean, river, lake, stream, ground water), Solid/frozen water (Cryosphere=glaciers, ice caps, ice burgs) Biosphere 생권 Biomes (ecological communities = plants + animals + micro-organisms)  desert, grassland, rainforest, etc.

2.2 기후의 정의 주어진 지역 ( 공간 ) 과 시간에 대한 날씨 ( 기상 ) 의 통계적인 특성 대기 상태만으로 규정될 수 있는 것은 아님  바다, 지면, 빙하, 식생의 각 상태들이 모두 기후를 정의하는데 필요한 인자가 됨  따라서, 기후는 기권 - 수권 - 지권 시스템의 느린 변화 양상

2.3 기후의 정상과 극단 정상값 : normal value  기후값 이상값 : anomalous value 이상값 – 정상값 = 아노말리 (anomaly) : 편차 ( 양일수도, 음일수도 있음 ) 기후기간 안에서 관측된 기후 변수의 모든 아노말리들의 평균은 0 이고, 흔히 이들은 그 평균 주위에서 정규 분포를 이룸 ( 아노말리들의 평균이 0 에서 많이 벗어난 경우, 기후변화의 징후 가능성 ) 이상 기후 (abnormal climate): 날씨의 통계가 기후 변수의 극단값 (extremes) 에 가까울 때 최고값, 최저값

2.4 기후 변화와 예측 기후변화 (climate change) 1) 서로 다른 기후기간들에 대한 기후값의 차이 ∋ 지구온난화 (global warming) 2) 과거에 있었던 기후 변화, 현재 나타나고 있는 기후 변화, 미래에 나타날 기후 변화 기후예측 (climate prediction): - 다음 기후기간에 나타날 날씨들의 통계, 즉 기후값을 미리 알아내는 것 - 결정론적 초기치 문제. 미래 =f( 현재 ). 기후시스템의 자발적진화. 미래기후변화 (future climate change) 의 투영 (projection): - 미래 기후변화를 현재 기후변화의 입장에서 투시한 것 - 초기치 문제 + 외적강제 ( 인류의 CO 2 행위 ) 기후는 복잡계이고, 복잡계는 일반적으로 카오스임  카오스는 그 계가 결정론적 실체임에도 불구하고, 충분히 긴 기간에 대해서는 예측할 수 없다 ( ______ 효과 )

기후시스템은 복잡계 (complex system) 이고, 복잡계는 대개 카오스이다. 카오스는 결정론적 실체이지만, 충분히 긴 기간에 대해서는 예측될 수 없다