기후

즉, 단기간 동안에 나타나는 기상요소와 그들의 변화를 장기간에 걸쳐 모아놓은 것이다.

기후의 구성요소로는 태양의 복사, 기온, 습도, 강수(형태·빈도·양) 기압, 풍속, 풍향 등이 있다.

기후의 개념은 최근 들어 넓은 의미로 확장되었다. 일반인들에게 기후의 개념은 예상되거나 습관적인 날씨의 의미로 받아들여지는데, 이는 매년 장소와 시간의 영향을 많이 받는다. 그러나 전문가들에게는 평균 날씨에 대한 단순한 인식을 뛰어넘어 전체적인 의미를 내포하게 된다.

최근 기후는 대기권뿐만 아니라 수권(지구상에 존재하는 모든 형태의 물과 지표면에 얼어 있는 물을 포함)·암석권(해양대지를 포함한 모든 고체상태의 지표)·생물권(모든 살아 있는 물체) 및 태양과 같은 지구 외적 요인까지 포함하는 거대한 계(系)로 받아들여지고 있다.

서로 연관되어 있는 이러한 아계(亞系)들은 이미 알려져 있는 물리적 법칙에 의해 지배됨에도 불구하고 각각은 매우 복잡하며 예측할 수 없는 방식으로 작용한다.

그러므로 기후계가 매우 복잡하고 다양한 특징을 보이는 것은 그리 놀라운 일이 아니다. 계절과 같이 뚜렷한 주기를 보이는 것이나 우세한 기후상태들은 반드시 나타나지만, 이들 내에는 다양한 변화가 발생하게 된다. 그러므로 기후를 나타낼 때에는 기온·기압 등의 요소에 대한 평균값과 더불어 이들의 발생빈도·최대범위 등의 다양한 변화도 기록해야 한다.

대규모 변화에 의해 새롭고 뚜렷한 기후상태가 오랫동안 지속되는 것을 기후변화라 한다.

기후변화는 수천 년이나 수백만 년에 걸쳐 일어나기도 한다. 기후변화와 고기후(古氣候)에 대한 증거는 상당히 한정되어 있으며 모든 기후변화에 대한 전규모적인 측정과 분석은 최근 수십 년간의 기술적인 발전에 의해 가능하게 되었다. 기온과 강수량에 대한 신뢰할 만한 기록은 19세기 정도의 것만이 가능한 정도이다. 그러나 이들도 지표면의 일부 육지에서만 측정된 것에 불과하며, 이외의 다른 변화는 거의 측정되지 않은 상태였다.

이보다 더 오래된 측정기록들은 더욱 불완전하며, 그러한 기록마저도 1700년대 이전의 것은 남아 있지 않다.

고고학적인 증거와 일화의 형태로 남아 있는 산발적인 문서상의 기록은 약 2,000년 이전의 것까지 남아 있으며, 그 이전의 기후에 대해서는 간접적인 자료로부터 해석해 낼 수밖에 없다. 이러한 간접자료로서는 바람·물·빙하 등에 의해 쌓인 퇴적물, 이들 암석 내에 포함되어 있는 여러 식물과 동물 화석, 매년의 성장을 기록하고 있는 수목의 나이테 등이 있다.

간접자료를 이용하여 고기후를 복원하기 위해서는, 먼저 이들 자료를 포함하고 있는 물질들의 연대(年代)를 정확하게 측정해야 한다.

가장 오래되고 현재까지도 유용하게 이용되는 연대측정방법으로는 연대를 알고자 하는 퇴적물을 이미 연대가 알려져 있는 퇴적물들과 비교함으로써 둘 사이의 연대를 정하는 방법이다.

20세기의 기술적 발달로 인한 좀더 정확한 연대측정방법으로는 유기체 잔유물을 이용한 방사성 연대측정, 수목 나이테나 계절에 따른 빙하퇴적물 같은 해마다 나타나는 대(帶)의 대비(對比)를 통한 연대측정, 지구자기장의 극성변화(極性變化)를 연대가 알려져 있는 지구자기의 극성과 비교하는 연대측정이 있다(→ 고기후학, 지구연대학, 고지리학).

일단 자료를 포함하고 있는 물질의 연대가 정확히 밝혀지면 이들은 고기후의 연구자료로 이용될 수 있다.

