천문학적 요인과 지구 기후 변화

[14~17] 다음 글을 읽고 물음에 답하시오.

지구의 기후는 다양한 요인에 영향을 받아 형성되고 변화한다. 화산 폭발과 같은 지구 내부의 자연 현상은 특정 지역의 기후를 변화시킬 수 있고, 온실가스 배출과 같은 인간의 활동은 단기간에 지구 기후에 큰 영향을 미치고 있다. 지구의 기후 형성과 변화에는 이 외에 다른 요인도 작용하는데, 특히 태양이나 지구 자전축과 같은 천문학적 요인은 지구의 기본적인 기후 형성과 수만 년에 걸친 장기적인 기후 변화에 영향을 미친다.

지구 기후에 영향을 미치는 가장 중요한 요인은 태양이다. 태양에서 방출된 에너지 중 일부는 대기를 통과하여 지표면에 흡수된다. 지표면은 흡수한 에너지를 대기 하층으로 방출하여 대기 하층의 온도가 높아지게 되고, 고도가 높아질수록 기온은 점점 낮아진다. 따뜻한 공기는 상승하고 차가운 공기는 하강하므로, 지표면에 흡수된 태양 에너지는 대류권에서 공기의 상승을 유발한다. 하지만 그 위의 성층권에서는 오존이 자외선을 흡수하여 고도가 높아질수록 기온이 상승하는 온도 역전 구조가 나타난다. 이러한 구조로 인해 성층권은 위로 갈수록 기온이 높아 공기가 안정해지며, 대류권과 달리 공기의 상승이 쉽게 일어나지 않는다. 그 결과 성층권은 대류권에서 상승한 공기의 수직 운동을 제한하는 역할을 한다. 결국 대기 순환은 주로 대류권 내에서 이루어지게 되며, 이런 지구의 대기 운동은 대기 대순환을 형성하여 각 지역의 기후에 영향을 미친다.

태양 복사 에너지가 위도에 따라 불균등하게 분포하는 것도 지구 기후에 큰 영향을 미친다. 저위도인 열대 지방은 태양 고도가 높아 단위 면적당 에너지 유입량이 많지만, 고위도 지방은 태양 광선이 비스듬히 입사하여 복사 에너지가 넓은 면적에 분산되므로 단위 면적당 도달하는 에너지가 적다. 그래서 고위도는 저위도보다 평균 기온이 낮다. 이러한 복사 에너지의 위도별 차이는 저위도에서 고위도까지 지구에서 일어나는 대기 대순환이나 고압대 및 저압대의 분포를 만들고, 이는 지역별 강수량의 편차나 바람의 방향 등 기후 특성에 영향을 미친다.

지구 기후에 영향을 미치는 또 다른 요인 중 하나는 지구의 자전축이다. 지구가 공전하는 1년 동안 지구의 자전축은 공전 궤도 면에 대해 거의 일정한 경사각을 유지하고 있으므로, 한때는 북극이 태양 쪽으로 기울어져 있고, 한때는 북극이 태양으로부터 멀어져 있게 되며, 남극은 북극과 반대 양상을 띤다. 이런 상황에서 ⓐ 고위도를 저위도보다 춥게 만들었던 요인이 태양에서 먼 쪽으로 기울어져 있는 반구를 태양을 향해 기울어져 있는 반구보다 더 차갑게 만든다. 이런 이유로 계절의 순환이 발생하는 것이다.

지구 자전축의 경사각은 수만 년에 걸쳐 서서히 변화하며, 약 4만 1천 년을 주기로 약 21.5도에서 24.5도 사이를 오르내리는데, 현재는 경사각이 약 23.5도이며 점점 작아지고 있다. 이 변화는 계절 간 일사량 차이를 발생시키는 요소 중 하나로 작용한

다. 경사각이 커질수록 계절 간 온도 차가 커져 여름은 더 더워지고 겨울은 더 추워진다. 경사각이 작아져 여름의 기온이 낮아지면 고위도 지역에서는 겨울에 쌓인 눈이 여름에도 녹지 않고 남아 축적될 수 있다.

목성이나 토성과 같은 태양계 행성의 중력장도 지구 기후에 영향을 미치는 천문학적 요인으로 볼 수 있는데, 이런 중력장으로 인해 지구 공전 궤도 이심률이 변화한다. 지구는 태양을 한 초점으로 하는 타원 궤도를 따라 공전하지만, 공전 궤도 이심률은 약 10만 년을 주기로 약 0.005에서 0.06 사이를 오르내린다. 공전 궤도 이심률이 클수록 1년 중 지구와 태양이 가까울 때와 멀 때의 태양과 지구 간 거리의 차이가 커진다. 지구 공전 궤도의 이심률은 지구 자전축의 기울기와 방향 등 다른 요인과 함께 작용하여 빙하기 발생에 영향을 미친다. 빙하기가 되려면 여름의 기온이 낮아 겨울 동안 내린 눈이 많이 녹지 않고 해마다 새로운 얼음층을 계속 더할 수 있느냐가 중요하다. 그런데 지구가 태양에서 가장 멀어지는 위치인 원일점일 때 북반구가 여름이라면, 이심률이 클수록 북반구 여름의 기온은 낮아지게 되므로 빙하기 발생에 유리하게 작용한다. 현재는 지구 공전 궤도 이심률이 0.0167 정도이며, 공전 궤도 이심률이 점점 작아지고 있는 시기이다.

*궤도 이심률: 물체의 궤도가 원에서 벗어나 있는 정도를 수치화한 것으로, 궤도 이심률이 0이면 원 궤도이고 0보다 크고 1보다 작으면 타원 궤도이다.