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지구과학

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얼음은 왜 물에 뜰까?— 얼음이 물 위에 떠 있는 가장 직접적인 이유 1. 물의 밀도와 부력 — 얼음이 물 위에 떠 있는 가장 직접적인 이유얼음이 물에 뜨는 가장 직접적인 이유는 얼음의 밀도(density)​가 액체 상태의 물보다 작기 때문이다. 같은 부피를 비교했을 때 질량이 작은 물질은 밀도가 낮으며, 물보다 밀도가 낮은 물체는 물속에 넣었을 때 일정 부분이 물 밖으로 드러난 채 떠 있게 된다. 일반적으로 대부분의 물질은 고체가 되면서 분자 사이의 거리가 가까워져 밀도가 증가한다. 그러나 물은 매우 특이한 예외에 해당한다. 순수한 물의 밀도는 약 4℃에서 가장 높으며, 0℃ 부근에서 얼음으로 변하면 오히려 밀도가 크게 감소한다. 물의 밀도가 4℃에서 약 1.00g/cm³인 데 비해 얼음의 밀도는 약 0.92g/cm³ 정도이므로 얼음은 물보다 약 8% 정도 가볍다. 따라..
계절은 왜 반복해서 바뀔까? 1. 지구 자전축의 기울기와 계절 변화의 시작 — 자전축·23.5도·공전계절이 반복해서 바뀌는 가장 중요한 원인은 지구가 태양 주위를 공전하면서 자전축이 약 23.5도 기울어진 상태를 유지하기 때문이다. 지구는 약 24시간을 주기로 스스로 한 바퀴 도는 자전을 하고, 약 365.24일을 주기로 태양 주위를 한 바퀴 도는 공전을 한다. 이때 중요한 점은 지구의 자전축이 공전 궤도면에 대해 수직으로 서 있는 것이 아니라 약 23.5도 기울어져 있다는 사실이다. 또한 지구가 태양 주위를 공전하는 동안 자전축의 방향은 짧은 시간 범위에서는 거의 일정하게 유지된다. 따라서 공전 위치가 달라지면 태양을 향하는 북반구와 남반구의 방향도 달라진다. 예를 들어 북반구가 태양 쪽으로 기울어진 시기에는 북반구에 들어오는 햇..
하늘은 왜 파란색일까? 대기와 빛의 산란으로 알아보는 하늘의 색 1. 태양빛과 가시광선 — 하얀 햇빛 속에 숨어 있는 여러 색깔우리가 맑은 날 하늘을 바라보면 대부분의 시간 동안 파란색으로 보이지만, 사실 태양에서 지구로 들어오는 빛 자체가 파란색인 것은 아니다. 태양빛은 우리 눈에 흰색으로 보이지만 그 안에는 빨강, 주황, 노랑, 초록, 파랑, 남색, 보라색 등 여러 파장의 가시광선이 함께 섞여 있다. 각각의 색은 서로 다른 파장을 가지고 있으며, 빨간색 계열의 빛은 파장이 길고 파란색과 보라색 계열의 빛은 파장이 짧다. 이처럼 여러 색의 빛이 합쳐지면 우리 눈에는 거의 흰색으로 인식된다. 그런데 태양빛이 지구 대기를 통과하면서 모든 색의 빛이 똑같이 진행하는 것이 아니라 대기 중의 기체 분자와 상호작용하면서 특정 방향으로 퍼지는 현상이 발생한다. 바로 이 과정에서..
석양은 왜 붉은색으로 보일까? 빛의 산란과 대기의 과학 1. 태양빛과 가시광선의 파장 — 석양의 색을 결정하는 기본 원리태양에서 지구로 도달하는 빛은 우리가 흔히 생각하는 것처럼 하나의 색으로 이루어져 있지 않습니다. 태양빛에는 빨간색부터 주황색, 노란색, 초록색, 파란색, 보라색에 이르기까지 다양한 파장의 가시광선이 포함되어 있습니다. 각각의 색은 서로 다른 파장을 가지고 있는데, 빨간색 빛은 상대적으로 긴 파장을 가지며 파란색과 보라색 빛은 짧은 파장을 가집니다. 이러한 파장 차이가 지구 대기에서 빛이 진행하는 방식에 중요한 영향을 미칩니다.태양이 하늘 높이 떠 있는 낮에는 태양빛이 비교적 짧은 거리를 통과하여 지표면에 도달합니다. 이때 대기 중의 질소와 산소 같은 작은 기체 분자들은 짧은 파장의 빛을 긴 파장의 빛보다 훨씬 강하게 산란시킵니다. 이러한 ..
