태양의의미 활동개요 대상 종업원 / 자영업자 개발의도 기후변화의첫수업으로서, 앞으로의수업진행에필요한배경지식인태양계와기후시스템을학습자에게알려주고자한다. 지구기후시스템의근본요소인태양의특징을알고, 태양과지구의위치에따른계절의변화에대해이해시키고, 지구의기후시스템은각권역의내부혹은권역간복잡한과정이서로얽혀현재의기상상태또는기후를나타내고있음을알려주는것이목표이다. 학습목표 태양이지구와인간에게미치는영향과그의미를안다. 기후시스템의상호작용에대해서이해한다. 06 내용체계 기후변화의현상 : 태양과지구의에너지흐름, 기후계의상호작용과순환내용기후변화현상원인영향대응차시 차시 1 차시 /12 차시소요시간 2 시간 장소 기후변화교육센터내교육실 준비물 지도자용 학습자용 활동지 2 종 ( 활동자료 1,2), 지구본, 손전등 필기구 도입 (20 분 ) 태양에대한다양한명언을통해태양에게부여되고있는의미생각해보기 흐름도 전개 (70 분 ) 태양의특징과역할이해하기 태양과지구의관계, 기후시스템의상호작용이해하기 나의경험과기후를연결해보기 마무리 (30 분 ) 태양에대한나만의명언만들기
으샤! 희망을일구는기후학교 1. 태양의의미 활동내용및방법 1. 도입 (20 분 ) (1) 태양에대한명언을통해태양의의미에대해생각해보게한다. 1 지도자는태양이라는단어가들어간명언들을찾아, 태양이라는단어를제외한채명언을학습자들에게소개하며, 빈부분에들어갈단어를맞추어보게한다. [ 예시 ] 으로는결코담뱃불을붙일수가없다. 그러나그것이결코 의결점은아니다. 을향해쏜다면, 별을맞출수도있다. 이아무리찬란하게빛나도지기마련이다. 은불타는쇠의신이다. 과죽음은가만히바라볼수없다. 은도덕적이거나부도덕하지않다. 그는있는그대로다. 그는암흑을정복한다. 예술도또한그와마찬가지다. 은다시떠오른다. 이지면만나러갈게. 을보고살아라. 너의그림자를못보리라. 07 2 지도자는명언의빈부분에들어갈단어가바로 태양 임을알려주고, 학습자들로하여금각명언들에서말하는태양의의미를자유롭게발표하게한다. [ 유의사항 ] 정답없이학습자각자가생각하는태양의의미를말하게한다. [ 예시 ] 명언설명 태양으로는결코담뱃불을붙일수가없다. - 이외수 하악하악 중 태양을향해쏜다면, 별을맞출수도있다. - P.T. 바넘 태양이아무리찬란하게빛나도지기마련이다. - 페르디난트레이먼드 태양은불타는쇠의신이다. - 아르키메데스 태양과죽음은가만히바라볼수없다. - 라로슈푸코 태양은도덕적이거나부도덕하지않다. 그는있는그대로다. 그는암흑을정복한다. 예술도또한그와마찬가지다. - R. 롤랑 태양은다시떠오른다. - 영화 미라클워커 중 태양이지면만나러갈게. - 영화 태양의노래 중 태양을보고살아라. 너의그림자를못보리라. - 헬렌켈러
태양의의미 2. 전개 (70 분 ) (1) 태양의특징과태양의역할에대해간단히설명한다. [ 참고자료 1] [ 유의사항 ] 전문적인지식은학습자의수준을고려하여생략하거나간략히설명한다. (2) 태양이지구에게미치는영향중하나로, 계절을대표적으로소개하고간단한시연을 통해계절의변화가생기는원리를설명한다. [ 참고자료 2] 08 [ 준비물 ] 지구본, 손전등 [ 활동상세 ] 지구본과손전등을이용하여계절의변화를설명한다. 여기서손전등이바로태양을의미한다. 