공기 는 어떻게 만들어 지나요

지구상의 산소는 어떻게 만들어졌을까?

우리가 살고 있는 지구는 약 46억 년 전에 탄생되었다.
처음에는 모든 생명체가 호흡을 하기 위한 산소는 없었다. 오랜 세월이 흐르는 동안 산소는 만들어졌고 생명체가 존재하기 시작했다. 대기 중에 산소가 가장 많은 것 같지만 실제로는 전체의 약 21%에 불과하고 질소가 78% 정도로 가장 많다.

산소는 어떻게 만들어 졌을까? 아주 먼 옛날 지구는 탄산가스만이 꽉차있는 행성이었으며 온실효과로 기온은 대단히 높았다. 기온이 높고 탄산가스가 풍부하니까 식물은 놀랄만한 속도로 번식하여 전 지구를 덮었다.

식물은 이산화탄소를 흡수하고 탄소동화작용을 거쳐 산소를 만든다. 식물의 종류에 따라 자기 자신의 무게보다도 3~4배나 많은 산소를 만들어 내는 것도 있었다.

그런데 산소가 풍부해지자 기온이 서서히 내려가고 탄산가스의 양도 줄어 지구상의 일부 식물체가 죽게 되었다.
죽은 식물체에서 다시 탄산가스가 만들어져 지금과 같이 식물이 번성하는 환경이 만들어졌다.

지구상에 식물체가 없다면 산소는 만들어지지 않는다.
산을 밀어내고 개발하는 것도 좋지만 산림을 훼손하면 머지않아 산소가 없어져 생명체가 없는 행성으로 바뀔지도 모른다. 우리 모두 나무를 사랑하고 그 고마움을 잘 알아야 하겠다.

이 시간에도 식물들은 산소를 만들어 내고 있으며 지구상의 모든 동식물들은 번성하고 쇠약의 과정을 반복하면서 생명체 유지에 필요한 산소의 적정량을 유지시키고 있다.

출처: 날씨담은 항아리 (김학송)

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[여름방학 특집/공기의 비밀]①공기란 무엇인가

기자  |   2001-08-21

대기란 약 80㎞ 높이까지 지구를 둘러싸고 있는 공기의 바다를 말한다. 공기는 지구를 덮어주는 담요와 같다. 담요가 우리 몸을 따뜻하게 해주듯 공기도 지구를 따뜻하게 해준다. 공기의 99%는 질소(78%)와 산소(21%)로 이뤄져 있다. 나머지는 아르곤, 수증기, 이산화탄소, 오존과 같은 기체들로 구성되어 있다. 그 중 산소는 모든 생명을 유지해 주는 기체이다. 공기 중 산소가 너무 많으면 우리는 불타 없어지고 너무 적으면 숨을 쉬지 못해 죽게 된다. 공기 중에 산소가 언제나 똑같은 양으로 유지되는 것은 녹색식물의 광합성 덕택이다. 식물의 잎들은 마치 산소를 생산하는 공장처럼 전세계에서 매일 10억t 이상의 산소를 만들어 대기 중으로 내보낸다. 질소도 사람과 동식물에게 매우 중요하다. 질소는 모든 생명체가 자라는 데 필요한 영양소인 단백질을 만드는 데 사용된다. 우리는 식품을 통해 질소를 얻는다. 하지만 식물들은 번개나 특별한 종류의 박테리아의 도움을 받아 직접 공기로부터 질소를 얻는다. 또 땅 속의 아주 작은 생물들은 질소를 만드는 힘이 있다 지구 온난화 현상의 원인과 연관되어 있다는 점에서 욕을 먹고 있지만 이산화탄소도 아주 중요하다. 식물의 광합성 작용에 꼭 필요하기 때문이다. 식물이 광합성을 할 수 없다면 더 이상 자라지도, 열매를 맺지도 못한다. 또 알맞은 양의 이산화탄소는 따뜻한 담요처럼 지구의 온도를 알맞게 유지시켜 준다. 이산화탄소는 대기 중에 단지 0.03%밖에 들어 있지 않다. 하지만 대기에 이산화탄소가 조금만 더 많아져도 지구는 더워지게 된다. 오존도 생물이 생존하는 데 꼭 필요한 기체. 공기 중의 높은 곳에 있는 오존은 태양으로부터 오는 자외선을 흡수해서 우리들을 보호해 준다. 그러나 지표면에 가까운 공기 중에 있는 오존은 우리의 건강을 해친다. <고미석 기자>

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공기의 중요성은 모르는 사람이 없을 것이다. 사람이 호흡하는데 없어서는 안 되는 것이다. 정확하게 말하면 공기 중의 산소를 통해서 호흡을 하는 것이지만.