바다는 왜 파란색으로 보일까? 빛의 산란과 바닷물의 과학적 원리 1. 바다의 색깔과 가시광선 — 태양빛은 왜 파란색으로 보일까우리가 바라보는 바다는 대부분 푸른색이나 청록색으로 보입니다. 맑은 날 수평선까지 펼쳐진 바다는 짙은 파란색을 나타내고, 얕은 해변에서는 밝은 청록색이나 에메랄드색으로 보이기도 합니다. 그렇다면 바닷물 자체가 원래 파란색 물질이기 때문에 이런 색을 나타내는 것일까요? 결론부터 말하면 바다의 푸른색은 단순히 하늘의 색이 비쳐서 만들어지는 현상이 아닙니다. 핵심에는 태양빛의 흡수와 산란, 그리고 물 분자의 광학적 특성이 있습니다. 태양에서 지구로 들어오는 빛은 우리가 흔히 흰색으로 인식하지만 실제로는 여러 파장의 빛이 섞여 있습니다. 가시광선 영역에는 대략 400nm 전후의 보라색부터 700nm 정도의 붉은색까지 다양한 파장의 빛이 존재합니다. 이..
산 정상에서는 왜 숨쉬기가 힘들까? 1. 대기압·산소분압 — 산소의 비율보다 중요한 것은 ‘압력’이다산 정상에서 숨쉬기가 힘든 가장 근본적인 이유는 대기압의 감소와 산소분압의 감소입니다. 우리가 흔히 “높은 산에는 산소가 부족하다”고 표현하지만, 엄밀하게 말하면 공기 중 산소의 비율이 크게 줄어드는 것은 아닙니다. 지표면 부근의 건조한 공기에서 산소는 약 21%를 차지하며, 고도가 높아져도 이 비율은 대체로 비슷하게 유지됩니다. 문제는 공기 전체를 누르는 대기압이 고도가 높아질수록 낮아진다는 데 있습니다.해수면에서는 대기압이 약 1013hPa이지만 고도가 높아질수록 공기층의 두께가 줄어들기 때문에 기압이 점차 감소합니다. 예를 들어 해발 약 5,500m에서는 대기압이 해수면의 절반 정도까지 떨어질 수 있습니다. 산소가 차지하는 비율이 여전..
화산은 왜 폭발할까? 마그마와 압력으로 알아보는 화산 폭발의 과학 1. 마그마·맨틀·지구 내부의 열 — 화산 폭발의 시작은 어디에서 일어날까?화산 폭발의 근본적인 원인을 이해하려면 먼저 지구 내부에서 마그마가 어떻게 만들어지는지를 살펴볼 필요가 있습니다. 지구의 내부는 중심부로 갈수록 온도와 압력이 높아지며, 지각 아래에는 고온의 맨틀이 존재합니다. 맨틀은 대부분 고체 상태이지만 매우 긴 시간 규모에서는 천천히 흐를 수 있으며, 특정한 조건에서는 일부가 녹아 마그마를 형성합니다. 중요한 점은 맨틀 전체가 거대한 액체 상태로 존재하는 것이 아니라는 것입니다. 지하의 온도와 압력, 암석의 조성 등이 특정 조건을 만족할 때 부분적으로 녹는 현상이 발생합니다.마그마가 만들어지는 대표적인 과정은 크게 세 가지로 설명할 수 있습니다. 첫째는 맨틀이 상승하면서 압력이 감소해 녹는 ..
지진은 왜 발생할까? 지각판의 움직임과 지진 발생 원리 1. 지진 발생 원리｜지구 내부에 축적되는 응력과 암석의 파괴지진은 지구 내부에 축적된 에너지가 갑작스럽게 방출되면서 지표면이 흔들리는 현상이다. 우리가 단순히 땅이 흔들리는 현상으로 생각하기 쉽지만, 실제 지진은 지구 내부에서 작용하는 힘과 암석의 역학적 특성이 복합적으로 작용한 결과다. 지구의 가장 바깥쪽에 있는 암석권은 하나의 단단한 덩어리가 아니라 여러 개의 거대한 판으로 나누어져 있으며, 이 판들은 지구 내부의 열에너지에 의해 매우 느린 속도로 이동하고 있다. 판의 이동 속도는 일반적으로 1년에 수 cm 정도에 불과하지만, 수십 년에서 수백만 년이라는 긴 시간이 지나면 엄청난 변위를 만들어낸다. 문제는 암석이 무한히 변형될 수 있는 물질이 아니라는 점이다. 암석에 지속적으로 힘이 가해지면 처음에..

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