[지구과학1] 기후 변화의 지구 외적 요인 중 태양 복사 에너지 관련 유형 정리

기후 변화의 자연적 요인 중 지구 외적 요인(천문학적 요인)은 안그래도 복잡하고 어려운데 

태양 복사 에너지양과 관련지어 나오면 많은 학생들이 어려워 하는 것으로 알고 있습니다. 

그래서 관련 유형을 한번 정리해보았습니다. 

◎ 지구(전체)에 도달하는 태양 복사 에너지양

태양의 광도 변화를 무시하면, 지구에 도달하는 태양 복사 에너지양은 태양과의 거리의 제곱에 반비례한다. 

따라서, 지구에 도달하는 태양 복사 에너지양은 지구와 태양 사이의 거리에 절대적인 영향을 받는다. 

위 그림은 현재와 13,000년 후 지구 공전 궤도의 모습을 나타낸 것이다. 

근일점과 태양 사이 거리가 변하지 않았다면, ‘근일점에서 지구에 도달하는 태양 복사 에너지’ 가 많은 쪽은 언제일까? 

근일점과 태양 사이 거리가 변하지 않았기 때문에 근일점에서 지구에 도달하는 태양 복사 에너지는 양 쪽이 동일하다.

한편, ‘북반구 기준 여름에 지구에 도달하는 태양 복사 에너지’ 가 많은 쪽은 언제일까? 북반구 기준 여름의 위치가 13,000년 후에 태양에 더 가까우므로, 13,000년 후 가 더 많다. 

한편, 위 그림은 이심률이 증가했을 때의 공전 궤도의 모습이다. 이심률이 증가했을 때 '근일점과 원일점에서 지구에 도달하는 태양 복사 에너지의 차이'는 증가할까? 감소할까?

이심률이 작을 때에는 근일점과 원일점에서 태양과의 거리 차이가 크지 않지만, 이심률이 커지면 태양과의 거리 차이가 커지므로, 지구에 도달하는 태양 복사 에너지의 차이 또한 커진다.

한편, 이심률이 증가했을 때 북반구 기준 여름에 지구에 도달하는 태양 복사에너지 양은 이심률이 커지면서 태양과의 거리가 멀어졌으므로 감소했을 것이다.

◎ 1년 동안 지구가 받는 태양 복사 에너지양 혹은 연평균 기온

지구에 도달하는 태양 복사 에너지양은 태양과 지구 사이 거리에 영향을 받는다. 

따라서 1년동안 지구와 태양 사이의 평균 거리가 변하지 않았다면 1년 동안 지구가 받는 태양 복사 에너지양은 변하지 않는다. 

한편, 지구의 연평균 기온은 1년동안 지구가 받는 태양 복사 에너지양에 의해 정해지므로, 마찬가지로 지구와 태양 사이의 평균 거리가 변하지 않았다면 연평균 기온 또한 변하지 않는다. 

세차 운동과 지구의 자전축 기울기 변화는 1년간 지구와 태양 사이의 거리에 영향을 미치지 않으므로, 1년간 지구가 받는 태양 복사 에너지양 혹은 지구의 연평균 기온은 세차 운동이나 지구의 자전축 기울기 변화에 의해서 변하지 않는다.

한편, 이심률 변화의 경우 태양과 지구 사이의 거리가 변하긴 하지만, 이심률이 변화할 때 지구와 태양 사이의 1년간 평균 거리가 어떻게 변하는지는 고교 과정에서 알 수 없으므로, 출제되지 않으며 출제가 된다해도 (단, 태양과 지구의 평균 거리는 변하지 않는다고 가정한다.) 등의 조건이 붙어야만 출제 가능하다. 이 경우, 이심률이 변화하여도 1년 동안 지구가 받는 태양 복사 에너지양은 변하지 않는다.

고교 지구과학의 대표적인 레퍼런스 서적 '대기과학개론' 에서' 밀란코비치 주기 중 어느 시점에서든지 지면에 도달하는 연중 평균 태양 에너지의 양은 거의 변화가 없다.' 라고 서술함에 비추어 봤을 때, 평균 거리가 변하지 않는 다고 가정하지 않고 이심률 변화에 의한 1년간 지구가 받는 태양 복사 에너지양의 변화를 묻는 문제는 교육적 맥락에서 완전히 벗어난 문제이다.

◎ 북반구(혹은 우리나라)에 도달하는 태양 복사 에너지양

‘지구 전체에 도달하는 태양 복사 에너지양’과 비슷해 보이지만 다르다. 지구 내의 어떤 영역에 태양 복사 에너지가 많이 들어온다는 것은 그만큼 그 영역의 기온이 높아진다는 것을 의미한다. 따라서 북반구, 혹은 남반구 혹은 우리나라 등 지구 내의 특정 영역을 지정하고 도달하는 태양 복사 에너지양을 묻는 경우는 기온과 관련지어 생각하면 된다.

위 그림은 현재와 13,000년 후 지구 공전 궤도의 모습을 나타낸 것이다. 

‘현재 근일점과 원일점 중 우리나라에 도달하는 태양 복사 에너지양’은 어디서 많을까? 우리나라는 북반구에 해당하고, 북반구는 현재 원일점에서 여름이므로, 태양에서 더 멀다고 하더라도 우리나라에 도달하는 태양 복사 에너지양은 

원일점에서 많다. 지구에 도달하는 태양 복사 에너지양과 우리나라(혹은 북반구)에 도달하는 태양 복사 에너지양을 잘 구별해야한다.

한편, '근일점에서 남반구에 도달하는 태양 복사 에너지양'은 현재와 13,000년 후 중 언제가 더 많을까? 현재 근일점에서 남반구는 여름이고, 13,000년 후에는 겨울이므로 남반구에 도달하는 태양 복사 에너지양은 현재가 많다.

그렇다면 마지막으로, '북반구에서 여름에 도달하는 태양 복사 에너지양'은 현재와 13.000년 후 중 언제가 더 많을까? 현재와 13,000 년 후 모두 여름인 상황이지만, 13,000년 후가 태양과의 거리가 가까워 북반구 여름철 기온이 더 높을 것이므로, 13,000년 후가 더 많다.

◎ 퀴즈

2가지 이상의 지구 외적 기후 변화 요인이 중첩되는 경우 보통은 서로 충돌하지 않게 출제됩니다.

그러나, 만약 변별하겠다고 마음을 먹은 경우 다음과 같이 서로 충돌하는 경우로 출제도 가능합니다.

"세차운동으로 인해 현재와 자전축의 경사 방향이 반대이고, 현재보다 이심률이 큰 임의의 시기에 북반구의 연교차는 현재와 비교해서 클까요 작을까요? (단, 세차운동과 이심률 변화 외 다른 요인은 고려하지 않는다)"

유일한 풀이 방법은 그림을 직접 그려보는 것입니다.