대기의 구성
기상현상과 기후는 우리의 삶과 깊은 영향을 끼치는 것으로 이를 이해하기 위해서는 대기가 무엇으로 이루어져 있는지를 이해하는 것이 중요합니다. 대기에 있는 여러 물질은 지구에서 여러 과정을 거치면서 지구의 여러 현상을 만들기도 하고 조절하기도 합니다. 본 글에서는 물질들의 역할에 관해 다루어보겠습니다.
질소
질소는 대기의 78퍼센트 정도를 차지하는 물질로 주로 이원자 분자의 형태로 존재합니다. 너무 안정적인 상태로 있기에 대기의 안정성을 높여 너무 많은 화학작용이 일어나지 않게 억제해주는 역할도 하고 있습니다. 생물에게 있어 가장 중요한 성분 중 하나인 핵산, 아미노산과 단백질을 만드는 데에 사용이 되는 원료이기도 합니다. 우리와 같은 동물들은 일반적으로 공기 중의 질소를 직접 아미노산으로 만들 수 없는데 질소고정이라는 과정을 거쳐 가능해집니다. 여기서 질소고정이란 일부 미생물들이 공기 중의 질소를 질소 화합물의 형태로 바꾸어 식물이나 다른 생명체가 활용할 수 있게 만드는데 이는 생물체의 생존에 아주 지대한 영향을 끼칩니다. 주로 질소 화합물의 형태는 암모니아의 형태로 나타나는데 이는 하늘에서 번개가 치면서 생성이 되기도 합니다. 엄청나게 많은 에너지가 순간적으로 발생하여 생기는 현상인데 미생물이 생성하는 양에 비해서는 굉장히 적은 양이라고 할 수 있습니다. 이렇게 생성되는 암모니아는 식물의 생장에 중요한 역할을 하며 비료의 역할을 하여 우리가 키우는 곡물의 생산량을 높이는 데 중요한 역할을 하기도 합니다. 대기 중에 여러 화학반응을 거쳐 질산이나 질산염이 생성되기도 하는데 이 물질들은 산성비를 만들어내기도 합니다.
산소
산소는 대기의 약 21퍼센트를 차지하며 질소와 마찬가지로 이원자 분자의 형태로 주로 존재합니다. 모두가 알다시피 산소의 가장 중요한 역할은 바로 호흡의 원료로서 소비되는 것입니다. 산소는 대부분의 생물체에 필수적입니다. 우리가 잘못 생각할 수 있는 것은 식물은 산소가 필요 없다고 생각하는 것인데 식물은 산소를 만드는 역할을 하고 있기는 하지만 동시에 세포호흡을 해야 하기에 산소를 소비하기도 합니다. 호흡과정에서 신진대사에 필요한 에너지를 만들어내는데 이는 유기화합물을 분해하는 과정에서 발생합니다. 자세히 말하자면 산소가 관여하여 일종의 연소반응을 일으켜 고분자를 저분자로 분해하면서 발생한 에너지가 생성되는 것입니다. 이런 산소는 공기 중에 떠있다가 파도나 자연스러운 현상으로 바다나 여러 강에 흡수되고 그 안의 수중 생물들에게도 산소가 제공되기도 합니다. 생명체에게 전반에서 큰 역할을 하는 산소는 그 외에도 다양한 역할을 수행합니다. 탄소순환 중 큰 역할을 하는 화석연료 연소 등에 활용되어 이산화탄소의 양을 증가시키기도 합니다. 이와 동시에 광합성을 통해 식물이 이산화탄소와 물을 소비하여 포도당과 산소를 만드는 전반적인 과정에서 탄소를 순환시키는 과정에 대해 매개체로 활용되기도 합니다. 이외에도 산소는 산화 반응을 통해 여러 건축물을 부식시키기도 하고 녹이 슬게 하며 많은 경제적 피해의 원인이 되기도 합니다. 흥미로운 사실을 하나 더 말하자면 산소의 비율이 줄어들며 곤충의 크기가 줄었다는 것입니다. 과거 공룡들이 있던 시대에는 지금보다 산소의 비율이 높았는데 이는 곤충의 활발한 대사로 지금보다 훨씬 큰 곤충이 존재할 수 있었습니다. 영화 속 곤충이 지금 산소비율이 높아진다면 다시 생겨날 수 있습니다.
수증기
수증기는 물의 기체 형태로 지구의 기후와 기상현상의 핵심인 기체라고 할 수 있습니다. 앞서 산소와 질소의 비중이 거의 98퍼센트에 달하는데 매우 적은 비중임에도 지구에서 발생하는 기상현상을 이끌고 있습니다. 물은 매우 비열이 큰 물질로써 열에너지 전달의 효율성이 아주 큽니다. 주로 수증기의 증발 및 액화로 이 열에너지가 많이 이동하는데 태양열로 받은 에너지를 퍼뜨려 고른 분포를 유도하여 온실가스로서의 역할을 수행하고 있습니다. 수증기는 비나 눈의 형태로 대륙에 물을 전달하는 역할을 하기도 하고 빙하로 저장되기도 하며 지구의 여러 현상을 만들어 내는 주연이라고 할 수 있습니다. 당연한 이야기이지만 물의 공급에 중요한 역할을 끼치기에 생명체에게 아주 중요한 역할을 수행한다고 할 수 있습니다.
이산화탄소
이산화탄소는 가장 유명한 온실가스로서 최근 지구 온난화의 영향이 조명을 받으며 유명해진 대기의 구성요소입니다. 역시 온실가스로서 지구의 이불과 같은 역할을 수행하는데 화석연료의 연소가 주원인이라고도 할 수 있습니다. 식물의 광합성으로 이런 이산화탄소는 다소 감소할 수 있겠지만, 산업화 때문에 숲이 많이 사라지며 이 효과도 줄어들게 되었습니다. 이전에도 언급했지만, 바다에 흡수되어 탄산칼슘의 형태로 저장이 되기도 하는데 이 양은 매우 오랜 시간이 걸리기도 하고 우리가 가지고 있는 순간적인 현상을 해결해 줄 수 있다고 기댈 수는 없습니다. 물론 이산화탄소가 많아지면 바다에 흡수되는 양이 늘어 산호와 조개류가 석회화할 껍질의 양이 늘어날 수 있고 바다생태계에 영향을 끼치기도 할 것입니다. 이러한 순환은 인간에 의해 계속 망가지고 있으며 이를 해결하는 것은 아주 중요한 문제로 보입니다.
아르곤
아르곤은 마지막으로 다룰 물질로 무색무취이며 단원자의 안정적인 형태로 존재하고 있습니다. 아르곤은 공기 중에서 분리하여 추출하는 형태로 생성되는데 다양한 산업분야에서 활용되고 있습니다. 용광로와 용접작업에서 보호하는 기체로써 활용되기도 하고, 금속가공에서 녹은 금속의 산소흡수를 방지하기 위해 활용되기도 합니다. 이외에도 반도체의 제조와 연구실에서의 사용 등 다양한 분야에서 활용됩니다. 기상에서는 관측에 활용되는 레이더 등의 장비의 캘리브레이션에 대표적으로 활용되기도 합니다.