퇴적암 내에 나타나 있는 많은 퇴적구조와 조직들은 퇴적될 당시의 기후에 대한 많은 증거를 간직하고 있다. 즉, 침식이 일어났음을 보여주는 퇴적구조들은 그 당시 기온과 강수량에 대한 정보를 제공해 줄 수 있다. 화석으로 산출되는 생물체들의 생존 조건은 이들과 유사한 현생 종(種)들의 생활상태로부터 알아낼 수 있다.

이보다 좀더 신뢰할 만한 정보는 화석 잔유물의 동위원소 분석으로부터 얻어낼 수 있다.

즉 해양생물 화석의 산소 동위원소 분석은 생물체들이 살았던 당시의 해수면의 변화와 해수의 온도에 대한 정보를 제공해 준다. 특히 화분(花粉)과 포자(胞子)의 화석은 수적으로 풍부하며, 분포범위가 넓고, 보존상태가 좋아 쉽게 확인되므로 매우 유용하다. 또한 수목 나이테의 상대적인 크기도 온도와 강수량 변화를 연구하는 데 큰 도움을 준다.

고기후 연구를 토대로 보면 현재의 기후상태는 지질시대 기후상태 중 비정상적 시기임을 알 수 있다.

그린란드와 남극대륙은 빙상으로 덮여 있으며, 북극해에는 영구적인 얼음덩어리들이 떠 있다. 전위도에 걸쳐 바다 속 깊은 곳은 대부분 3℃ 이하로 매우 차가운 상태이다. 식생도는 뚜렷한 대상(帶狀) 형태로, 고위도지역의 나무가 살지 않는 툰드라대와 적도지역의 울창한 열대우림대가 있다. 이러한 특징적인 기후상태는 이제까지의 지질시대 동안 거의 존재하지 않았다.

5억 7,000만 년 이전의 기후에 대한 정보는 매우 단편적이다.

이 시기에는 기온이 0~50℃ 사이였을 것이라는 사실 외에는 알려진 것이 거의 없다(→ 선캄브리아기).

고생대가 시작된 시기(약 5억 7,000만 년 전)부터 신생대가 시작된 시기(약 6,640만 년 전)까지 지구의 기후는 비교적 온난다습하였으며 위도에 평행한 대상형태를 보였다. 이 시기에는 사막이 존재했으며, 극지방에도 빙하가 존재하지 않았다는 증거가 나타나고 있다.

또한 기후의 일시적인 변화가 나타났다는 증거도 발견되는데, 약 2억 8,000만 년 전에 오랜 기간 지속된 빙하기가 존재했으며, 빙하가 남반구의 고위도까지 존재했음이 나타난다. 일반적으로 3억 2,000만 년 전에서 2억 800만 년 전까지는 춥고 건조한 기후상태가 우세하였고 그 이후로는 다시 따뜻하고 기온변화가 거의 없는 상태로 돌아오게 되었으며, 이때의 연평균기온은 현재보다 약 6℃ 정도 더 높았다(→ 중생대).

이러한 온난한 기후는 6,500만 년 전에 갑작스럽게 끝나게 되며, 급격한 기온감소로 공룡과 다른 여러 생물군들이 멸종된 것으로 본다.

이후 따뜻하고 다습한 상태로 급변하여 현재와 비슷한 기후대가 형성되었다. 당시 바다 속 깊은 곳은 기온이 서서히 감소했으며, 가끔은 급격한 감소현상을 보이기도 했다(→ 해양). 신생대 중기부터는 기온이 하강하기 시작했으며 약 3,600만 년 전에는 대부분의 남극대륙이 빙하로 뒤덮였고, 이때 형성된 빙하의 일부분은 현재까지도 남아 있다.

북반구의 빙하작용은 이보다 훨씬 늦은 마이오세 후기(약 1,000만 년 전)에 시작되었다(→ 신생대).

160만 년 전부터 시작된 기온하강현상은 홍적세까지 지속되었다. 홍적세는 빙하시대로 알려져 있으며 수세기에 걸쳐 거대한 대륙빙하의 이동이 나타난다. 중요한 대륙빙하의 분포지로는 유럽의 스칸디나비아 반도와 알프스 지역, 북아메리카 코르디예라 지역 등 여러 곳이 있다.

한때는 4회의 빙하기와 이들 사이의 빙하가 후퇴함에 따라 형성된 따뜻한 간빙기가 존재한 것으로 알려져 왔다.

