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기후 변화 연구 방법
①나무의 나이테 : 폭과 색으로 기온과 강수량 추정
②극지방의 빙하 코어 : 줄무늬로 생성 시기를, 공기 방울로 당시 대기 조성과 기후를, 물 분자의 산소 동위 원소비로 당시 기온을 추정
③화성, 퇴적암, 퇴적물 : 지층이 형성될 당시의 기온, 습도, 화산 폭발 유무 등을 추정하는데 이용
기후 변화의 원인
①자연적 원인 : 대규모 화산 폭발, 수륙 분포의 변화, 지표면의 상태 변화, 지구 자전축 기울기 변화등
②인위적 원인 : 화석 연료 사용으로 인한 온실 기체 배출, 과도한 경작, 삼림 훼손등
기후 변화의 연구 방법
기후는 생태계와 인간 생활에 많은 영향을 주기 때문에 미래의 기후를 예측하는 것뿐만 아니라 과거의 변화를 알아내는 것도 중요합니다. 관측 기록을 남기기 이전의 기후 변화는 어떻게 알아낼 수 있는지 알아보겠습니다.
(1) 나무의 나이테
나이테는 폭과 색(밀도)을 조사하면 기온과 강수량을 추정할 수 있고 이를 통해 약 수천 년 전 까지의 기후를 확인할 수 있습니다.
=> 나무의 줄기나 가지를 자르면 동심원 모양의 나이테가 나타납니다. 나이테는 1년에 하나씩 늘어나고, 기온이 높고 강수량이 많을수록 폭이 넓고 밀도가 낮아집니다. 따라서 봄~여름에는 나이테의 폭이 넓고 색이 옅으며, 가을~겨울에는 나이테의 폭이 좁고 색이 진하게 됩니다.
※ 기상과 기후
- 기상 : 어떤 지역에서 매일 나타나는 날씨의 변화
- 기후 : 어떤 지역에서 장기간에 걸쳐 나타나는 평균적인 대기의 상태로 보통 30년 이상 관측한 결과
※ 나이테와 세포벽
봄~여름에는 나무의 성장 속도가 빨라서 나무 줄기나 가지의 세포벽이 성글고, 가을~겨울에는 거의 성장하지 않으므로 나무줄기나 가지의 세포벽이 빽빽하게 되어 나이테는 계절의 변화가 뚜렷한 지역의 나무에서 잘 나타납니다.
(2) 극지방의 빙하 코어
빙하코어란 빙하를 시추하여 뽑아낸 얼음기둥입니다.
빙하 코어를 연구하여 약 수십 만년 전까지의 기후를 확인할 수 있습니다.
- 줄무늬 : 여름에는 눈이 살짝 녹으면서 쌓였다가 겨울에 다시 얼기 때문에 빙하에는 나무의 나이테와 같은 줄무늬가 형성됩니다. 줄무늬의 개수로 빙하의 생성 시기를 알 수 있습니다.
- 공기 방울 : 빙하가 형성될 때 포획된 공기 방울의 대기 조성을 연구하면 당시의 기후를 알수 있습니다. => 공기 방울에 포함된 이산화탄소의 농도가 높으면 빙하 생성 당시의 기온이 높았을 것으로 추정
- 물분자의 산소 동위 원소비(18O/16O) : 빙하를 구성하는 물 분자의 산소 동위 원소비(18O/16O)가 크면 빙하 생성 당시의 기혼이 높았을 것으로 추정
=> 무거운 18O로 이루어진 물분자는 가벼운 16O로 이루어진 물분자보다 증발하기 어렵지만 기온이 높아지면 잘 증발하여 대기 중 수증기의 산소 동위원소비가 증가하게 됩니다. 이때 내리는 눈이 굳으며 생성되는 빙하의 상소 동위 원소비도 증하게 됩니다.
(3) 화성, 퇴적암, 퇴적물
제한된 환경에서 형성되는 화석, 퇴적암, 퇴적물이 지층에서 발견되면 지층이 형성될 당시의 기후를 추정할 수 있습니다. 이와 같은 방법으로는 약 수억 년 전까진의 기후를 확인할 수 있습니다.
