지구 시스템 및 자원

AP 환경 과학 · 주제 4

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4.1

판構造론

Syllabus

지속적 이해(Ert-4): 지구의 시스템들은 상호작용하며 시간이 지남에 따라 균형 상태를 유지함.

학습 목표 ERT-4.A: 합류 경계(convergent), 발산 경계(divergent), 변위 경계(transform)에서 일어나는 지질학적 변화와 사건을 설명함.

ERT-4.A.1 합류 경계는 산맥 형성, 섬 호(arc), 지진, 화산 활동의 결과로 나타날 수 있음.
ERT-4.A.2 발산 경계는 해저 확장(seafloor spreading), 단층 골(rift valleys), 화산, 지진의 원인이 될 수 있음.
ERT-4.A.3 변위 경계는 지진을 유발할 수 있음.
ERT-4.A.4 판 경계의 글로벌 분포를 보여주는 지도를 사용하여 화산, 섬 호, 지진, 핫 스팟(hot spots), 단층의 위치를 파악할 수 있음.
ERT-4.A.5 지진은 응력이 잠긴 단층(fault)을 극복하여 저장된 에너지를 방출할 때 발생함.

출처: College Board AP Course and Exam Description

세 가지 판 경계선

지구 crust는 판으로 나뉘어 mantle 위에서 천천히 움직이는데, 이를 판構造론이라고 합니다. 발산 경계에서는 판이 서로 멀어지며 새로운 crust를 생성하고, 수렴 경계에서는 충돌하여 산맥, 화산, 지진을 일으키며, 변환 경계에서는 평행滑动하며 지진을 유발합니다. 경계선은 재해를 만들지만 동시에 화산성 토양과 광물 자원을 제공하기도 합니다.

아이슬란드 어두운 화산 구멍에서 분출되는 밝은 오렌지색 용암 — 아이슬란드 판 경계선에서 분화하는 화산. 분리되는 판 사이에서 올라온 용암이 새로운 crust를 형성함

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English	한국어
plates/pleɪts/	판
plate tectonics/pleɪt tekˈtɒnɪks/	판構造설

4.2

토양 형성과 침식

Syllabus

지속적 이해(Ert-4): 지구의 시스템들은 상호작용하며 시간이 지남에 따라 균형 상태를 유지함.

학습 목표 ERT-4.B: 토양의 특성과 형성 과정을 설명함.

ERT-4.B.1 토양은 모암(parent material)이 풍화되고 운반되어 퇴적될 때 형성됨.
ERT-4.B.2 토양은 일반적으로 구성 성분과 유기 물질에 따라 토층(horizons)으로 분류됨.
ERT-4.B.3 토양은 바람이나 물에 의해 침식될 수 있음. 토양 보호는 수질 보호로 이어지는데, 이는 토양이流经其间的 물을 효과적으로 여과하고 정화하기 때문임.

출처: College Board AP Course and Exam Description

토양은 모석의 풍화와 유기물 축적이 느리게 이루어지면서 형성됩니다. 침식은 바람과 물에 의해 토양이 제거되는 현상으로, 식생 제거(농업, 벌채, 과방목)로 가속화됩니다. 토양 형성이 매우 느리기 때문에, 형성 속도보다 침식이 빠르면 중요한 자원이 고갈됩니다.

모반암이 풍화되면서 토양 층이 시간이 지남에 따라 형성되지만, 침식은 표토를 제거하고 그 진전을 역전시킬 수 있습니다 — 모석 풍화에 따라 시간이 지나며 형성되는 토양 층; 침식은 표토를 벗겨내어 그 진전을 뒤집을 수 있음

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English	한국어
Soil/sɔɪl/	土壤
weathers/ˈweðəz/	풍화
Erosion/ɪˈrəʊʒn/	침식
texture/ˈtekstʃə/	질감

4.3

토양 구성 및 특성

Syllabus

지속적 이해(Ert-4): 지구의 시스템들은 상호작용하며 시간이 지남에 따라 균형 상태를 유지함.

