모의논술문제 2015 학년도연세대학교모의논술문제 ( 지구과학 ) [ 문제 3] 다음제시문을읽고아래질문에답하시오. ( 가 ) 태양계에는 8개의행성이존재하며지구에이웃한행성으로금성과화성이있다. 금성은지구의크기와비슷하며태양으로부터약 0.7 AU 거리에위치하고, 화성은지구크기의약절반이며태양으로부터약 1.7 AU 거리에위치한다 (1 AU = 지구와태양사이평균거리 ). 금성과화성의대기모두대표적인온실가스인이산화탄소가주성분으로구성되어있다. 금성의경우이산화탄소의대기가두껍게형성되어지표에서의기압이지구의약 90배에달하는반면, 화성의이산화탄소대기는매우희박하여지표에서의기압이지구의약 1/150로추정된다. 금성표면에서의탈출속도는지구와비슷하여약 10km/sec인반면화성표면에서의탈출속도는지구와금성의절반정도인약 5km/sec 이다. ( 나 ) 지구의북반구에서는, 천문현상중하나인별의일주운동이북극성을기준으로반시계방향의천구움직임으로관측되며, 기상현상중하나인열대저기압 ( 태풍혹은허리케인 ) 의자전방향도반시계방향으로관측된다. 지구와화성은자전축이비슷하게약 24도의기울기를보이며반시계방향으로자전하는반면, 금성은자전축이약 177도기울어져같은위치에서보았을때지구나화성과는달리시계방향으로아주느린속도로자전을한다. ( 다 ) 행성에서자기장의존재는대기를태양풍으로부터보호함으로써수권과생명의발현및유지에필수적인요소이다. 다이나모이론에따르면자기장의형성에는금속성유체의존재와이것의대류가필수적인요소이다. 금성과화성모두지구에서와같이금속성물질이행성의핵을이루고있으나, 지구에만유일하게현재자기장이형성되고있다. ( 라 ) 지구를일컫는말로 살아있는행성, 푸른행성, 혹은 태양으로부터세번째돌덩어리 라는등의표현을쓴다. 이들은모두지구는우리가아는형태의생명체가존재할수있는지표환경을제공해주며, 지표의상당부분이물로덮여있고또한전체적으로암석으로이루어진행성임을뜻한다. 이러한생명체가가능한지표환경을제공해주며물질의순환에중요한역할을하는지질작용중의하나가지각판의형성과그이동이다. 지각판의운동의결과지구의표면에는산맥과열도가특징적인모양으로형성되며, 이는판의운동이없는금성과화성에서의조산운동과차이를보여주게된다. 화성에는태양계에서가장큰순상화산인올림포스산이존재하며, 이는지구의에베레스트산높이의세배에달한다. 연세대학교서울캠퍼스 1
[ 그림 1] 금성, 지구, 화성의개략적크기, 구성, 자전축의기울기및태양으로부터의거리를 보여주는그림 [3-1] 제시문 ( 가 ) 를바탕으로, 3 개행성중에서금성이가장두꺼운대기층을가지게된이유를 추론하고, 행성대기분자의평균속도와행성표면탈출속도를비교해볼때모순점이없는지 논하시오. 단, 빛의세기는거리의제곱에반비례한다. [10 점 ] [3-2] 제시문 ( 나 ) 에언급된두현상을지구남반구에서관측할때, 별의일주운동방향과남반구에서의열대저기압 ( 사이클론혹은윌리윌리 ) 의자전방향과비교하고, 이두운동방향이연관되어있는이유에대해서설명하시오. 또한금성과화성의남반구에서는천체의일주운동이지구와비교하여어떻게관찰되는지제시문에근거하여추론해보시오. 단, 금성에서도일주운동관측이가능하다고가정한다. [10점] [3-3] 제시문 ( 다 ) 에서금성과화성에자기장이형성되지않는이유를제시문 ( 가 ) 의내용을참고하여 추론하시오. [10 점 ] [3-4] 제시문 ( 라 ) 를바탕으로지구에서판의운동을통해일어나는물의순환과정에대하여추론하고, 화성에태양계에서가장큰화산이존재할수있는이유에대하여추측해보시오. [10 점 ] 연세대학교서울캠퍼스 2
출제의도 1. 출제의도 - 고등학교지구과학교과과정의전분야 ( 지질, 대기, 해양, 우주등 ) 를다루었으며, 이들간의상 호작용을다양한지구과학적개념과원리에대한이해를바탕으로통섭적으로이해할수있는 지를평가한다. - 지구를하나의시스템으로파악하고지구표면에서의모든자연현상이서로밀접하게연관되 어있음을이해한다. 이를통해지구상에생명체가발현되고유지될수있는이유를이웃행성 들과의물리량의비교를통해이해하도록한다. - 암기나전문적인지식보다자연현상의원리에대한융합적이고체계적인이해를평가한다. 2. 제시문설명 제시문 ( 가 ) 이제시문은지구와이웃한행성인금성과화성의기초적인물리량을태양으로부터의거리, 크기, 탈출속도및주요대기구성성분중심으로보여줌으로써지구와대비시킨다. 