지구촌 생태계 ECOSYSTEM

1. 지구의 탄생 ◇ 지구의 탄생과 생물의 진화 - 46억년 전, 불덩어리로 탄생 - 차츰 식으며 바다와 원시대기 형성 ◇ 생명의 탄생과 진화 - 10억년 후(35억년 전) 바다에서 원시생물 출현(시생대) - 바다의 생명체 탄생 후 20억년 오존층이 형성되며 바다생물이 육상으로 진출 ⇒ 6억년 전 어류 출현 - 고온과 풍부한 탄산가스로 거대식물 출현(4억년 전, 고생대) ⇒ 공룡 등장(2~3억년 전, 중생대) - 6천5백만년 전 대형 운석(지름 180km)이 멕시코 유카탄 반도에 낙하하여 그 충격과 기후변화로 공룡을 포함한 대부분 생멸 종물 (신생대) ⇒ 소형생물(포유류) 번성 ◇ 13,000여년 전 빙하기가 물러가고 간빙기 도래 - 현세의 온화한 기후 형성과 인류의 번성

2. 지구의 구조 ◊ 지구의 구조 : 지각, 맨틀, 핵 ◊ 암권(Lithosphere) 또는 암석권 - 지구는 겉으로부터 암석권(60km), 연약권(60~120km), 중간권(200~2890km), 외핵(2890~5100km), 내핵 (5100~6378km)으로 분류됨 ◊ 암권(Lithosphere) 또는 암석권 - 행성의 암석형 최외각 상층 부분 ◊ 수권(Hydrosphere) - 지표면이나 지표 근처에 있는 물의 불연속층 ◊ 대기권(Atmosphere) - 행성을 둘러싸고 있는 기체상태의 피막 ◊ 생물권(Biosphere) - 수권의 최하부부터 대류권의 10km에 이르는 지구의 모든 생물

3. 가이아 ; 그리스의 여신, 만물과 대지의 어머니 ◊ 가이아 가설 ◊ 지구 기후현상 ◊ 생태계 ◊ 지구환경의 생명력 - 지구는 하나의 살아있는 유기체 - 지구의 생명력은 환경을 변화시키면서 진화함 ◊ 지구 기후현상 - 지구 평균기온은 항상 생물의 생존에 적당한 10~20℃ 유지 - 금성은 500℃, 화성은 영하 60℃ ⇒ 지구에 생물이 없다면 기온은 290℃로 상승 - 원시대기에서 생물이 이산화탄소를 흡수하고 산소를 방출하여 태양에너지를 조절하고 따뜻한 온도 유지 ◊ 생태계 -식물, 동물, 미생물의 먹이사슬과 물질순환은 태양에너지에 의함 - 지구 전체에서 생물권의 점유비율은 매우 적음 ◊ 지구환경의 생명력 - 지구촌은 매우 취약하면서도 끈질긴 생명력을 가짐

4. 지구촌 정보 ◊ 지구 총면적 : 510 백만 ㎢ ◊ 세계인구 68억 - 육지 : 149 백만 ㎢ (29.2%) • 경작가능면적 13.3%, 농경지 4.7%, 기타 82% - 수권 : 361 백만 ㎢ (70.8%) ◊ 지구 평균기온 : 15.08 ℃(지난 100년간 0.74 ℃ 상승) ◊ 세계인구 68억 - 인구증가율 1.16%(연간 7천만 명 이상 증가) - 평균수명 66세 ◊ 세계 265개 국가와 독립지역(UN 회원국 192개국) ◊ 세계 경제 - 세계총생산 : 66조 달러, 1인당 GDP : 10,000 달러 - 전기소비 : 18조kWh(2005) - 석유소비 : 8천만 배럴/일 5

