지구를 둘러 싼 대기의 “바다”

해변에 서 있을 때에 당신은 분명히 바다의 힘과 변화성과 광대함과 깊이에 경탄할 것이다. 당신은 물에 둘러 싸여 있는 해양 동물들의 느낌이 어떠할 것인지 궁금하게 생각하였을 것이다. 수백 ‘미터’ 물 속에서 게와 기타 바다 동물들이 바다 밑을 걸어 다닌다. 사람이라면 그 밑에서 엄청난 압력으로 박살이 나겠지만 이러한 동물들의 몸은 그러한 압력을 견디도록 만들어져 있다.

그러나 당신은 우리 인간들이 사실은 공기의 “바다” 속에 살고 있다고 생각해 본 적이 있는가? 그것은 사실이다. 이 바다는 훨씬 더 깊으며, 실제 바다의 최대 깊이보다 50배 이상 깊다. 그것은 온도가 더 갑자기 변하며 물의 바다보다 더 불안정하다. 폭이 수백 ‘킬로미터’되고 깊이가 수‘킬로미터’되는 거대한 기류(氣流)가 지상 10 내지 12‘킬로미터’ 고도에서 이동한다. “제트 기류”로 알려진 이 기류는 이동할 때 시속 500‘킬로미터’에 달하기도 한다. 또한 이 공기 “바다”에는 여러 층에서 항상 휘몰아치는 폭풍이 있다. 우리는 태풍과 선풍이 방출하는 엄청난 힘을 잘 알고 있다. 또한 우리를 둘러싼 이 거대하고 불안정한 “바다”에서는 매일 약 44,000회의 무서운 우뢰가 발생한다.

공기는 물질이며 무게가 있다

공기는 보이지는 않지만 물질이다. 이 때문에, 대기(大氣)는 지면에 상당한 압력을 가한다. 물론 공기는 물만큼 무겁지 않기 때문에 대기의 압력이 바다의 압력만큼 크지는 않다. 그러나, ‘헬륨’을 채운 기구(氣球)가 올라가는 사실에서 알 수 있듯이, 공기는 무게가 있다. ‘헬륨’은 공기보다 가볍기 때문에, 공기가 기구를 밀어올린다. 거품이 물잔에서 올라오는 것과 같다. 해면에서의 공기의 평균 압력은 1평방 ‘센티미터’당 약 1,077‘그램’이다. 더 높은 고도에서는 공기가 덜 조밀하므로 더 가볍다. 그러나 이 공기의 “바다”는 매우 광대하므로 그 무게는 5,000,000,000,000,000(5천조)‘톤’이 넘는다.

이러한 공기의 무게는 해면에서 우리의 두 어깨에 약 1‘톤’의 짐이 있음을 의미한다. 그러나 우리는 그것을 느끼지 못한다. 압력이 몸의 모든 면을 골고루 누르고 있기 때문이다. 이러한 외부의 압력을 상쇄하기 위하여 몸은 내부 압력을 유지하고 있다. 마치 바다 동물의 몸이 그들을 둘러싸고 있는 물의 엄청난 외부 압력과 동등한 내부 압력을 가지고 있는 것과 같다. 인간이 지구의 대기권 내에서 이 내부 압력을 가지고 있기 때문에 지구를 떠나 우주 공간에 갈 때에는 압력을 유지해 주는 우주복을 입지 않으면 안된다. 그렇지 않으면 진공에 가까운 우주 공간에서 폐와 혈관이 파열될 것이다.

우리가 센 바람을 맞을 때 공기가 물질이라는 것을 확실히 알게 된다. 그리고 만일 실험실에 가서 그것이 섭씨 약 −190도에서 액체가 되고 약 −260도에서 고체가 되는 것을 보면 이에 대한 의심은 완전히 사라질 것이다.

우리는 사실 온도의 차이로 인하여 공기가 “렌즈” 역할을 할 때에 정상적인 기체 상태에서도 공기를 “볼” 수 있다. 어떤 곳은 공기가 조밀하고 다른 곳은 희박할 때 공기가 광선을 변형시키므로 우리는 신기루 현상을 보게 된다. 그것은 먼 곳의 물체로부터 온 광선이 반사하고 굴절하여 생기는 현상이다. 뜨거운 방열기 위에 보이는 파동은 이러한 현상의 작은 본보기이다.

