지구의 역장

본문내용

현상
-전도의 매커니즘은 매질에 따라 다르다.
-고체에서 열전도율은 그 물질의 분자구조에서 전자의 결합상태에 따라 결정
(2)대류 : 유체내에서 유체가 운동함으로써 그 유체의 특성이 수송되고 혼합되는 에너 지의 전달 과정
-유체의 경계부의 마찰에 의한 난류 또는 외력에 의해 생길 수 있다.
-예 : 전선에 의한 상승, 지형에 의한 상승, 대기의 수렴에 의한 상승
(3)복사 : 어떤 열원에서 모든 방향으로 열이 방출되는 것.(방사)
-전자기파 : 진동이 파동으로 이동하는 것
⇒라디오파, TV파, X선, 햇빛, 적외선 : 3×108 m/s 의 속도로 이동
2)복사의 법칙
-고온의 물체는 짧은 파장에서 긴 파장까지 연속되는 연속 스펙트럼을 방출한다.
-20세기 초에 플랑크는 양자를 도입 : 프랑크의 법칙에서 여러 복사의 법칙이 유래
(1)전자기파의 스펙트럼 : 가시광선, 자외선, X선 등과 파장이 긴 정외선, 전파가 있다.
(2)복사의 법칙
-흑체 : 입사한 복사에너지를 모두 흡수하는 물체를 가정하는 것
⇒흑체 - 이상적인 흡수복사체 : 우리 주변에는 흑체로 볼 수 있는 것이 많다.
-흑체의 표면 온도가 상승함에 따라 각 파장에서 복사량이 증가하며 짧은 파장에서 상대적으로 강한 에너지를 내게 되고 가장 강한 복사의 위치가 짧은 파장으로 이동 하게 된다.
-슈테판-볼쯔만 법칙 : 흑체의 온도가 높아짐에 따라 복사 에너지는 4제곱에 비례 하여 증가
-빈의 법칙 : 가장 강한 에너지의 파장 λmax는 표면온도의 함수가 된다.
⇒λmax·T=2,989(μmK)
2.태양에서 오는 에너지
1)태양 상수 : 태양에서는 막대한 에너지가 태양의 포면 광구에서 방출되고 있다. 방출되 는 에너지는 태양의 중심부에서 핵융합 반응에 의해 생성되는 것으로 생각되고 있다.
2)태양 복사의 스펙트럼 : 일사량의 관측치와 흑체 복사는 정확히 일치하지 않는다.
3. 지구의 복사평형
1)태양 에너지의 흡수, 통과 : 태양에서 들어오는 복사 에 너지를 대기 상단과 지표에서 관측해 보면 지표면의 관 측치가 상당히 감쇠되어 있다.
(1)햇빛의 흡수 : 햇빛이 지구에 들어 왔을 때 우선 흡 수되는 것이 자외역이다.
(2)햇빛의 산란 : 햇빛이 지구에 들어오면 우선 공기의 입자나 부유물에 의하여 확산반사와 구름 및 지형 지 물에 의해 반사된다.
(3)햇빛의 반사 : 햇빛은 대기 중에서는 구름에 의해 반사되고 지구표면에 도달하면 지면의 상태에 따라 다른 비율로 반사를 하게 된다.
(4)햇빛의 선택흡수, 선택통과 : 대기가 햇빛을 부분적 으로 흡수하기도 하고 통과시키기도 하는 것
⇒ 태양 중심부에서 핵융합 → 온도 (4,000-6,000 K) → 에너지 방출 → 지구도달 : 도달 양은 342W/m2 (1제곱미터당 100W전구 3.4개를 켜 놓은 양)이 된다. = 이것은 실제 태양에너지의 22억분의 1정도 (모닥물에서 30m 떨어진 모기가 받는 에너지)이다.
2)지구의 열수지
(1)지구복사 : 지구는 온도에 따란 복사 에너지를 공간으로 방출하고 있는데 복사의 법 칙에 의하여 에너지의 대부분이 장파역이 있게 된다.