5. 생물권(Biosphere) ◇ 생물권의 범위 ◇ 생물종 - 사람은 다른 생물에 비해 늦게 태어난 생물종 ◇ 생태계 - 생물이 살고 있는 암석권, 수권, 대기권(대류권) 전체 - 지구 전체에 비하면 극히 제한된 지구 표면의 공간에 해당 ◇ 생물종 - 지구상의 생물종은 지상과 지하, 공기중과 수중, 한대와 열대 등 지구 어느 곳에서나 분포하여 생존 - 학술적으로 확인, 분류된 생물종은 175만여 종이나 실제로는 최대 3천만 종 정도가 지구상에 생존하는 것으로 추정 ·식물(생산자), 동물(소비자), 미생물(분해자) ·단세포 및 다세포 생물, 자가영양(광합성) 및 타가영양 생물 - 사람은 다른 생물에 비해 늦게 태어난 생물종 ◇ 생태계 - 특정 지역의 생물 공동체와 무기환경과의 물질순환계 또는 생명력을 가진 기능계 - 물질 순환과 에너지의 흐름; 생태 피라미드 형성

6. 생태계 ◊ 생태학(生態學) - Ecology(생태학) = oikos(집) + logos(학문) - 생물의 삶과 주위 환경과의 관계를 연구하는 과학 - Ernst Haeckel(1869) ◊ 생태계(Ecosystem) - 생물이 물리적 환경에서 살아가는 생명유지체계, 또는 어떤 지역 안에 사는 생물군과 주변 환경요인을 포괄하는 총체적 시스템 - Arthur Tansley(1935) ◊ 생태계의 구성요소 - 생물적 요소 : 생산자(식물), 소비자(동물), 분해자(미생물) - 무생물 요소 : 물리적 환경(토양, 햇빛, 온도), 무기물질(이산화 탄소, 산소, 물 등), 유기물질(영양소) ◊ 생태계의 종류 - 자연생태계: 산림생태계와 초원생태계, 호수생태계와 해양생태계 - 인공생태계: 도시생태계, 농업생태계, 산업생태계 * 도시는 외부로부터 자원과 에너지가 공급되어야 유지되는 Fuel-powered ecosystem (E. Odum)

7. 생태계의 구조 ◊ 생산자(producer) ◊ 소비자(consumer) ◊ 분해자(decomposer) - 광합성 작용으로 무기물질로 유기물질을 만드는 생물 - 엽록체를 가진 녹색식물의 광합성(photosynthesis) - 이산화탄소와 물에서 햇빛 에너지로 포도당 생산 ◊ 소비자(consumer) - 스스로 영양분을 생산하지 못하고 생산자를 먹고 사는 생물 - 1차 소비자(초식동물), 2차 소비자(육식동물) ◊ 분해자(decomposer) - 죽은 생물을 분해하여 영양을 섭취하는 소비자(미생물) - 균류(곰팡이)와 세균(박테리아) ◊ 기생생물(parasite) - 소비자의 한 종류로서 다른 생물(숙주)에 기생하여 먹이를 얻는 생물 - 병원균, 기생충과 무좀균, 겨우살이 등

8. 먹이사슬과 먹이 피라미드 ◊ 먹이사슬(food chain) ◊ 영양단계(trophic level) - 생태계 내 생물종 간 먹고 먹히는 관계 - 목초 → 소 → 사람 경로 - 사람이 먹는 채소, 곡물, 생선 등 여러 경로의 먹이사슬 ◊ 영양단계(trophic level) - 먹이사슬의 각 단계는 영양단계로서 생물량(biomass) 의 감소를 의미 - 초지는 1차, 초식동물은 2차, 육식동물은 3차 영양단계 - 지구의 총 생물량 중 생산자 88%, 소비자 12% ◊ 먹이 피라미드(food pyramid) 또는 먹이망(food web) - 영양단계가 올라갈수록 생물량이 급격히 감소 - 약 10%만이 상위의 영양단계로 전환(10%의 법칙)

8.1 먹이 피라미드

9.1 생물권의 물리적 특성 : 대기 ◊대기의 구성 성분 ◊ 대기의 구조 ◊ 대기의 기능 - 질소 78%, 산소 21% 9.1 생물권의 물리적 특성 : 대기 ◊대기의 구성 성분 - 질소 78%, 산소 21% - 이산화탄소 0.03%, 알곤 0.9 %, 수증기 등 ◊ 대기의 구조 - 대류권(11km) : 기상현상 - 성층권(50km) : 오존층 - 중간권(80km) - 열권(80km 이상) ◊ 대기의 기능 - 유용한 기체의 저장소 - 생물체의 보호막(오존층) - 열의 저장소(온실효과)