학습 목표 ERT-4.C: 다양한 토양 유형의 특성 간의 유사점과 차이점을 설명함.

ERT-4.C.1 토양 보유 수분량(water holding capacity)—토양이 보유할 수 있는 총 수분 양—은 토양 유형에 따라 다름. 수분 보留存은 토지의 생산성과 비옥성에 기여함.
ERT-4.C.2 각 토층의 입자 크기 및 조성은 토양의 공극도(porosity), 투수성(permeability), 비옥도에 영향을 미칠 수 있음.
ERT-4.C.3 토양의 화학적, 물리적, 생물학적 특성을 테스트하는 다양한 방법이 있으며, 이는 관개 및 비료 필요성 등의 다양한 의사결정에 도움이 됨.
ERT-4.C.4 토양 질감 삼각형(soil texture triangle)은 점토, 실트, 모래의 백분율에 근거하여 토양 유형을 식별하고 비교할 수 있는 도표임.

출처: College Board AP Course and Exam Description

토양은 모래, 실트, 점토의 혼합물(질감)과 유기물, 물, 공기로 이루어져 있으며 층으로 쌓여 있습니다. 질감은 공극도와 투수성—즉 토양이 물과 영양분을 잘 보유하는 능력—을 결정합니다. 점토질 토양(균형 잡힌 혼합물)은 식물에게 가장 좋습니다.

토양을 수직으로 파낸 구덩이: 붉은 갈색 광물층 위에 어두운 표토 띠가 보이며, 눈금 막대가 스케일로 놓여 있음 — 토양을 파낸 구덩이는 층을 보여줍니다: 위쪽에는 어두운 유기물 표토, 아래로는 옅은 광물 층, 그 아래는 깨진 모석이 있으며(측정용 줄자 기준)

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English	한국어
horizons/həˈraɪznz/	층
porosity/pɔːˈrɒsɪti/	포도도
permeability/ˌpɜːməˈbɪlɪti/	자율률
atmosphere/ˈætməsfɪə/	대기권
troposphere/ˈtrɒpəsfɪə/	대류권
stratosphere/ˈstrætəsfɪə/	성층권
global wind patterns/ˈɡləʊbl wɪnd ˈpætnz/	글로벌 바람 패턴
convection cells/kənˈvekʃn selz/	대류 세포
Coriolis effect/ˌkɒrɪˈəʊliz ɪˈfekt/	코리올리 효과(Coriolis effect)

4.4

대기의 구성

Syllabus

지속적 이해(Ert-4): 지구의 시스템들은 상호작용하며 시간이 지남에 따라 균형 상태를 유지함.

학습 목표 ERT-4.D: 지구 대기권의 구조와 조성을 설명함.

ERT-4.D.1 대기권은 자체 상대적 풍부도가 다른 주요 기체들로 구성되어 있음.
ERT-4.D.2 대기권의 층은 온도 구배에 기반하며, 대류권(troposphere), 평流圈(stratosphere), 중원층(mesosphere), 열원층(thermosphere), 외気圏(exosphere)을 포함함.

출처: College Board AP Course and Exam Description

대기는 층을 이루고 있습니다: 대류권(날씨 발생, 우리가 사는 곳), 성층권(오존층 포함), 그리고 더 높은 층들입니다. 대기는 대부분 질소와 산소로 이루어져 있으며, 온도를 조절하는 미량 기체(온실 기체 포함)가 포함되어 있습니다.

깨끗하고 마른 공기는 약 78% 질소, 21% 산소, 그리고 1% 기타 기체로 구성되어 있습니다 — 깨끗하고 마른 공기는 약 78% 질소, 21% 산소, 1% 기타 기체로 구성되어 있음

4.5

글로벌 바람 패턴

Syllabus

지속적 이해(Ert-4): 지구의 시스템들은 상호작용하며 시간이 지남에 따라 균형 상태를 유지함.

