기권

기권(atmosphere)

기권은 토성의 위성인 티탄(Titan)과 같은 태양계 외행성(外行星)의 커다란 위성의 일부에도 존재하는 것으로 알려졌다.

지표면 근처 기권의 화학조성은 질소분자(78%)·산소분자(21%)·아르곤(0.9%)으로 이루어져 있다. 이외에 약간의 이산화탄소와 수증기, 극소량의 메탄, 암모니아, 산화질소, 황화수소, 헬륨, 네온, 크립톤, 제논과 다른 여러 기체들이 포함되어 있다. 또한 부유상태(浮遊狀態)의 고체와 액체 입자도 존재한다.

대기과학자들은 일반적으로 온도의 수직분포에 따라 기권을 5개의 층으로 분류한다. 지표면과 접해 있으며 기상현상이 일어나는 최하층은 대류권(對流圈)이라 하며, 고도가 증가할수록 온도가 감소하는 것이 특징이다. 대류권의 두께는 극지방에서는 약 6∼8㎞이며 적도지방에서는 약 17㎞이다.

대류권의 상부 경계에서 50㎞ 고도까지는 고도가 증가함에 따라 온도가 증가하는 성층권(成層圈)이 존재한다. 대류권과 성층권은 서로 다른 공기의 순환계를 가지고 있다.

대류권에서는 주로 수직운동이 일어나는 반면, 성층권에서는 주로 수평적인 운동이 존재한다. 50㎞ 이상에는 고도 증가에 따라 온도가 급격히 감소하는 중간권(中間圈)이 위치한다. 중간권 상부에는 열권(熱圈)이 위치한다.

열권에서는 고도가 증가할수록 온도가 높아져서 2, 000K 이상의 최대온도가 나타난다. 온도의 증가는 400㎞를 경계로 멈추어지며 그 상부는 대기권의 최상층인 외기권(外氣圈)이 있다. 외기권에서는 대기의 밀도가 매우 낮아 분자의 충돌이 잘 일어나지 않으므로 통상적인 온도 개념은 그 의미를 잃게 된다. 그러므로 이 권내에서는 수소·헬륨과 같은 가벼운 기체들이 지구의 중력장을 벗어날 수 있을 만큼 빠른 속도를 낼 수 있다.

질소분자와 산소분자의 혼합은 대류권·성층권·중간권에서 주로 일어나는데, 이 3층을 합쳐 일반적으로 균질권(均質圈)이라 부른다. 성층권에서는 산소분자(O₂)가 태양복사 에너지 중 자외선을 흡수하여 2개의 산소원자(O)로 분열된 후, 다른 산소분자와 결합하여 오존(O₃)을 형성한다.

이로 인해 성층권에는 비교적 많은 오존이 존재하게 되며, 이 오존층은 짧은 파장(지구상의 생물들에게 유해함)으로 복사되는 강한 자외선이 지표에 도달하는 것을 막아준다.

가변성 기체들은 화산분출이나 온천 등에 의해 대기권으로 끊임없이 공급된다. 그러나 이러한 자연적인 공급보다 더욱 큰 영향을 미치는 요인은 공업활동, 특히 기름, 천연 가스, 석탄 등의 화석연료를 연소시킬 때 대기 중으로 방출되는 기체들이다.

화석연료의 연소과정에서는 일산화탄소·염화수소·이산화황·산화질소 등과 같은 많은 유해 가스가 발생한다. 이 유해 가스 중 이산화황과 산화질소는 중요한 환경문제로 대두되고 있는 산성비(acid rain)를 내리게 하는 주요원인이 된다. 또한 화석연료의 연소로 인해 많은 양의 이산화탄소를 대기 중에 공급하여 온실효과를 일으킴으로써 지구의 열적 균형에 많은 문제를 야기시킨다(→ 온실효과).

대부분의 대기는 중성의 원자와 분자로서 구성되지만 높은 고도에서는 광해리(光解離)에 의한 이온화가 일어나 전하를 띠게 된다.

전리층(電離層)이라 부르는 이 영역은 성층권의 상부에서부터 중간권을 거쳐 열권에까지 존재하는데, 전리현상은 약 80㎞ 이상의 고도에서 가장 뚜렷하게 나타난다(전리층). 이러한 이온과 전하의 존재는 전파전달에 큰 영향을 미친다.

그밖에는 온도경도(溫度傾度) 외에 다른 인자에 의하여 정의되는 자기권(磁氣圈)이 있다.

자기권은 전하를 띤 입자들이 열속도(熱速度)보다 더욱 강한 에너지를 갖고 지구 자장의 속선(束線)을 따라 움직이는 광범위한 지역이다.