해양 변화와 기후 변화
(1) 용승과 침강: 용승은 표층 해수의 발산에 의해 심층의 찬 해수가 표층으로 올라오는 현상이고, 침강은 표층 해수의 수렴 또는 냉각에 의해 표층의 해수가 심층으로 내려가는 현상이다.
① 용승의 종류
- 연안 용승: 대륙의 연안에서 바람 때문에 표층 해수가 먼 바다 쪽으로 이동하면 이를 채우기 위해 심층에서 찬 해수가 올라오는 현상이다. 여름철에 우리나라의 동해안을 따라 남풍이 계속 불 때
- 적도 용승: 적도 부근에서 북동 무역풍은 해수를 북서쪽으로, 남동 무역풍은 해수를 남서쪽으로 이동시키기 때문에 이를 채우기 위해 심층에서 찬 해수가 올라오는 현상이다.
- 저기압과 고기압에서의 용승과 침강: 북반구에서는 시계 방향으로 지속적으로 부는 고기압성 바람에 의해 고기압 중심부의 표층 해수가 수렴하여 침강이 일어나고, 시계 반대 방향으로 지속적으로 부는 저기압성 바람에 의해 저기압 중심부의 표층 해수가 발산하여 용승이 일어난다.
② 세계의 용승 해역: 적도 부근 해역, 북아메리카의 캘리포니아 연안, 남아메리카의 페루 연안, 아프리카 서해안 등 주로 대륙의 서해안에서 잘 발달한다.
(2) 엘니뇨와 라니냐 개념 체크
① 열대 태평양의 수온 분포: 평상시 열대 태평양을 따라 동쪽에서 서쪽으로 부는 무역풍으로 인해 동태평양 해역에서는 연안 용승이 활발하다. 따라서 표층 수온은 서태평양보다 동태평양에서 낮게 나타난다.
② 엘니뇨 시기: 평상시에 비해 무역풍이 약해지면 동태평양 해역에서는 연안 용승이 약해지고, 해수면이 높은 서태평양에서 동쪽으로 따뜻한 해수가 이동하여 태평양 중앙부에서 페루 연안에 이르는 해역의 표층 수온이 상승한다.
③ 라니냐 시기: 평상시에 비해 무역풍이 강해지면 동태평양 해역에서는 연안 용승이 강해지고, 따뜻한 해수는 서태평양 쪽으로 더욱 집중되므로 페루 연안의 한랭 수역이 확대되어 표층 수온의 동서 간 차이가 커진다.
(3) 엘니뇨와 남방 진동
① 워커 순환: 평상시 무역풍으로 인해 열대 서태평양은 따뜻한 해수로부터 열과 수증기를 공급받은 공기가 상승하여 강수대가 형성되고, 상대적으로 온도가 낮은 동태평양은 공기가 하강한다. 이로 인해 열대 태평양 지역에서는 동서 방향의 거대한 순환이 형성되는데, 이를 워커 순환이라고 한다.
② 엘니뇨 시기의 워커 순환: 엘니뇨가 발생하면 열대 동태평양의 표층 수온이 평년에 비해 상승하고 서태평양의 따뜻한 해수가 동쪽으로 이동한다. 이로 인해 워커 순환에서 공기가 상승하는 지역과 강수대가 동쪽으로 이동하고, 태평양 전체의 기압 분포가 변한다. 따라서 동태평양에서는 평상시보다 기압이 낮아져 강수량이 많아지고, 서태평양은 평상시보다 기압이 높아져 강수량이 적은 건조한 날씨가 나타난다.
③ 남방 진동: 기상학자 워커가 호주 북부 다윈의 해면 기압과 남태평양 타히티의 해면 기압의 차이를 분석하여 발견한 사실로, 서태평양의 기압이 평상시보다 높아지면 동태평양의 기압은 평상시보다 낮아지고, 서태평양의 기압이 평상시보다 낮아지면 동태평양의 기압은 평상시보다 높아지는 기압 분포의 시소 현상을 남방 진동이라고 한다.
