[대기오염개론] 대기 권역 특징

1. 대기 성분

- 부피기준 질소(N2, 78.08%), 산소(O2, 29.04%), 아르곤(Ar, 0.93%), 이산화탄소(CO2, 0.035%), 그 외 미량의 네온(Ne), 헬륨(He), 제논(Xe) 등으로 구성되어 있다.

 

- 대기가 질소와 산소만으로 구성되어 있다고 한다면 부피비(체적비)

   질소 : 산소 = 0.79 : 0.21

 

- 공기는 혼합물로 분자량은 29로 대체로 가정한다.

  : 공기의 평균분자량(kg) = 28kg*0.79 + 32kg*0.21 = 28.84kg ≒ 29kg

 

2. 대기 4권역

대기 4권역

(1) 대류권(Troposphere) : 지표면에서 높이 약 10 ~ 12km까지

- 지표면에서 방출된 열로 인해 지표면과 가까운 곳은 온도가 높고 높이가 높아질수록 온도가 감소한다.

 

- 대기 중에 수중기로 인해 비와 구름, 눈 등 기상현상이 발생하고 대기가 불안정하여 대류운동이 매우 활발하다.

 

- 고도에 따라 6.5℃/km의 온도 감소를 보이고, 풍속은 높아질수록 증가한다.

 

- 대류권의 높이는 극지방(고위도 지방)에서는 낮고(약 8km) 적도지방(저위도지방)에서 높으며(약 15km). 같은 장소에서 여름이 겨울보다 높게 나타난다.

  : 적도지방, 여름엔 폭풍 등의 강한 대류가 지속적으로 일어나 대류권계면이 상승

    극지방, 겨울엔 태양복사에너지보다 지표복사에너지가 더 많기 때문에 대류가 거의 일어나지 않아 대류권계면 하강

 저위도 지방 > 고위도 지방,  여름 > 겨울

 

 

(2) 성층권(Stratosphere) : 약 10 ~ 50km까지

- 성층권의 하부에서는 온도의 변화가 일정하지만 상부에서는 높이가 높아질수록 온도가 증가한다.

  : 오존층이 태양의 자외선을 흡수하기 때문이다.

 

- 성층권 내 높이 20 ~ 30km 구간에 오존이 많이 존재하는 층을 오존층이라 하며 오존의 최대 농도는 10ppm

 

- 열적으로 안정되어 있어 대류 및 난류가 존재하지 않는 안정한 층이다.

 

- 파장이 200 ~ 300nm인 자외선에 의해 오존의 생성과 소멸 반응이 활발하게 일어난다.

 

- 자외선의 강도에 따라 오존의 생성 농도가 변화하므로, 자외선이 강한 여름철에 오존의 농도는 최대가 된다.

 

- 오존층의 두께 단위 : 돕슨(Dobson), DU(Dobson Unit) : 1mm = 100DU, 1DU = 0.01mm

  : 적도지방 200DU, 극지방 400DU, 평균 300DU

 

- 성층권을 비행하는 초음속 여객기에서 고농도 질소산화물(NO)과 탄산가스가 배출되며 이 중 질소산화물(NO)은 촉매역할을 하여 오존을 파괴한다.

 

 

(3) 중간권(Mesosphere) : 50 ~ 80km 사이

- 대기권에서 가장 기온이 낮은 곳(온도 약 -90℃)으로 유성이 관측되기도 함.

 

- 높이가 높아질수록 온도가 감소한다.

 

 

(4) 열권(Thermosphere) : 80km 이상

- 높이가 높아질수록 온도가 증가한다.

 

- 0.1μm 이하의 자외선을 흡수하기 때문에 온도가 증가한다.

 

 

3. 대기의 분류

(1) 균질층(Homosphere)

- 지상 0 ~ 88km 사이의 고도에서 공기의 구성성분이 비교적 고루 섞여 있기 때문에 이 층을 균질층이라고 한다.

 

- 수분을 제외하고 질소 및 산소 등의 분자조성비가 어느 정도 일정하다.

 

- 지상 0~5.6km의 공간에서는 건조공기의 50%, 지상 0~30km의 공간에서 공기의 98%가 존재한다.

 

 

(2) 이질층(Heterosphere)

- 고도 88km 이상의 상층으로 대기의 성분비가 일정하지 않기 때문에 이질층(비균질층)이라고 한다.

 

- 대기가 매우 희박해서 기체의 확산분리작용이 혼합작용보다 우세하다.

 

- 비교적 가벼운 기체로 이루어져 있어 균질층보다 상대적으로 밀도 낮음, 충돌빈도 낮음, 확산 큼.

 

- 높이에 따라 대기성분비가 달라지는데, 보통 4개층으로 분류

  : 질소층 < 산소층(약170~1000km) < 헬륨층(1000~3600km) < 수소층(3600~9600km)

 

- 이질층의 공기는 태양에너지 중에서 유해한 것을 흡수하여 생물세포의 이온화 또는 화상을 방지한다.

 

- 강한 산화력으로 지상에서 발생되어 상승한 이물질 등을 산화, 소멸시키기도 한다.