학습 목표 ERT-4.E: 환경 요인이 대기 순환(atmospheric circulation)을 일으키는 방식을 설명함.

ERT-4.E.1 글로벌 바람 패턴은 주로 적도에 가장 강렬한 태양 복사가 도달하여 밀도 차이를 만들고 코리올리 효과(Coriolis effect)를 유발함으로써主に 발생함.

출처: College Board AP Course and Exam Description

글로벌 바람 패턴

태양의 불균일 가열이 글로벌 바람 패턴을驱动합니다. 적도 부근의 따뜻한 공기는 상승하고 약 30° 부근에서는 하강하여 대류 순환 (해들리, 페렐, 극지 순환)과 우위 풍(Trade winds, Westerlies)을 만듭니다. 회전하는 지구는 바람을 편향시키는데, 이것이 코리올리 효과로서 날씨와 기후를 형성합니다.

반구마다 세 개의 순환 세포가 주요 지표풍을 결정합니다 — 반구마다 세 개의 순환 원이 우위 표면 바람을 설정함

4.6

유역

Syllabus

지속적 이해(Ert-4): 지구의 시스템들은 상호작용하며 시간이 지남에 따라 균형 상태를 유지함.

학습 목표 ERT-4.F: 유역(watershed)의 특성을 설명함.

ERT-4.F.1 특정 유역의 특성에는 면적, 길이, 경사, 토양, 식물 유형, 인접 유역과의 분수선(drainage divide) 등이 포함됨.

출처: College Board AP Course and Exam Description

유역은 하나의Common body of water로 배수되는 모든 토지를 말합니다. 토지에서 일어나는 모든 활동(농업, 포장, 오염)은 배수되는 수질에 영향을 미치므로, 유역은 수질 관리를 위한 핵심 단위입니다.

하천 유역 내 폭포: 분수령(watershed)은 강이나 호수로 물이 유입되는 토지 영역을 의미합니다 — 하천 분지 내 폭포: 유역은 강이나 호수로 배수되는 토지입니다

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English	한국어
watershed/ˈwɔːtəʃed/	분수령 / 유역
rain shadow/reɪn ˈʃædəʊ/	비음영 지대 / 강수 음영
El Niño/el ˈniːnjəʊ/	엘 니뇨 현상
La Niña/læ ˈniːnjə/	라 니냐 현상

4.7

태양 복사 및 지구의 계절

Syllabus

지속적 이해(ENG-2): 지구의 대부분의 대기 과정은 태양으로부터의 에너지 입력에 의해驱使됨.

학습 목표 ENG-2.A: 태양의 에너지가 지구 표면에 미치는 영향을 설명함.

ENG-2.A.1 Serifing solar radiation(insolation)은 지구의 주요 에너지원이며, 계절과 위도에依存함.
ENG-2.A.2 태양광 각도는 태양복사의 강도를 결정한다. 지구의 형태로 인해 태양복사가 수직으로 도달하는 위도 지역이 가장 높은 강도를 받는다.
ENG-2.A.3 단위 면적당 최대 태양복사는 적도 지역에서接收되며, 극지방을 향해 감소한다.
ENG-2.A.4 지상 한 지점에서 받는 태양복사는 계절에 따라 변화하며, 해당 지역의 가장 긴 여름날에는 가장 많은 복사를 받고 가장 짧은 겨울날에는 가장 적은 복사를 받는다.
ENG-2.A.5 지구의 자전축 기울기는 지구의 사계절과 특정 지점의 일장 시간을 결정한다.

출처: College Board AP Course and Exam Description

계절은 지구와 태양의 거리 차이가 아니라 ** 기울어진 축 **(약 23.5°)에서 비롯됩니다. 태양을 향해 기울어진 반구는 더 직사광선을 받아 여름이 되고 날이 길어집니다. 이 기울임은 또한 적도 지역이 일년 내내 따뜻하고 극지가 추운 이유이기도 합니다.