(4) 엘니뇨 남방 진동(엔소, ENSO)
① 엔소(ENSO, El Nin~o－Southern Oscillation): 엘니뇨와 라니냐는 해양에서 발생하는 현상이고 남방 진동은 대기에서 나타나는 현상인데, 이 두 현상은 서로 독립된 것이 아니라 대기와 해양의 끊임없는 상호 작용의 결과로 나타난 것이다. 엘니뇨, 라니냐에 의한 표층 수온의 변화와 대기의 기압 분포가 변하는 현상이 서로 영향을 주고받아 나타나는 하나의 현상으로 생각하여 이 두 현상을 합쳐 엔소(ENSO)라고 한다.
② 엔소의 영향: 열대 태평양의 수온 변화로 인한 대기 운동의 변화는 파동의 형태로 고위도까지 전파될 수 있으므로, 엔소의 영향은 단지 열대 태평양의 대기와 해양의 상태에만 국한된 것이 아니다.
기후 변화의 요인
(1) 고기후 연구: 비교적 짧은 기간 동안 변화하는 대기의 상태를 일기 또는 기상이라고 하며,기후는 오랜 기간의 기상 평균을 말한다. 지질 시대의 기후는 빙하 시추물, 나무의 나이테, 화석 등의 연구로부터 알아낸다.
(2) 기후 변화의 자연적 요인－지구 외적 요인
① 지구 자전축의 방향 변화: 지구의 자전축이 약 26000년을 주기로 회전하는데, 이를 세차 운동이라고 한다.
- 지구의 자전축이 회전하여 약 13000년 후에는 자전축의 경사 방향이 현재와 반대가 된다.
- 현재 북반구는 근일점에서 겨울이다. 하지만 지구의 세차 운동에 의해 약 13000년 후에 북반구는 근일점에서 여름이 된다. ⇨ 다른 요인의 변화가 없다면 약 13000년 후 북반구에서 기온의 연교차는 현재보다 커진다.
② 지구 자전축의 기울기 변화
- 지구 자전축의 경사각이 약 41000년을 주기로 21.5°~24.5°
사이에서 변한다. - 지구 자전축의 기울기가 변하면 각 위도에서 받는 일사량이 변하므로 기후 변화가 생긴다. 다른 요인의 변화가 없다면 자전축 경사각이 커질수록 기온의 연교차가 커진다.
③ 지구 공전 궤도 이심률의 변화
- 지구 공전 궤도 이심률이 약 10만 년을 주기로 변한다.
- 현재 근일점과 원일점에 위치할 때 일사량의 차이가 약 7%이지만, 이심률이 최대로 커지면 근일점과 원일점에 위치할 때 일사량의 차이가 최대 23%까지 증가한다.
- 공전 궤도가 현재보다 원에 더 가까워지면(이심률이 작아지면) 근일점 거리는 현재보다 멀어지고, 원일점 거리는 현재보다 가까워진다. 다른 요인의 변화가 없다면 북반구에서 겨울철은 더 추워지고 여름철은 더 더워지므로 기온의 연교차가 커진다.
④ 태양 활동의 변화: 태양 활동이 달라지면 지구에 도달하는 태양 복사 에너지의 양이 달라진다. 태양 활동의 변화는 흑점 수 변화로 알 수 있는데, 역사적으로 소빙하기로 알려진 시기에 태양 흑점 수가 매우 적었던 시기(마운더 극소기)가 존재한다.
(3) 기후 변화의 자연적 요인－지구 내적 요인: 지구의 기후 변화는 지구 외적 요인 이외에 지구 내적 요인에 의해서도 일어난다.
① 수륙 분포의 변화: 육지와 해양은 비열과 반사율이 다르므로 판의 운동에 의한 수륙 분포의 변화는 기후를 변화시킨다. 고생대 말에 형성된 초대륙 판게아는 지구의 기후대를 크게 변화시켰고, 생물계의 큰 변화를 일으킨 주요 원인이 되었다. 수륙 분포의 변화는 해류의 변화를 일으켜 기후 변화의 원인이 된다.
② 화산 활동: 화산이 폭발할 때 분출된 화산재 등이 성층권에 퍼지면 태양 빛의 산란이 많이 일어나 지구의 반사율이 커지므로 지구의 평균 기온이 하강한다.