공기의 가치있는 특징 한 가지는 팽창 성질이다. 정상적인 액체 상태의 물은 그릇을 부분적으로만 채운다. 그러나 공기 분자는 훨씬 더 자유로이 움직이고, 일반적으로 소리보다 빨리 움직이기 때문에, 매우 소량의 공기도 그릇을 완전히 채운다. 그러나 지구의 중력으로 인하여 공기가 지구를 떠나 우주 공간으로 퍼지지는 않는다. 담고 있는 공간이 좁아지면 공기 분자는 속도가 증가하고 저항을 일으켜 압력을 낸다. 이러한 특징은 매우 유용하다. 액체는 별로 압축할 수가 없지만, 공기 압축기는 작은 공간에 다량의 공기를 넣었다가 그것을 방출시켜 공기 ‘프레스’, 착암기, 공기 ‘펌프’ 등을 작동시킨다.

여러 가지 면으로 생명에 필수적임

그러나 우리가 공기에 관심을 가지는 이유는 주로 그것이 지구상에 있는 생명체의 유지에 중요하기 때문이다. 생명을 위한 공기의 주요 성분은 산소이다. 그것은 비교적 일정한 비율을 유지하고 있는 기체의 단지 21‘퍼센트’(양에 있어서)를 이루고 있다.

산소는 쉽게 다른 원소 혹은 화합물과 결합하여 연소를 일으킨다. 그러므로 한 토막의 나무가 탈 때에 그것은 사실상 급속도로 산화되고 있는 것이다. 우리의 신체 온도는 영양분이 산화하는 신진대사에 의하여 유지된다. 이 과정은 또한 뇌의 활동을 위한 ‘에너지’, 근육 ‘에너지’ 등을 마련한다. 피 속에서 산소를 운반하는 적혈구가 그렇게 중요하고 또 신체의 전체 산소 흡수량의 약 4분의 1을 소모하는 뇌세포가 이 원소를 계속 필요로 하는 이유 중 하나가 그것이다. 산소는 활성이 매우 강하기 때문에, 대기 중에서 다른 기체로 희석되지 않으면, 작은 불꽃으로도 화재가 나서 거의 모든 것이 타버릴 위험이 있을 것이다. 또한, 순수한 산소만 마시고는 아무도 그리 오래 살지 못할 것이다.

그러나 우리가 생존하고 안전을 유지할 수 있도록 창조주께서는 질소로 대기를 희석하셨다. 질소는 비교적 일정한 비율을 유지하고 있는 공기의 78‘퍼센트’를 차지하고 있다. 그러므로 산소의 양은 우리에게 꼭 알맞으며 그의 농도가 지나치게 높지 않은 것이다. 대기 중에는 질소와 산소가 비교적 일정한 기체의 99‘퍼센트’를 이루고 있다. 그러나 질소는 희석제 이상이다. 그것은 다른 역할도 수행한다. 뇌우(雷雨)가 있을 때에, 번개에 의하여 질소가 다른 원소와 화합한다. 그 결과 생긴 화합물을 비가 땅으로 보내어 비료가 되게 한다. 그것은 많은 식물에 필수적인 원소이다.

그러나 대기 중의 나머지 1‘퍼센트’ 미만의 기체 가운데도 생명에 필수적인 혹은 편안한 생활에 크게 기여하는 기체들이 있다. 거의 불활성인 다섯 가지 기체, 즉, ‘아르곤’, ‘네온’, ‘헬륨’, ‘크립톤’ 및 ‘크세논’이 그것이다. 우리 모두는 조명에 ‘아르곤’과 ‘네온’이 사용되고, 기구에 ‘헬륨’이 사용되는 등 여러 가지로 이용되고 있음을 잘 알고 있다. ‘메탄’ 수소 및 아산화질소도 거의 일정한 농도로 함유되어 있다.

수증기, ‘오존’, 먼지—중요한 요소

소량인 여러 가지 기체 외에, 대기 중에는 시간과 장소에 따라 함량이 달라지는 기체들이 또 있다. 이 가운데 두 가지는 영(零)에서 7‘퍼센트’(양에 있어서)까지 포함되는 수증기와 0.01‘퍼센트’ 내지 1‘퍼센트’의 이산화탄소이다. 식물들은 이산화탄소를 흡수하고 산소를 낸다. 이산화탄소가 없다면 식물은 죽을 것이다. 산소의 한 형태 즉 “동소체”(同素體)인 ‘오존’ 또한 소량으로 포함되어 있으며, 대기 중의 약 0.01‘퍼센트’를 구성하고 있다. 그것은 주로 10 내지 50‘킬로미터’ 상공에 있으며, 무서운 자외선을 막아준다. 지상의 모든 생물 모두에게 최대의 안전과 평안과 복지를 보장할 수 있도록 여러 가지 요소가 알맞는 비율로 구성된 그러한 대기를 전지전능하신 창조주 외에 누가 만들 수 있었겠는가?