지구의 축의 기울기가 사계절을 만든다 — 지구의 기울어진 축이 계절을 만듦

4.8

지구의 지리와 기후

Syllabus

지속적 이해(ENG-2): 지구의 대부분의 대기 과정은 태양으로부터의 에너지 입력에 의해驱使됨.

학습 목표 ENG-2.B: 지구의 지리가 날씨와 기후에 미치는 영향을 설명하라.

ENG-2.B.1 날씨와 기후는 태양 에너지뿐만 아니라 산맥이나 바다 수온과 같은 지질학적·지리적 요인에 의해 영향을 받는다.
ENG-2.B.2 빗자국(Rain shadow)은 고도가 높은 지역이 강수를 가려서 그 뒤쪽의 토지가 건조하게 되는 지역이다.

출처: College Board AP Course and Exam Description

지형이 기후를 결정합니다: 위도(태양광 각도), 고도(높아질수록 차가움), 해양과의 근접성(기온 조절), 그리고 산맥이 만드는 비음영 지대(습한 바람 맞는 쪽, 마른 바람 뒤쪽) 등입니다. 이러한 요인들은 각 지역마다 어떤 생태계가 형성될지를 결정합니다.

사막 모래언덕: 위도, 고도와 해류가 지구 기후 구역을 형성함

4.9

엘 니뇨와 라 니냐

Syllabus

지속적 이해(ENG-2): 지구의 대부분의 대기 과정은 태양으로부터의 에너지 입력에 의해驱使됨.

학습 목표 ENG-2.C: 엘니뇨 또는 라니냐 현상(엘니뇨-남방 진동)으로 인한 환경 변화와 영향을 설명하라.

ENG-2.C.1 엘니뇨와 라니냐는 태평양 해수면 온도의 변화와 관련된 현상이다. 이러한 현상은 전 세계적인 강수, 바람, 그리고 해양 순환 패턴의 변화를 초래할 수 있다.
ENG-2.C.2 엘니뇨와 라니냐는 지질학적·지리적 요인에 영향을 받으며, 서로 다른 지역에 다양한 방식으로 영향을 미칠 수 있다.

출처: College Board AP Course and Exam Description

엘 니뇨와 라 니냐

엘 니뇨와 라 니냐는 태평양의 수온과 바람 주기가 주기적으로 변하는 현상입니다. 엘 니뇨(따뜻한 동부 태평양)와 라 니냐(서늘한 동부 태평양)는 전 세계 강수, 폭풍 및 어업에 영향을 미치며, 예를 들어 일부 지역에서는 홍수가发生하고 다른 지역에서는 가뭄이 발생합니다.

해설 예제. 한 조판이 연 5cm 이동합니다. 이 조판이 1년 동안 이동하는 거리는? $5\ \text{cm/yr}\times 10^{6}\ \text{yr}=5\times10^{6}\ \text{cm}=50\ \text{km}$. 지질학적인 시간尺度에 걸쳐 미세한 연간 이동량이 바다 분지 규모의 거리로 쌓이게 되는데, 이는 바다를 넓히고 산맥을 형성하는 느린 속도입니다.

4.9

시험 팁

사계절은 태양으로부터의 거리가 아닌 지구의 기울기에서 비롯됩니다.
토양 형성이 매우 느리므로, 침식이 형성 속도보다 빠르면 토양이 영구적으로 고갈됩니다; 토양 질감(모래/실트/점토)과 토양 단층(horizons)을 알고 있어야 합니다.
불균일한 가열 + 코리올리 효과로 인한 글로벌 풍향 패턴과 비음영 지대(습한 바람 맞는 쪽, 마른 바람 뒤쪽)를 설명하십시오.
대기 층의 명칭(대류권 = 날씨, 성층권 = 오존)과 공기 구성(~78% N₂, 21% O₂)을 나열하십시오.
엘 니뇨 / 라 니냐는 태평양 수온 변화로 전 세계 강수를 변경합니다.

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