③ 지표면 상태의 변화: 극지방의 빙하 면적 변화는 지표면의 반사율을 변화시켜 지표에 흡수되는 태양 복사 에너지의 양을 달라지게 하므로 기후가 변한다．
(4) 기후 변화의 인위적 요인
① 온실 기체의 증가: 인간 활동에 의해 온실 기체가 증가한다. 대기 및 지표의 평균 온도가 상승하고 지구의 기후가 변한다.
② 에어로졸 배출: 산업 활동이나 화석 연료 사용 과정에서 대기로 배출된 에어로졸은 지표면에 도달하는 태양 복사 에너지를 감소시켜 지구의 기온을 낮추는 역할을 한다.
③ 사막화: 과잉 방목, 과잉 경작 등에 의한 사막화 현상은 대기 순환을 변화시켜 지구의 기후를 변화시키는 요인이 된다.
④ 도시화: 도로, 건물 등을 건설하여 숲이 도시화되면 지표의 반사율을 변화시켜 기후 변화가 나타난다.
기후 변화의 영향
(1) 복사 평형: 흡수하는 만큼의 에너지를 방출하여 평균 온도가 일정하게 유지되는 상태이다.
(2) 온실 효과
① 지구 대기는 짧은 파장의 태양 복사 에너지(가시광선)는 잘 통과시키지만, 긴 파장의 지구 복사 에너지(적외선)는 대부분 흡수한 후 지표로 재복사하여 지표면의 온도를 높이는데, 이를 온실 효과라고 한다.
② 온실 효과를 일으키는 수증기, 이산화 탄소, 메테인, 오존 등의 기체를 온실 기체라고 한다. 온실 기체가 온실 효과에 기여하는 정도는 수증기>이산화 탄소>메테인>오존 순이다.
(3) 지구의 열수지 평형
① 지구에 입사하는 태양 복사 에너지 100 단위 중 25 단위는 대기에 흡수, 45 단위는 지표면에 흡수, 30 단위는 우주 공간으로 반사된다. 지구에서 방출하는 지구 복사 에너지 70 단위 중66 단위는 대기 복사, 4 단위는 지표면 복사이다.
② 지구가 흡수하는 복사 에너지양과 지구가 방출하는 복사 에너지양이 같다. 지구는 복사 평형을 이루고 있어서 연평균 기온이 거의 일정하게 유지된다.
③ 대기 중 온실 기체가 증가하면 대기에서 흡수하는 지표 복사 에너지와 대기에서 지표로 재복사되는 에너지가 증가하여 지표의 온도가 상승한다.
(4) 지구 온난화: 최근 들어 지구의 온실 효과가 강화되어 지구의 평균 기온이 점점 높아지고있는데, 이를 지구 온난화라고 한다. 대부분의 과학자들은 인간 활동에 의해 대기 중 온실기체의 양이 증가하였기 때문에 지구 온난화가 나타난다고 생각한다.
(5) 지구 온난화의 영향
① 해수면 상승: 해수의 온도가 상승하면 해수의 열팽창이 일어나 해수면이 상승한다. 또한, 육지의 빙하가 녹아 바다로 흘러 들어가면 해수면이 상승한다.
② 기후대가 변하여 생태계 변화, 식량 생산 감소, 질병 증가 등이 예상된다.
③ 기상 이변의 발생 횟수와 강도가 증가하여 태풍, 홍수, 가뭄 등에 의한 피해가 커질 것이다.
④ 수자원 변화, 곡물 수확량 감소 등 사회적, 경제적인 측면에 미치는 영향이 커질 것이다.
(6) 지구 환경 보존을 위한 노력
① 온실 기체 배출량 감소: 자원을 절약하고 대체 에너지를 개발한다.
② 지구 환경 보존을 위한 국제 협약: 지구 차원의 환경 보호를 위해 세계 각국은 환경 협약을 체결하고 환경 보호에 대한 국가별 의무와 노력을 규정하고 있다.
- 기후 변화에 관한 국제 연합 기본 협약(1992년): 지구 온난화 방지를 위한 협약
- 교토 의정서(1997년): 온실 기체의 감축 목표치를 규정한 국제 협약
- 파리 협정(2015년): 전 세계 온실 기체 감축을 위한 국제 협약
참고자료: EBS 수능 특강 지구과학1
