지구의 형성, 지구계의 진화, 지구의 층상 구조와 원소 분포, 지구 자기장 II-3. 지구 지구의 형성, 지구계의 진화, 지구의 층상 구조와 원소 분포, 지구 자기장

시작의 저편 원시 지구는 오늘날의 지구와 매우 다 르다. 생물권이 존재하지 않았으며 지 각, 바다, 대기의 분포와 그 구성 성분 도 오늘날과는 매우 달랐다. 뜨거운 지 각, 높은 기압의 대기는 오히려 현재의 금성의 모습과 비슷했다.

원시 지구와 마그마의 바다 1) 마그마의 바다 ① 원시 지구를 이루는 물질이 녹아서 표면과 내부가 온통 뜨거운 마그마로 되어 있는 상태 ② 원인: 미행성체의 충돌, 지구 내부의 방사성 원소 붕괴열, 원시 대기의 보온 효과로 지표면의 온도가1,000℃를 넘 어가 마그마의 바다 형성.

원시 지구와 마그마의 바다 2) 지구 내부의 분화 ① 용융된 원시 지구의 내부가 핵과 맨 틀로 나누어져 층상 구조가 형성됨 ② 철, 니켈과 같은 무거운 물질이 중심 쪽으로 가라앉고, 규산염과 같이 가벼 운 물질이 떠올라 핵과 맨틀의 층상 구 조가 형성됨

원시 지각과 원시 바다의 형성 1) 원시 지각의 형성 ① 미행성체의 충돌 빈도가 급격하게 감 소하자 지표가 서서히 식어감. ② 지표의 온도가 수백 ℃ 정도로 떨어지 자 표면이 단단해져 원시 지각을 형성. ③ 이 시기에 마그마의 바다는 지표 아 래에 존재하였을 것으로 추정함.

원시 지각과 원시 바다의 형성 2) 비와 바다의 형성 ① 원시 지구의 온도가 매우 높았을 때 물 은 지표 근처에서 액체 상태로 존재하기 어려웠으며 상공에서 짙은 구름을 형성 하고 있음. ② 비가 내리더라도 지표에 도달하기 전에 증발함. ③ 지표의 온도가 충분히 내려가자 비로소 지표를 적시는 비가 내림. ④ 이후로 지표는 더욱 냉각되어 많은 비 가 내림으로써 원시 바다가 형성됨.

원시 생명체의 탄생 ① 바다가 형성되면서 대기 중 이산화탄소 가 원시 바다에 녹아들어 탄산염 암석을 형성함. ② 대기 중 이산화탄소가 바다로 녹아들면 서 온실 효과가 감소되어 지구의 기온이 내려가고, 하늘은 점점 맑아짐. ③ 대기에서 번개가 치면서 원시 대기 성 분인 수증기, 메테인, 암모니아, 이산화 탄소,질소가 반응하여 원시적인 유기물 이 합성. ④ 원시 바다에서 합성된 유기물로부터 최 초의 생명체가 탄생했을 것으로 추정.

지구계 지구 환경을 구성하는 요소들의 조직 으로 기권, 수권, 암권, 생물권으로 구분 하며, 끊임없는 상호 작용을 통해 지구 환경을 변화시킨다. 계(System) : ‘상호 작용하는 요소들’과 ‘그들 사이의 상호 작용’으로 이루어지 는 전체를 계 또는 시스템이라고 한다.

지구계의 구성 요소(1) 기권 : 질소, 산소 등의 다양한 기체들의 혼합물인 대기층으로 태양의 유해한 자외선을 차단하며, 온실 효과로 지구 상의 생명체를 보호하는 역할을 한다. 수권 : 지구 표면에 존재하는 바다, 빙하, 호수, 강, 지하수 등 지구상의 물이 포함 되며, 물의 분포 비율은 해양(97.22%), 빙하(2.14%), 지하수, 호수, 하천 등 (0.64%)이다.

지구계의 구성 요소(2) 암권 : 지구를 구성하는 단단한 암석층 과 토양층으로 지구가 냉각되는 동안 핵, 맨틀, 지각의 층상구조를 형성하였 다. 생물권 : 지구상에 분포하는 생물로 구 성된 모든 생태계로서 원시 생물에서 비롯되었으며, 지구환경 변화의 중요한 요소이다.

