지구와 네 가지 권

  우리 지구는 많은 부분으로 나누어져 있는 매우 역동적인 곳이며 또 동시에 상호작용이 매우 활발하게 일어나는 권(sphere)으로 이루어진 곳이다. 지구의 네 가지 권인 대기권, 지권, 수권, 생물권과 그 속의 모든 구성 요소들은 따로따로 연구될 수 있지만 각 부분은 독립적이지 않다. 각각은 다른 권과 어떤 방식으로 결합하여, 지구 시스템이라고 불리는 복잡하고 연속적으로 상호작용하는 전체를 구성한다. 

 

 

  우주에서 바라보는 지구는 사진과 같이 구형이며, 사진에서 알 수 있는 것들을 통해 일반적으로 지구를 세 부분으로 나누기도 한다. 여기서 세 부분이란 육지(solid Earth 또는 지권), 물로 뒤덮인 부분(water portion 또는 수권), 기체로 싸인 부분(gaseous envelope 또는 대기권)이다. 


지구는 바위나 물, 혹은 공기만으로 이루어진 것이 아니라 아주 종합적인 행성이다. 그 대신 공기-바위, 바위-물, 물-공기 사이에서 연속적인 상호작용이 일어나는 것이 지구의 특성이다. 더불어 다양한 종류의 생물군으로 이루어진 생물권은 세 가지 물리적 영역에 각각 깊이 관련되어 있고, 다른 세 부분과 동일하게 행성에 없어서는 안 될 부분이다.



지권
  대기권과 바다의 아래에 존재하는 것이 지각, 즉 지권(geosphere)이다. 지권은 지표에서부터 지구 중심 약 6,400km 깊이까지를 가리키며 지구 4개 권역 중 가장 큰 부분을 이루고 있다. 
구성 성분의 차이에 따라 지권을 세 부분으로 나눌 수 있다. 밀도가 높은 안쪽을 핵(core), 밀도가 낮은 곳을 맨틀(mantle), 지구 바깥의 가볍고 얇은 표면을 지각(crust)이라고 한다. 
지구 표면을 얇게 덮고 있는 물질로 식물의 생장을 돕는 토양(soil)은 네 가지 권 모두의 일부로 생각한다. 육지(고체 부분)는 풍화된 바위 파편들(지권)과 썩은 식물과 동물로부터 나온 유기체(생물권)가 뒤섞여 있다. 분해되고 붕괴한 바위 파편들은 공기(대기권)와 물(수권)이 작용한 풍화작용의 산물이다. 공기와 물은 또한 고체 입자 사이에서 자리를 차지하기도 한다. 



대기권
  지구는 생명을 주는 기체로 둘러싸여 있는데, 이를 대기권(atmosphere)이라고 한다. 대기권은 약 1,000km 정도의 두께로, 지권의 두께(반경 약 6,400km)와 비교한다면 매우 얇은 층이다.
대기권 공기의 99% 이상이 지표 30km 내에 존재한다. 그러나 이러한 얇은 공기 담요는 지구에 없어서는 안 될 부분이다. 대기권은 우리가 숨 쉴 수 있는 공기를 공급해 줄 뿐만 아니라 태양이 방출하는 유해한 복사를 차단하는 역할도 한다. 
대기권과 지표 사이, 대기권과 우주 사이에 지속해서 일어나는 에너지의 교환은 우리가 '날씨(weather)'라고 하는 현상을 만들어 낸다. 지구가 달처럼 대기권이 없다면, 생명체가 살 수도 없으며, 지표를 역동적인 곳으로 만드는 과정들과 상호작용 또한 할 수 없을 것이다.



수권
  지구를 '푸른 행성(blue planet)'이라고 부르기도 한다. 물은 다른 어떤 성분보다 지구를 특별하게 만든다. 수권(hydrosphere)은 계속하여 움직이고, 바다에서 대기로 증발하고, 육지로 비가 되어 내리고, 다시 바다로 흘러가는 역동적인 물질 덩어리다. 대양은 수권의 가장 잘 드러난 부분으로, 지표의 약 71%를 덮고 있으며 그 깊이는 평균 3,800m이다. 바다는 지구 물의 약 97%를 차지하고 있다. 그러나 수권은 바다뿐만 아니라 구름의 수분, 하천, 호수, 빙하, 지하수도 포함하고 있다. 구름의 수분, 하천, 호수, 빙하, 지하수가 전체 물 중에서 차지하는 비율은 아주 낮지만, 하는 역할은 훨씬 더 중요하다. 역시 구름은 많은 날씨와 기후 과정에서 중요한 역할을 한다. 하천, 빙하, 지하수는 지표 생물들에게 매우 중요한 신선한 물을 공급해 주고, 또 지구의 다양한 지형을 조각하고 만들어 내기도 한다. 



생물권
  생물권(biosphere)은 지구상의 모든 생물체를 포함한다. 해양 생물들은 햇볕이 드는 바다 표면 부근에 집중되어 생활한다. 나무뿌리나 땅굴을 파는 동물들은 땅속 수 미터 그리고 하늘을 나는 곤충이나 새들도 지상 1km 정도를 생활 반경으로 하는 등, 대부분의 육지 생물들이 극한 환경에 적응하며 살고 있다. 예를 들면, 기압이 극도로 높고 빛도 들지 않는 해저의 뜨겁고 미네랄이 풍부한 가스를 내뿜는 분화구 근처에 매우 특이한 생명체 군집이 살기도 한다. 육지에 어떤 박테리아는 4km 정도 깊이의 바위 속이나 끓는 온천에서 번성하기도 한다. 또한 기류는 미생물들을 대기권 속 수 킬로미터 거리로 운반시킬 수도 있다. 그러나 이러한 극한 경우를 생각할 때도 여전히 생명체는 지표에 아주 가까이, 얇은 층에 존재한다고 생각해야 한다. 
식물과 동물은 생명체의 기본이 되는 물리적 환경에 의존한다. 그러나 유기체들은 물리적 환경에 단지 반응하는 것 이상이다. 수많은 상호작용을 통해 생명체들은 자신을 유지하고, 주변의 물리적 환경을 바꾸기도 한다. 생명체가 없다면 지권, 수권, 대기권의 구성과 성질은 아주 달라졌을 것이다. 



  과학자들은 지구를 더 완전히 이해하기 위해서는 지구의 독립적인 요소들(땅, 물, 공기, 생명체)이 어떻게 서로 연결되어 있는지 배워야 함을 깨달았다. 이것을 '지구 시스템 과학'이라고 한다. 지구 시스템 과학(Earth system science)은 지구를 상호 작용하는 다양한 부분(subsystem)들이 결합한 시스템으로 생각하고 연구하는 학문이다. 지구 시스템 과학을 연구하는 사람들은 이렇게 서로 다른 부분들을 종합해서 접근하는 방식을 통해 전 지구적인 환경 문제들을 이해하고 해결해 나갈 수 있도록 노력한다.