대기

대기(大氣)는 일반적으로 천체의 표면을 둘러싸고 있는 기체를 의미한다. 좁은 의미로는 지구 표면의 공기를 달리 이르는 말로, 여기서는 주로 지구 대기 환경에 관련하여 기재한다.

대기의 구성

대기의 구성 성분은 질소와 산소를 주종으로 하여 아르곤, 이산화탄소와 미량의 네온, 헬륨, 크립톤, 제논, 오존, 수증기 등이 차지하고 있다.

지표면 부근(대류권)을 기주준으로 보면 그 조성비(부피백분율)는 다음과 같다.

• 질소 : 78.08%
• 산소 : 20.95%
• 아르곤 : 0.93%
• 이산화탄소 : 0.035%(1990년대만 하여도 0.03%였으나 인간 활동의 증가로 지속적으로 늘어나고 있는 중이다)
• 기타 등등 : 0.005%

대기권의 구성

온도 분포에 따른 분류

대류권

대기권의 가장 아래에 위치한 층으로 지표면부터 약 10~15km까지의 높이에 해당하는 구간이다. 평균을 내면 대략 12km 정도인데 이 높이는 적도 부근의 저위도지역에서는 상승하고, 극지방 부근의 고위도지역에서는 하강하는 모습을 보여준다.

지표면의 복사 에너지가 대류권의 온도에 영향을 주기 때문에 대류권에서의 기온은 대체로 100미터를 상승할 때마다 약 0.6~0.7℃ 정도 하강하는 모습을 보여주며, 이로 인해 찬 공기가 위에, 따뜻한 공기가 아래에 위치하게 된다. 이 때문에 공기의 밀도차에 의한 대류현상이 발생하며 이는 대기의 요란이라고도 하는 각종 기상 현상으로 나타나게 된다. 흔히 우리가 아는 기상현상의 거의 대부분은 이쪽 대류권에서 발생한다.

성층권

대류권 계면 위 고도 10km부터(지역에 따라 다르다) 50km 사이에 있는 구간이며, 가장 중요한 특성은 온도 변화가 위로 올라갈수록 높아진다는 특성을 가지고 있다. 이는 오존층에 의해 자외선이 흡수되는 구간이 이쪽 구간이기 때문에(성층권의 윗쪽에 오존층이 자리한다) 열적으로 성층권이 안정하게 되는 결과를 낳게 되며, 이로 인해 대류현상이나 난류의 발생 같은 것이 일어나지 않아 비행기의 비행에 적합한 지역이다. 실제로 국제선 여객기의 경우 성층권 맨 하층부 정도를 넘나드는 높이를 날고 있다. 물론 엔진 효율상의 문제까지 들어가면 전면적으로 성층권의 비행은 효율이 떨어져서 하지 않게 되고(일단 산소의 농도가 희박해져 엔진 효율이 저하되며, 공기의 밀도 자체가 낮아져서 양력을 얻기가 더 어려워진다. 한마디로 연비가 최악이 된다는 뜻) 성층권 맨 아래쪽을 넘나드는 제한적인 수준의 비행을 할 뿐이며, 해당 높이는 적도 지방에서는 대류권에 속하는 높이가 되기도 한다. 즉, 비행에는 적합한 기상환경이지만 연비로 따지면 그다지 좋은 환경은 아니라는 것이다. 과거 기름값이 저렴할 때는 그딴 거 없이 그냥 성층권 비행을 하기도 하였지만 기름값이 오른 뒤부터는 항공사 입장에서는 연비가 상당히 중요한 사항이 되었기 때문에 교과서와 실제와의 차이가 좀 나게 된다.

중간권

성층권 계면에서 중간권 계면까지를 중간권이라고 부른다. 중간권 계면은 지표로부터 약 80km가량 되는 높이에 위치한다. 이 곳은 대기권 전체에서 평균 기온이 가장 낮은 곳으로, 높이 올라갈수록 기온이 내려가기 때문에 대류권과 마찬가지로 대류현상이 일어난다. 고위도 지방에서는 밤에 스스로 빛을 내는 구름이 이 중간권 높이에서 나타나는데, 이 원인에 대해서는 아직 정확하게 밝혀지지는 않았다. 다만 수증기나 메탄 정도가 원인으로 추정되고 있다.

열권

지표면에서 대략 80~1000km사이에 해당하는 영역(외기권 제외). 경우에 따라서는 외기권을 제외하고 이 열권을 대기권의 마지막 구간으로 보기도 한다. 태양열이 흡수되는 구간이어서 높이가 올라갈수록 온도가 올라가며, 저고도 인공위성의 궤도로 이용되기도 하는 구간이다. 열권에서는 공기가 매우 희박하여 태양열에 의해 기온이 급격하게 올라가거나 내려간다. 이 구역에서의 기온차는 약 1000℃ 이상에 이른다.

이 열권 구간 중에 전리층이 존재하며, 오로라현상도 이 열권에서 주로 발생한다.

외기권

고도 500~1000km정도부터 시작하여 10,000km정도 높이의 구간이며 이 구간부터 사실상 우주라고 보는 견해도 있다. 애초에 구성되는 기체의 성분이 수소와 헬륨이 위주가 되면서 우주공간의 원소 비율과 비슷해지기 시작하며, 공기의 저항이 있기는 하지만 저고도 인공위성의 경우 이 정도 권역의 고도에서 궤도를 유지할 수 있을 정도로 밀도가 희박하기 때문이다. 애당초 지구 대기권이 칼로 무 자르듯이 구분되는 경계선이 있는 것도 아니고...

대기 성분에 따른 분류

대기권에는 여러 종류의 기체가 혼합되어있다. 이들 기체가 어떤 구간에서는 골고루 섞여있는 반면, 어떤 구간에서는 특정 기체가 유독 높은 비중을 차지하고 있기도 하다.

균질권

지표면 부근은 대기의 밀도가 높아 대기 분자들까리의 충돌이 자주 일어난다. 이런 이유로 모든 기체가 골고루 잘 섞이게 되므로 어떤 곳이나 기체의 성분비가 같은 현상을 보인다. 이러한 곳을 균질권이라고 하며, 지표면부터 약 90km 상공까지에 해당하는 구간이다.

비균질권

90km이상의 상공에서는 대기 분자들의 밀도가 희박하여 분자간 접촉이 잘 이루어지지 않는다. 당연히 기체들이 혼합되지 않고 높이에 따라 특정 종류의 기체가 몰려있게 된다. 이처럼 기체의 성분비가 장소에 따라 달라지는 곳을 비균질권이라 한다.