지구계의 상호 작용(1) 물질과 에너지의 순환 : 지구계를 구성하 는 각 환경 구성 요소들은 끊임없이 상호 작용을 하며, 각 환경 요소들의 상호 작용 을 통해 물질과 에너지가 순환한다. 각 환 경 요소들의 상호 작용 결과 지구는 독특 한 특징을 갖는 행성으로 진화하였다. 생물권의 역할 : 생물의 등장과 함께 생물 권이 형성되었으며, 지구계의 심장 역할을 하면서 다른 환경 요소들을 변화시킨다. 특히 인간의 활동은 매우 빠르게 지구 환 경에 영향을 미친다.

지구계의 상호작용(2)

각 권의 상호작용 예 기권과 수권의 상호작용 : 이산화탄소가 해수 에 용해, 수증기의 증발과 응결에 의한 강수 현 상. 기권과 암권의 상호작용 : 바람의 침식, 퇴적 작 용, 화산 폭발로 수증기와 이산화탄소 공급. 수권과 암권의 상호작용 : 지하수에 의한 광물 의 용해, 해수 중의 탄산 이온과 칼슘 이온이 석회암 형성. 생물권과 각 권의 상호작용 : 광합성과 호흡에 의한 기체 교환, 생물체의 유해로부터 화석 연 료 생성, 세포 내의 물 공급, 대륙 이동으로 서 식처 변경 등.

물의 성질과 지구계의 진화 수권과 생물권은 지구계의 가장 독특한 특징. 수권과 생물권은 지구계의 가장 독특한 특징. 물의 독특한 성질 : 분자 구조의 특징 때문 에 분자 사이의 인력이 매우 크게 작용하 여 쉽게 떨어지지 않는다. 따라서 분자량 이 비슷한 다른 분자와 비교했을 때 높은 끓는점을 가진다. 또한 극성 물질로서 많 은 물질을 잘 녹이는 특성을 가지고 있으 며, 열용량이 매우 높아 지구의 온도 변화 가 크게 일어나지 않도록 한다.

물의 분자 구조와 상호작용

지구계의 상호 작용과 진화(1)

지구계의 상호 작용과 진화(2) 오늘날의 대기 : 질소(78%), 산소(21%), 아 르곤(1%), 이산화탄소 등. 바다가 형성된 직후의 원시 대기 : 이산화 탄소의 비율이 매우 높음. 이산화탄소는 해수의 용해, 암석의 풍화로 수권으로 이동 후 지권에 저장. 광합성 생 물 등장 후 생물권에 의해 계속해서 감소. 산소는 광합성 생명체가 출현한 후 본격 적으로 공급되고 수권에서 기권으로 퍼져 나가 오존층 형성. 그 결과 생명체의 육상 진출 가능.

지구계의 상호 작용과 진화(3) 염화수소, 이산화황이 포함된 대기로 인해 산성비가 내려 지표의 암석에서 규소, 칼슘, 나트륨, 철, 알루미늄 등의 양이온이 바다로 이동. 해저에서 화산 활동으로 인하여 염소, 황, 인, 질소 등의 음이온이 바다에 공급. 이로 인하여 오 늘날 해수 1kg에는 염류가 평균 35g 포 함. 나트륨이온과 염화이온이 대부분.

지구계의 상호 작용과 진화(4) 지구 내부의 에너지가 외부로 방출되 는 과정에서 판의 운동이 일어나고, 내 부 물질 분출(화성암)되어 대륙 형성, 그 후 기권 및 수권과의 상호작용을 통 해 퇴적암으로 변모. 석회암은 탄소의 거대한 창고.

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지구를 구성하는 원소 지진파를 통하여 지구의 층상 구조를 알아내며, 운석의 분석을 통하여 지구 내부의 성분을 알아낸다. 지진파를 통하여 지구의 층상 구조를 알아내며, 운석의 분석을 통하여 지구 내부의 성분을 알아낸다. 지구 전체 기준 가장 많은 원소 : 철(Fe), 산소(O) 지각 기준 가장 많은 원소 : 규소(Si), 산 소(O) 대부분의 물질은 원자들간의 화학 결 합을 통해 만들어진다.(화합물)

지구의 내부 구조

지구 전체와 지각의 주요 구성 원소의 질량비 지각의 8대 원소 : 산소, 규소, 알루미늄, 철, 칼슘, 나트륨, 칼륨, 마그네슘 산소(O)는 지각 질량의 약 50% 지각 부피의 약 94%를 차지한다. 맨틀 역시 산화규소, 산화마그네슘, 산화 철 등의 화합물로 구성.

