기권의 층상 구조 설명 (대류권, 성층권, 중간권, 열권)

기권은 지표에서 높이 약 1,000km에 분포된 지구를 둘러싼 대기의 층을 말하는 것으로 질소와 산소가 약 99%를 차지하고 있고, 이 외에 아르곤, 이산화탄소, 수증기 등으로 구성되어 있습니다. 여기서 수증기는 아주 작은 양이지만, 기상 현상을 일으키는 중요한 역할을 하게 되죠. 또한 기권에서는 높이 올라갈수록 중력의 영향으로 대기가 희박해집니다.

 

여기서 높이에 따른 기온 변화를 기준으로 기권은 층상 구조를 가지게 되며, 4개의 층으로 구분할 수 있는데 이에 대해 간략하게 정리해 보겠습니다.

 

기권의 층상 구조

위에서 이야기하였듯이 기권의 층상 구조는 높이에 따른 기온 변화를 기준으로 아래와 같이 4개의 층으로 구분됩니다.

 

높이에 따른 기온의 변화를 기준으로 한 기권의 층상 구조

 

여기서 가장 중요한 것은 기준이 되는 높이에 따른 기온의 변화인데요, 대류권과 중간권에서는 높이 올라갈수록 기온이 내려가기 때문에 대류가 발생합니다. 차가운 공기는 아래로, 따뜻한 공기는 위로 올라가기 때문에 일어나는 현상입니다.

 

우선 열전달, 열의 이동에 대한 아래의 글을 먼저 읽으면 도움이 될 수 있습니다.

 

2023.12.14 - [과학] - 열의 이동 방법 (전도, 대류, 복사)

열의 이동 방법 (전도, 대류, 복사)

 

자, 그럼 각 층별로 특성을 아래와 같이 정리할 수 있습니다. 여기서 중요한 것은 높이에 따른 기온 변화에 의해 대류는 대류권과 중간권에서만 일어나며, 수증기는 대류권에만 있기 때문에 구름의 생성으로 눈, 비와 같은 기상 현상 역시 대류권에서만 발생을 합니다.

 

기권 구분	높이에 따른 기온 변화	대류	수증기	기상 현상
열권	↑ (상승)	X	X	X
중간권	↓ (하강)	O	X	X
성층권	↑ (상승)	X	X	X
대류권	↓ (하강)	O	O	O

 

여기서 대류권과 성층권을 구분하는 면을 대류권 계면, 성층권과 중간권을 구분하는 면을 성층권 계면, 그리고 중간권과 열권을 구분하는 면을 중간권 계면이라고 하며, 중간권 계면에서 약 -86℃의 기권에서 가장 낮은 온도를 나타내게 됩니다. 또한 각 층별로 중요 특징을 아래와 같이 정리할 수 있습니다.

 

기권 구분	특징
열권	대기가 희박하기 때문에 일교차가 크다. 오로라 발생, 인공위성의 궤도, 전리층
중간권	외권에서 진입한 항성간 물질이 대기와의 마찰로 인해 발생하는 유성 관측
성층권	오존층의 자외선 흡수 (높이에 따라 기온이 상승하는 이유)
대류권	전체 대기의 75-80% 대부분이 분포

 

여기서 등장하는 용어를 간단하게 정리해 보면 아래와 같습니다.

 

• 오로라(aurora) : 태양에서 방출된 전자 등 전기를 띤 입자들이 지구의 대기로 진입하면서 공기 입자와 충돌하여 빛을 내는 현상, 주로 고위도 지방에서 관찰됨.
• 전리층 : 대기 분자들이 이온화되어 전자가 밀집되어 있는 층으로, 지상에서 발사하는 전파를 흡수하고 반사하기 때문에 무선 통신에 사용
• 오존층 : 오존(O3)이 모여 있는 층으로 자외선을 흡수

 

여기서 성층권에 있는 오존층이 자외선을 흡수하기 때문에 높이 올라갈수록 성층권에서는 기온이 높아지는 이유가 된다는 점을 잘 기억하면 되겠습니다. 그리고 만약 성층권에 오존층이 존재하지 않는다고 가정하면 높이에 다른 기온 변화가 어떻게 될지 아래의 링크를 참조하면 됩니다.

 

2024.04.03 - [과학] - 오존층이 존재하지 않을 때 기권 높이에 따른 기온 변화

오존층이 존재하지 않을 때 기권 높이에 따른 기온 변화