9.2 생물권의 물리적 특성 : 물 ◇ 용매로서의 물 ◇ 물의 열용량 ◇ 물의 기화열 ◇ 물의 비열 9.2 생물권의 물리적 특성 : 물 ◇ 용매로서의 물 - 물은 우수한 용매이며 물질의 운반 매체 - 인체에서의 수송작용 : 피, 림프, 오줌 ◇ 물의 열용량 - 높은 비열로 갑작스런 온도 변화에 완충제 역할 - 해양, 육수 등의 물이 계절적 온도변화 조절 ◇ 물의 기화열 - 1g의 물을 수증기로 바꾸는데 539cal 소요 - 동물의 체온 조절에 유익 ◇ 물의 비열 - 물의 온도 상승과 하강에 많은 에너지 필요 - 물은 지구 온도를 일정하게 유지하는 거대한 안정제 역할

9.3 생물권의 물리적 특성 : 토양 ◇ 물질의 생명체 유입 관문 - 생명의 지지체 - 식물체는 토양으로부터 물과 염류, 기타 필수 무기질을 공급받음 - 식물의 유기물 생산은 모든 생물체의 생존에 필요한 먹이 ◇ 토양의 구조 - 최상층은 썩은 유기물 - 표토(topsoil) - 하층토(subsoil) - 모암층(parent material layer) ◇ 토양의 형성 : 풍화작용으로 연간 0.04mm 생성 - 물리화학적 작용으로 모암이 해체 - 미생물에 의한 부식질 형성 - 물의 침누현상(percolation) ◇ 토양의 퇴화와 사막화

9.4 생물권의 물리적 특성 : 태양에너지 ◇ 태양 에너지가 지구촌 생태계의 기본 에너지 - 태양 광선의 30%는 지구 공간으로 반사 - 20%는 대기의 기체에 흡수 - 50%는 빛 에너지로 지구표면에 도달 ◇ 태양에너지의 역할 - 광합성(1%) - 해양ㆍ육수 물의 증발, 식물의 증산작용 - 강수와 강설 ◇ 물의 순환(hydrologic cycle, water cycle) - 지구상의 물 분배 - 기후 조절 ◇ 태양은 지구촌 생명력과 생존의 원천 - 태양이 없으면 지구촌 생태계는 멸망

9.5 생물권의 물리적 특성 : 기후 ◇ 지구의 계절현상 - 지구의 공전에 따라 지표면의 태양광 노출 부위가 변함 - 직의 회전축이 태양광선 수직에서 23.5도 기울어짐 - 지역별 강우 양상과 무역풍 조성 ◇ 태양광의 강도 - 적도 : 따뜻한 기단 형성 - 중위도 - 극지 ◇ 기단의 이동 - 기후의 형성 - 바람과 태풍 ◇ 해류의 형성 - 기후에 영향 - 해수의 영양분과 가스 등 분배

10. DDT 이야기 ◊ DDT ◊ DDT의 보급 ◊ 보르네오 섬의 경우 - 유기염소계 살충제/농약으로 곤충의 신경세포에 작용하여 살충 - 1874년 합성, 1939년 스위스 Mueller가 효능을 밝혀 1948년 노벨 생리의학상 수상 ◊ DDT의 보급 - 1940년부터 살충제로 사용, 1945 이후 농약으로 보급 - 1955년 세계보건기구가 말라리아 퇴치를 위해 DDT 사용 ◊ 보르네오 섬의 경우 - WHO는 보르네오 섬 말라리아 퇴치를 위해 DDT 살포 ⇒ 바퀴벌레 → 도마뱀 → 고양이로 DDT 중독이 옮겨감 ⇒ 도마뱀의 먹이인 나방의 애벌레가 증식하여 초가지붕 붕괴 초래 ⇒ 도마뱀을 먹은 고양이가 DDT에 중독되어 사라지자 페스트를 일으키는 벼룩을 보유한 쥐들이 번성함 ⇒ WHO는 DDT 살포를 중지하고 건강한 고양이를 수입하여 방생