육수와 해수의 염류 백분율

대기권의 원소 분포 질소와 산소가 약 99%를 차지하고 아르곤과 이산화탄소가 소량 포함. 균질권 :지상에서 약 100km 높이까지는 대류에 의한 혼합 작용과 기체 분자의 확산으로 공기의 성분비가 일정함. 비균질권 : 100km 이상에서는 높이에 따라 공기의 성분비가 달라짐. 오존층 : 성층권의 20~30km 부근에 오존(O3)이 밀집되어 자외선 차단.

주기율표(1) 주기율의 발견 역사 되베라이너 뉼랜즈 멘델레예프 모즐리 성질이 비슷한 원소들을 세 개씩 묶음 원자량 순으로 배열하면 성질이 비슷한 원소가 8번째마다 나타남 원자량 순으로 원소를 배열하면서 주기율표 작성 원자 번호 순으로 배열하여 현대의 주기율표 완성 주기율표 : 원소들을 원자 번호에 따라 나열하여, 성질이 비슷한 원소들이 같은 세로줄에 오도록 배치한 표

주기율표(2)

주기율표(3) 족 : 주기율표의 세로줄을 나타내는 말. 1~18족이 있다. 같은 족은 최외각 전자 수가 같아 화학적 성질이 비슷하다. 주기 : 주기율표의 가로줄을 나타내는 말. 1~7주기가 있다. 같은 주기는 같은 수의 원자 껍질을 가진다. 8전자규칙 (Octet 규칙) : 대체적으로 원 소들은 8개의 최외각 전자를 가질 때 안정하다.

화학 결합의 종류 이온 결합 : 금속 원소 + 비금속 원소 공유 결합 : 비금속 원소 + 비금속 원소 금속 결합 : 금속 원소 + 금속 원소 산소(O2)와 질소(N2) : 산소는 이중결합, 질소는 삼중결합으로 질소는 안정하여 반응을 잘 일으키지 않고 산소는 대부 분의 금속 또는 비금속과 잘 반응한다.

지자기

지자기 지구 자기장 : 지구의 자기력이 영향을 미치는 공간으로, 나침반의 N극은 항상 지구의 북극을 가리키고 있어 지구는 마치 하나의 자석과 같은 역할을 하고 있다. 지구의 북극은 자석의 S극에 해당하며, 자기력선은 극 지역에 집중. 지구 자기장의 북극과 지리상의 북극 은 일치하지 않고 약간의 차이를 보이 며 지자기 북극은 조금씩 이동.

지자기의 생성 과정 지구가 자전하는 동안 액체 상태의 외 핵에서 대류가 일어나며, 외핵에서 유 도 전류에 의해 자기장이 발생하고 이 것이 지자기를 형성. 다이나모 이론 : 다이나모는 발전자라 는 뜻.

지구 다이나모

지자기의 영향 및 활용(1) 밴앨런대 : 지구 자기장에 포함된 이온 과 전자들은 지구를 둥근 도넛 모양으 로 감싸고 있으며, 이 구간을 밴앨런대 라한다. 밴앨런대는 태양으로부터 오는 방사능을 가진 전기적 성질을 띤 입자 들을 막아주는 역할을 한다. 델린저 현상 : 태양의 활동이 활발한 때 지자기의 급격한 변화(자기 폭풍)로 인 해 나타나는 무선 통신의 장애 현상이 다.

지자기의 영향 및 활용(2) 전리층 : 태양의 직접적인 영향으로 온도 가 매우 높고 기체의 밀도가 낮아서 원자 들이 이온화된 상태로 존재하는 구간으로 밴앨런대의 하층부에 위치하며, 전기를 띤 입자들이 전파를 반사하는 성질을 이용하 여 무선통신에 활용한다. 고지자기의 연구 : 지구의 암석에 남아 있 는 지구 자기장의 흔적으로 조사하여 극 의 이동 방향을 조사하고, 대륙의 이동방 향을 확인할 수 있다. 방향의 확인 : 나침반을 이용한 방향 확인. 일부 생물의 지자기 이용(철새 등).

밴앨런대

전리층