공기에 대해 한번 자세하게 알아보자.

공기란?

지구를 둘러싸고 있는 대기의 하층을 구성하는 무색 투명한 기체이다. 지구와 역사를 함께 만들어진 것으로 누구나 다 알고 있겠지만 지구 상 생물이 살아가는데 반드시 필요한 역할을 한다. 공기가 없다면 탄소동화작용, 질소 고정 작용, 호흡이 이루어지지 않아 생물이 살지 못한다. 그리고 소리가 간간에서 전파되지 않고, 물체의 연소도 불가능하며, 날씨라는 개념이 없어질 것이다.

공기를 이루는 성분

공기가 무색투명한 기체인 이유는 공기를 이루는 성분들 대부분이 색깔과 냄새가 없기 때문이다.

공기는 질소, 산소, 아르곤, 이산화탄소 등으로 이루어진 기체 혼합물이다. 그밖에 네온, 헬륨, 크립톤, 크세논 등의 비활성 기체가 미세한 양이 포함되어있다. 공기 중에 들어 있는 수증기의 양은 약 3~4%이다. 지역이나 날씨에 따라 다르지만, 수를 제외한 건조 공의 구성 비율은 지역이나 날씨에 관계없이 거의 일정하다. 우리가 접할 수 있는 공기를 이루는 성분 비율 등은 건조 공기를 기준으로 한다.

지구의 역사와 함께 공기가 있었다고는 하지만 공기는 처음부터 오늘날과 같은 성분은 아니었다.

어떻게 지금과 같은 공기가 되었을까?

공기의 역사

약 46억 년 전 지구가 탄생했을 때 공기의 대부분의 성분은 수소와 헬륨이었다. 하지만 이 대기는 시간이 흐르면서 태양풍에 의해 흩어지고, 지구는 화산 활동 등에 의해 지구 내부에서 나오는 기체로 가득 차게 되었다. 이때 방출된 기체는 수증기, 이산화탄소, 질소, 이산화황, 염화화수소 등이었다. 그 후 지구는 냉각되면서 수증기는 응결되어 비나 눈이 되었고, 이어서 원시 바다가 만들어졌다. 이때의 바닷물은 산성이었기 때문에 이산화탄소는 녹지 않았다. 그래서 이 시기의 대기는 주로 이산화탄소와 질소로 이루어져 있었다. 그리고 원시바다가 중성으로 변해감으로써 이산화탄소가 바다에 녹게 되면서 대기 중에서 이산화탄소가 차지하는 비율이 현재와 같이 줄어들었다. 또한 질소 성분은 오랫동안 대기 중에 머무르면서 현재와 같이 대기의 78%를 차지하게 되었다.

산소는 처음에 원시 바닷속의 녹색 식물인 남조류의 광합성으로 만들어졌다. 그 산소의 일부는 성층권에서 강한 자외선을 받아 두 개개의 산소 원자로 분리되고, 산소 원자가 다른 산소 분자와 결합하여 오존을 만들어서 오존층이 생성되었다. 그리고 오존층이 생물에게 유해한 자외선을 차단해 주었기 때문에 녹색 식물의 광합성은 점점 더 활발해졌고, 대기 중 산소의 양도 더욱 많아져서 지금과 같이 대기의 21%를 차지하게 되었다.

깨끗하고 푸른 환경 우리 모두가 지켜나갑시다.

지구를 둘러싸고 있는 대기의 하층 부분을 구성하는 무색 투명한 기체

• 공기란?

  지구의 역사와 더불어 생성된 것으로, 공기가 없으면 지구 표면은 격렬한 태양광 ·태양열 ·우주선(宇宙線) ·우주진 등에 직접 노출되고, 탄소동화작용 ·질소고정작용 ·호흡이 이루어지지 않아 생물이 존재할 수 없게 된다. 또한 소리가 공간에서 전파되지 않고, 물체의 연소도 불가능하며, 대기압이나 비 ·바람도 존재하지 않는다.

  공기의 존재는 오랜 옛날부터 인정되어 왔다. BC 500년경 그리스의 아낙시메네스 (Anaximenes)는 만물의 근원은 공기라고 하는 일원설(一元說)을 주창하여, “우리의 영혼은 공기이며, 우리를 지배 ·유지하고 있듯이 전세계도 기식(氣息)과 공기가 포괄하고 있다”고 말하였다. 또 엠페도클레스 (Empedokles)와 아리스토텔레스도 공기를 포함시킨 4원설을 주장하였다.