① 화석 : 시상 화석은 제한된 환경에서 서식하는 생물의 화석으로 과거의 기후를 아는 단서가 됩니다. 고사리는 온난 습윤한 육지에서 서식하므로 고사리 화석이 산출되는 지층도 그와 같은 환경에서 생성되었을 것으로 추정할 수 있습니다. 이와 동일한 원리로 산호 화석이 산출되는 지층은 퇴적 당시의 환경이 따뜻하고 얕은 바다였을 것으로 추정할 수 있습니다.
② 퇴적암, 퇴적물
| 퇴적암, 퇴적물 | → | 기 후 |
| 증발암(암염, 석고등) | → | 건조한 기후 |
| 빙하 퇴적물 | → | 한랭한 기후 |
| 침엽수의 꽃가루 | → | 한랭한 기후 |
| 활엽수의 꽃가루 | → | 온난한 기후 |
| 화산재, 응회암 | → | 화산 폭발 |
* 증발암 : 기후가 건조한 지경의 바다나 호수에서 물의 증발이 활발하게 일어나면서 물속에 녹아 있던 성분이 침전하여 굳어진 암석입니다.
기후 변화의 원인
(1) 자연적 원인
- 대규모 화산 폭발 : 화산 폭발로 인해 대기로 방출된 이산화 황이나 화산재 속의 미세 입자등은 햇빛을 반사하여 지구의 평균 기온을 일시적으로 낮추게 됩니다.
- 수륙 분포의 변화 : 대륙이 이동하여 합쳐지거나 나누어지면 해류의 방향을 변화시켜 기후 변화를 일으키게 되고, 대륙이 합쳐지면서 해안 지역이었던 곳이 내륙 지역이 되면 건조해지고, 기온 변화가 더 크게 나타납니다. 그리고 대륙이 고위도에서 저위도로 이동하면 단위 면적당 받게 되는 태양 복사 에너지양이 증가하여 기온이 높아지게 됩니다.
- 지표면의 상태 변화 : 빙하의 융해, 삼림 면적 감소 등과 같이 지표면의 상태가 변하면 반사율이 달라져서 기후가 변하게 됩니다.
- 지구 자전축 기울기의 변화 : 자전축 기울기가 증가하면 지구가 받는 태양 복사 에너지양이 여름에는 증가하고, 겨울에는 감소하여 기온의 연교차가 커지게 되고 자전축 기울기는 약 41,000년을 주기로 21.5˚~24.5˚로 변합니다.
자연 환경 변화 => 반사율, 태양 복사 에너지양 변화 => 기후 변화
※ 반사율
지구에 도달하는 태양 복사 에너지양 중 흡수되지 않고 반사되는 양의 비율로 반사율이 커지면 기온이 낮아지게 됩니다.
| 지표면 상태 | 반사율(%) |
| 초지 | 16~26 |
| 삼림 | 5~20 |
| 농경지 | 18~25 |
| 사막 | 25~45 |
| 빙하 | 20~40 |
◆ 기후 변화의 천문학적 원인
지구 자전축 기울기의 변화 외에도 지구 기후를 변화시키는 천문학적 원인들이 있습니다.
지구 자전축 경사 방향의 변화 : 자전축 경사 방향이 현재의 정반대로 되면 북반구는 현재 공전 궤도상의 겨울인 위치에서 여름이 됩니다.
지구 공전 궤도 모양의 변화 : 공전 궤도 모양이 원에 가까워지면 북반구에서 기온의 연교차가 커지고, 타원에 가까워지면 연교차가 작아집니다.
태양 표면의 활동 변화 : 태양의 흑점 수는 주기적으로 변하는데, 흑점 수가 많아지면 태양의 활동이 활발해지며 지구에 도달하는 태양 복사 에너지의 양이 달라질 수 있습니다.
(2) 인위적 원인
인간의 화석 연료 사용으로 배출되는 이산화탄소는 온실 기체이므로 지구의 평균 기온을 높입니다. 과도한 경작이나 삼림훼손은 지표의 반사율을 증가시켜서 지구의 기온을 낮추게 됩니다.