제시문 ( 나 ) 이제시문은지구에서관찰되는별의일주운동및대기현상의특징을설명하고, 자전방향이나속도, 자전축의기울기가지구와는다른금성과화성에서는이러한천체및대기운동이어떻게다르게될지를유추케한다. 제시문 ( 다 ) 이제시문은대기와생명체의유지에필수적인자기장의존재에대해상기시키고, 자기장의생성 원리를바탕으로금성과화성에자기장이존재하지않는이유에대해서유추케한다. 제시문 ( 라 ) 이제시문에서는지구를살아있는행성으로규정시키는중요한지질작용중하나인지각판의형성과그이동현상에대하여소개하고, 이러한현상의유무에따라행성지표의지질환경이다르게형성될수있음을보여준다. 연세대학교서울캠퍼스 3
3. 문항분석 문제 문항분석 태양빛의세기가거리의제곱에반비례하므로, 금성에도달하는태양빛의세기가크고, 따라서금성대기입자의평균운동에너지가지구보다 ( 약 2 배 ) 클것임 ( 화성은지구보 다 0.35 배 ). 따라서두꺼운대기존재. 문제 3-1 한대기를구성하는여러입자의평균속도를비교하면가벼운입자가빠름. 이속도와탈출속도와비교하면대기에남아있을수있는입자가결정됨. 그런데, 금성이나화성도이산화탄소가대기의주성분임. 따라서이산화탄소의경우그평균속도가세행성모두에서각각의탈출속도보다작을것으로추론됨 ( 금성에서의이산화탄소분자평균속도는지구의 1.4배, 화성에서는지구의 0.6배 ) ( 지구과학 I, II) 교과연계성 : 태양계, 태양계의행성부분지구북반구에서의천구일주운동은반시계방향으로관측되며, 이는지구가서에서동쪽방향으로의자전함을의미함. 이로인해북반구에서전향력이운동방향의오른쪽으로나타남. 열대저기압의중심을향해움직이는대기는오른쪽방향전향력의영향으로반시계방향의흐름을나타나게됨. 따라서천체현상인일주운동과기상현상인열대저기압의자전방향이모두반시계방향임. 문제 3-2 남반구에서는, 서에서동쪽방향으로의지구자전때문에천구의일주운동이시계방향으로관측됨. 지구자전에의한전향력이운동방향의왼쪽으로나타나게되어열대저기압의자전방향이시계방향으로나타남. 따라서천체현상인일주운동과기상현상인열대저기압의자전방향이모두시계방향임. 화성에서는지구와같은경향을보일것이고, 금성에서는지구와반대로남반구에서는반시계방향, 북반구에서는시계방향이될것임. ( 지구과학 I) 교과연계성 : 행성의운동, 대기의순환부분제시문 ( 다 ) 에의하면금성과화성에도금속성물질이행성의핵을이루고있으나지구와는다르게자기장이형성되지않는다고하였음. 제시문 ( 다 ) 에서설명한자기장의생성원리에서금속성유체의존재와이것의대류가필수적인요소라고하였으므로, 금성이나화성에는금속성핵이존재하지만이것이유체상태가아니거나대류하지않기때문에자기장이만들어지지않는다고유추할수있음. 문제 3-3 제시문 ( 가 ) 에서보여준금성과화성의물리량을근거로유추해볼때, 금성의경우태양으로부터가까이위치하고온실가스의대기가두껍게지표를감싸고있기때문에행성의외부로열의손실이적고금속성핵이유체상태이지만열적인평형상태로대류하지않을것을유추할수있음. 화성의경우는지구에비해태양에서멀리떨어져있고크기도지구의절반임으로지구보다 ( 반지름에반비례하기때문에약두배 ) 빠르게식어서금속성핵이고체상태로변해자기장이형성될수없음을추론할수있음 ( 지구과학 I, II) 교과연계성 : 지구자기장, 지구내부부분 연세대학교서울캠퍼스 4
문제 문항분석 제시문 ( 라 ) 는지구에서일어나는물의순환이지각판의운동과도연관되어있음을암시한다. 지각판의운동결과산맥과열도가형성된다고했을때지표의물이 ( 섭입대와같은환경에서 ) 지각판의운동과함께지구깊은곳으로이동하게되고일정한깊이에도달하게되면암석과함께마그마를형성하여화산으로분출됨으로써다시지표나대기중으로순환하게되는과정을추론할수있다. 문제 3-4 화성에태양계에서가장큰순상화산이존재하는이유는화성에는지각판의운동이없다는사실로부터유추할수있다. 순상화산을형성하는마그마는일반적으로맨틀갚은곳의고정된위치에서유래하게되는데 ( 맨틀풀룸 ). 지구의경우지각판이지속적으로이동함으로하와이와같은순상화산의열도를만들어화산의크기가분산이되고, 화성의경우는마그마의위치와함께지각판도고정되어있기때문에지속적으로분출한마그마가단일순상화산을큰규모로성장시킬수있음을추론한다. ( 지구과학 I, II) 교과연계성 : 지구계의구성, 판구조론, 조산운동 ( 화산 ) 부분 연세대학교서울캠퍼스 5