  공기가 물질이며 무게를 갖고 있다는 것을 처음으로 밝힌 사람은 갈릴레이이고, 우리의 생명을 유지하는데 중요한 역할을 한다는 사실을 실증한 것은 O.게리케(1602~86)이다. 또, 영국의 의사 J.메이오(1640∼79)는 공기가 화학적으로 활성인 부분과 그 밖의 부분으로 이루어져 있음을 알아내고, 활성인 부분을 ‘불의 공기’라 하였다.

  이 생각은 J.프리스틀리, K.W.셸레를 거쳐 1774년 A.L.라부아지에에 의해서 공기가 산소와 질소로 이루어져 있음을 밝히는 근원이 되었다. 공기의 조성이 일정하다는 사실은 H.캐번디시, 게이 뤼삭에 의해 확인되었으며, 1894년경 J.W.S. 레일리, W.R.램지에 의하여 공기 속의 비활성기체가 발견되었다.

• 공기의 조성

  공기는 일종의 혼합기체이며, 주성분인 산소와 질소 외에 소량의 이산화탄소 ·아르곤 등 비활성기체를 포함한다. 그러나 때와 장소에 따라 수증기 ·아황산가스 ·일산화탄소 ·암모니아 ·탄화수소 등의 기체 또는 먼지, 꽃가루, 미생물, 염화물 등의 무기물, 타르 성분 등의 유기고형물을 포함하고 있는데, 이들을 제거한 소위 건조공기는 지상 20km 이하에서는 그 성분이 일정한 비율로 존재한다. 세균은 보통 먼지에 부착하여 공기 속을 부유하는데, 두꺼운 솜의 층을 써서 공기를 여과하면 먼지와 함께 솜에 부착되므로 세균이 없는 공기를 얻을 수 있다. 독감의 예방으로 마스크를 착용하는 것은 이러한 뜻에서 효과가 있다.

  공기의 조성은 지구상의 어디서나 거의 변함이 없으므로, 옛날에는 화합물이라 생각된 일도 있다. 그러나 공기가 화합물이 아니라 혼합기체라는 사실은 때와 장소에 따라 조성이 정확히 일정하지 않고, 산소와 질소가 각각 고유의 성질을 보이며, 액체공기로부터 성분을 축차적(逐次的)으로 증류 ·분리할 수 있다는 점에서 명백한 사실이다. 물에 녹이면 성분의 비율이 변하여, 상온에서 질소 65.09%, 산소 34.91%가 된다. －140.7℃, 37.2atm에서 액체가 되며, 액체공기를 기화시키면 끓는점이 낮은 성분부터 차례로 기화한다. 이 성질을 이용하면 공기의 각 성분을 분리할 수 있다.

• 공기의 성질

  공기는 일반 기체의 공통적인 성질을 가지고 있으며, 온도 ·압력 ·밀도는 대체로 보일-샤를의 법칙에 따른다. 공기를 단열적으로 압축하면 온도가 올라가고, 팽창시키면 온도가 내려가는 것도 일반 기체와 같은데, 이 때문에 상승하는 공기는 차가워지고, 하강하는 공기는 따뜻해져서 기상현상의 가장 중요한 요인이 된다. 점성은 매우 작으나, 운동하는 물체의 속도가 커지면 소용돌이가 생겨 여기에 에너지를 빼앗기기 때문에 소용돌이 점성이 되어 큰 저항을 받는다. 또 공기는 소리의 전파에 대한 가장 중요한 매질로, 건조공기 속에서의 소리의 속도는 0℃에서 331.45m/s이다.

  그러나 온도가 높아질수록 빨라지기 때문에, 기온의 분포상태에 따라 음선(音線)에 굴절이 생겨 확산 ·집중 등의 현상이 일어난다.

  공기의 전기전도는 이온화[電離]에 의한 것이 많은데, 이온화는 공중 및 지상에 있는 방사성물질에 의한 방사선, 태양에서 오는 자외선, 투과성 우주선 등에 기인한다. 상층의 희박한 공기는 극도로 이온화하며, 지상 약 100km 되는 곳에서 는 공간전파의 반사로 유명한 헤비사이드층을 형성한다.

  < 본문 출처 : 두산세계대백과 EnCyber >

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