(2)지구복사의 흡수와 온실효과 : 지면에서 나가는 지면 복사는 적외역에 있는데 태양복 사를 대기 중의 물과 이산화탄소 등의 성분이 흡수하게 된다.
(3)지구의 복사평형
⇒지구의 복사 평형이 완성되는 것
-태양에너지는 지구에 도달하여 반사 + 흡수 + 투과 가 된다.
-에너지 평형 : 태양 (100%) →반사 (30% = 4% 지면 + 20% 구름 + 산란 6%)
(단파) →대기흡수 (20%)
→지면도달
(50%)
(4)복사
에너지의 위도 분포 : 중위도에서 양자가 같고 그보다 저위도에서는 받는 에너 지의 양이 많고 고위도에서는 방출되는 에너지가 많은데 그럼에도 불구하고 저위도 의 평균 온도가 상승하지 않고, 고위도의 평균 온도가 하강하지 않는 것은 저위도 에서 남는 에너지가 고위도로 이동되기 때문이다. ⇒ 이 열의 이동 과정이 대기와 해수의 순환으로 나타남.
4. 지구 내부의 에너지
1)지각에서의 온도 분포와 열의 유출
- 현재까지 시추할 수 있는 깊이 이상의 곳 : 지구 내부 물질의 물리적 특성이나 상태 를 고려하여 추론 할 수밖에 없다.
(1)지하의 온도 상승률 : 지구 내부로 갈수록 온도가 거의 일정한 비율로 상승하는 것
(2)지표로 유출되는 열
-지열류량 : 지구 내부에서는 지온경사가 있으므로 지표로 열이 이동해야 할 것인데, 이렇게 지표로 전도되어 유출되는 열에너지를 말한다.
-지열류량은 특히 화산이나 대양저 산맥이 있는 곳에서 크고, 해구에서 적게 나타나고 있으므로, 이에서 지구 내부 물질의 운동을 짐작할 수도 있다.
-방사성 원소의 붕괴 : 지각부근에서 열의 전도가 크다고 보아야 하므로 지각에서 지 온경사를 크게하는 특별한 에너지 발생 장치가 있어야 하는데 그것이 방사성 원소의 붕괴이다.
2)지구 내부의 열적 상태
-지구 내부의 열적 상태를 알기 위해 고려되어야 할 조건
·지구 내부 구조와 물질
·맨틀의 대류
·외핵의 대류
(1)지구 내부에서의 에너지원
-플룸 구조론 : 맨틀 대류의 에너지원은 외핵에서 전달된 에너지와 맨틀의 대류와 판 의 침강에 따른 역학적 에너지라고 생각되는데 외핵의 열은 플룸으로서 좁고 긴 기둥 으로 상승하기도 하고 최근에는 수퍼플룸의 존재를 주장하는 학자들도 있다.
-핵의 에너지원
·지구생성 초기의 열 : 핵은 열을 방출하며 서서히 냉각되고 있다.
·외핵의 액체에서 철의 합금이 결정되면서 내핵에 가라앉는데 이때 결정에 따라 방출 되는 잠열과 역학적 에너지가 열 에너지로 전환된다. : 외핵은 대류를 일으키며 내핵 은 점차 성장
(2)지구 내부의 온도 분포 : 지구 내부 물질의 열 전도율과 열 생산량이 고려되어 추정
-지온경사는 15 - 35℃ / km → 1km 심부로 가면 20℃ 증가한다.
-원인은 핵의 에너지이다. (지구생성초기의 열 + 결정형성에 의한 잠열 + 역학적 에 너지)
·암석의 용융온도 : 1100~1200˚C로 추정
·700km : 약 2000˚C로 추정
·맨틀과 외핵의 경계부-2900km : 3500˚C로 추정
·내핵 : 4500˚C로 추정
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