이러한 관점으로 볼때, 1만 년 전부터 현재까지 지속되는 충적세는 4번째 간빙기에 속한다. 그러나 최근 얻어진 증거들로부터 빙하기와 간빙기의 수는 실제로 더 많음이 밝혀졌다. 빙하기와 간빙기 사이의 기온차는 약 15~20℃인 것으로 보이며 빙하기 동안 지구 전체의 기온은 현재보다 약 5℃ 이상 낮았던 것으로 보인다. 위스콘신(뷔름) 빙기로 알려진 마지막 빙하기는 약 1만 8,000년 전에 절정을 이루었다.

위스콘신(뷔름) 빙기의 절정기 이후 지구의 기후는 점차 온난해지는 경향을 보인다. 약 9,000년 전 북반구 대부분 지역에서 여름철 평균기온과 강수량이 현재의 연평균 값을 상회하게 되었다. 이러한 온난다습한 기후상태는 특히 중동과 아시아 지역에 넓게 분포하였으며, 이 지역의 초기인류에게 목축과 농경생활의 발달을 가져오게 했다. 이와 유사하게 인류발달에 영향을 끼친 기후변화는 AD 600~1400년 기간중에 나타났다(→ 문명).

이 시기에는 유럽과 북대서양지역의 기온이 약간 상승하여 바이킹족과 다른 북방문화들이 널리 번성하게 되었다.

이후로는 극지방의 빙하가 발달하여 전세계적으로 기온이 하강하는 열악한 기후상태가 뒤따랐다. 소규모 빙하기로 알려져 있는 이 시기는 곳에 따라 19세기 중엽까지 지속된 곳도 있다. 기상관측 기록을 보면 이 시기 이후로는 전 세계적으로 기온이 점점 상승하는 추세를 보이고 있다. 또한 강수량의 변화도 매우 복잡하게 나타난다(→ 충적세, 중세).

대규모 기후변화는 다양한 요인에 의해 일어난다.

가장 큰 영향을 미치는 요인으로는 태양복사 에너지의 변화를 들 수 있다. 단위면적당 받아들이는 태양복사 에너지의 양인 태양상수(太陽常數)의 변화는 가장 단순한 과정이다. 비록 태양복사량의 작은 변화가 관찰된다 해도 이들은 관찰된 기후변화와 상관관계가 없는 것 같다. 지구궤도운동의 변화는 태양복사 에너지의 재분배에 중요한 역할을 함으로써 기후변화에 큰 영향을 미치게 된다. 그러한 변화를 일으키는 3가지 요인으로는 지축의 경사, 분점(分點)의 세차(歲差), 지구 공전궤도의 이심률(離心率)이 있다.

그러나 이들은 모두 2만 년의 긴 시간 주기로 변화하므로 1,000년 단위의 기후변화를 설명할 때만 이용할 수 있다.

대기의 성분변화는 지구에 도달하는 태양복사량의 변화와 관계가 있다. 대기성분 중 이산화탄소와 다른 몇몇 미량의 기체는 태양복사에 대해 선택적인 차단막으로 작용하여 태양광선 중 단파인 가시광선만 통과시키고, 장파인 적외선은 차단하는 역할을 한다. 이때문에 대기중의 이들 성분농도가 증가하게 되면 지구의 온도가 상승하는 결과를 가져온다(→온실효과). 또한 화산활동도 대기중에 가스와 먼지 등을 공급하여 차단막을 형성한다.

화산활동에 의해 성층권(成層圈)에 유입된 가스와 먼지 등은 전세계적으로 넓게 퍼져 있으며 부유상태로 수년간 존재하면서 차단막을 형성하여 대기권 하부에 도달하는 태양에너지양을 감소시켜 지구의 온도를 낮추는 역할을 한다.

기후변화를 가져오는 또 다른 요인으로는 대륙표이(大陸漂移), 대륙의 융기와 조산운동이 있다.

이러한 여러 과정에 의한 바다와 육지분포 변화는 기온과 대기순환 및 해수순환에 큰 영향을 미친다. 그러나 이들은 매우 긴 시간의 기후변화에 영향을 미치므로 단지 수백만 년 정도의 기후변화 설명에만 이용될 수 있다(→ 구조학).

이상의 여러 요인들 중 단지 1가지 인자만으로는 과거 기후변화에 대한 정확한 설명이 불가능하다.

특히 약 10년 이내 단위의 단기 기후변화에 대한 설명은 더욱 어렵다. 또한 이상의 여러 인자들뿐만 아니라 기후변화에 영향을 미치는 인간활동의 영향도 완전히 파악되지 않았기 때문에 단기간의 기후변화에 대한 연구는 더욱 복잡한 양상을 띠게 된다.