대기 중에 기체로 함유된 수증기는 비와 이슬과 눈과 진눈깨비와 우박의 근원이 된다. 그것은 구름의 대부분을 이루고 있다. 수증기는 태양이 바다와 호수와 나뭇잎으로부터 물을 증발시켜서 생긴다. 비가 내리고 수증기가 증발하고 하는 이러한 순환이 없다면 식물은 지상에서 얼마 안가 사멸하고 말 것이다. 성서는 이 순환이 하나님에 의해 설계되었다고 말한다.—이사야 55:10, 11.

극소량의 이산화황과 이산화질소 외에도, 먼지, 연기에서 나온 재, 바다에서 올라온 염분, 꽃가루, 미생물 및 대기중을 통과할 때 타고 남은 운석의 재 등의 고체 입자들이 있다. 먼지는 너무 많지 않은 한 “오염”이라고 할 수 없다. 왜냐 하면 먼지 입자는 빗 방울의 핵을 구성하는 데 중요하며, 하늘의 아름다운 푸른색과 일몰의 진홍색과도 관계가 있기 때문이다. 기류에 의하여 흩어지는 꽃가루도 건초열 환자에게 불편을 주는 것을 제외하고는 역시 유익한 역할을 수행한다.

대기속의 온도

이상에서 논한 것의 대부분은 우리가 살고 있는 공기층 즉 대류권(對流圈)과 관계가 있다. 상식에 속하지만, 온도는 고도를 더할수록 떨어진다. 그러나, 대류권의 꼭대기에서 섭씨 −55도에 이른 다음, (‘제트’ 기류가 있는) 성층권(成層圈)에서 섭씨 −2도까지 올라간다. 그리고 다음 층(중간권, 中間圈)의 꼭대기에 다가가서는 섭씨 −93도까지 다시 내려간다. 다음 층인 열권(熱圈)에서는 450‘킬로미터’ 높이에서 무려 섭씨 1,500도까지 올라간다!

‘이온’층(ion 層)은 대기권을 분류하는 정규권(圈)이 아니고, 태양으로부터 온 방사선에 의하여 공기 분자들이 ‘이온’화되어 있는 영역(그 안에는 여러 “권”이 포함된다)을 말한다. 그것의 아래 쪽 경계는 지상 55‘킬로미터’이며 위로는 공기가 대단히 희박한 영역인 수천 ‘킬로미터’까지 이른다. ‘이온’층에서 아름다운 북극광(그리고 남반구의 남극광)이 생긴다.

‘이온’층에서, 태양과 우주 공간으로부터 온 방사선에 의해 ‘이온’화되어 전기를 띤 공기의 입자들은 전자파의 “천정”(天井)을 이룬다. 이 때문에 수천 ‘킬로미터’ 거리까지 무선 송신이 가능하다. 전파는 직선으로 뻗어가기 때문에 지상의 제한된 지역에만 도달될 것으로 보인다. 왜냐 하면, 전파는 직진하는데 지구는 둥그렇게 굽어 있기 때문이다. 그러나 전파의 “천정”이 전파를 반사시켜 지상의 먼 곳으로 보낸다. 현재 위성들도 비슷하게 사용되고 있다.

위성의 사용과 더욱 정밀한 기구의 사용으로 공기의 “바다”에 대한 이해가 훨씬 깊어졌다. 기류와 온도 등에 대하여도 더 많은 것을 알게 되었다. 그 결과 일기 예보가 더욱 정확해졌다. 그러나 공기가 매우 희박하기는 하지만 우주 공간으로 지구 반경의 몇 곱절되는 곳까지 뻗쳐 있는 대기권에 대하여 인간은 배워야 할 것이 아직 많이 있다. (지구의 반경은 6,372‘킬로미터’) 그 신비의 대부분은 여전히 감추어져 있으며 우주 탐색이 확대됨에 따라 새로운 신비가 계속 나타나고 있다.

[9면 도해]

(온전한 형태의 본문을 보기 원한다면, 출판물을 참조하십시오)

이온층은 공기 입자들이 전기를 띠고 있는 영역이며 아래로 중간권에서 시작하여 위로 열권의 훨씬 넘어까지 뻗쳐 있다.

450킬로미터 1,500°C.

열권

80킬로미터 −93°C.

중간권

48킬로미터 −2°C.

성층권

16킬로미터 −55°C.

대류권

지구

[10면 삽화]

뇌우는 식물에 꼭 필요한 질소 화합물을 마련한다