다양한방식의시연을통해지구공전과지구자전축의기울기 (23.5 ) 에따라계절이달라짐등을설명할수있다. [ 유의사항 ] 계절의변화는지구의자전축이 23.5 기울어져있기때문에일어나는것이지만, 본수업의초점은태양의의미에있기때문에기본적으로는태양에너지에의존적인지구와인간의삶에대해언급할필요가있다. (3) 태양이지구의기후에영향을미치는주요한근원이됨을설명하며, 기후시스템에대해소개한다. [ 참고자료 3, 4] [ 참고사항 ] 지구의기후시스템은기권, 수권, 빙권, 생물권, 암석권으로구성되어있으며, 각권역의내부혹은권역간복잡한물리과정이서로얽혀현재의기상상태또는기후를유지하고있다. 또한이모든기후시스템의근원에는태양이작용하고있다. (4) 학습자로하여금자신의기억속에서태양이나기후와관련된이야기를적어보게하고 ([ 활동자료 1]), 그것을수업내용 ( 태양과지구의관계, 기후시스템의상호관련성등 ) 과관련지어발표하게한다. [ 예시 ] 2년전에일식이일어난다고해서과학관에아이들을데리고가서관측하고온적이있어요. 우리나라에서는개기일식이아닌부분일식만있었는데도태양이 70% 정도가려지니까확실히기온도좀서늘하더라고요. 태양빛이지구기온에얼마나중요한역할을하는지느낄수있었어요. [ 유의사항 ] 평범한기억일지라도, 자신의경험과기후시스템을연결하여설명할수있도록안내해야한다. 학습자가자신의경험을수업내용과관련짓기어려워할경우에는학습자로하여금자신의기억나는경험을발표하게한후, 그것을지도자가수업내용과관련지어설명해주도록한다.
으샤! 희망을일구는기후학교 1. 태양의의미 3. 마무리 (30 분 ) (1) 도입단계에서태양의의미에대한다양한명언들을다루었던것처럼, 수업내용을바탕으로각자태양의중요성과의미에대해깨달은바를바탕으로하여학습자들이태양에대한자신만의명언을만들어보게한다. [ 활동자료 2] [ 예시 ] 태양이하나인게다행이다. 태양은사랑스럽지만, 안을수없다. (2) 학습자들각자자신이만든명언과그명언에서표현하고자한태양의의미에대해발표하고, 태양의의미에대해지도자가정리를간략하게해주면서수업을마무리한다. [ 유의사항 ] 발표한명언을대상으로하여우수명언을선정하는활동을덧붙일수도있다. 이때우수명언선정은태양의의미를가장잘반영하였으며다른학습자들로하여금많은공감을자아낸명언을대상으로한다. 09
태양의의미 활동자료 [ 활동자료 1] 나의기억속태양과기후이야기활동지 나의기억속태양과기후이야기이름 : 나의기억속에남아있는태양혹은기후시스템에대한경험은무엇인가요? 10 그경험을수업내용 ( 태양과지구의관계, 태양의특징, 기후시스템의상호관련성등 ) 과관련지어해석해보세요.
으샤! 희망을일구는기후학교 1. 태양의의미 [ 활동자료 2] 나만의태양명언만들기 나만의태양명언이름 : 내가태양에대해서부여하고싶은의미는무엇인가요? 11 태양의의미를잘드러낼수있는명언을만들어봅시다.
태양의의미 참고자료 [ 참고자료 1] 태양계의특징 태양계의기원 : 성운설 우주대폭발 수소, 헬륨, 먼지등으로구성된거대성운생성 스스로의중력으로인해수축, 회전운동동반 중력수축시회전력증가 납작한원판모양 작은핵생성 원시태양형성 행성으로진화 태양과의거리에따라조성결정 12 태양의중요성 이용가능한에너지의주된근원 태양계전체질량의 99.9% 를차지 태양의인력이태양계전체운동을지배 지구와가장가까운항성 다른항성연구의기초가됨 태양의입자복사는지구주변의우주환경에큰영향 지구의대기에영향 기상현상, 해수운동 태양의표면 표면온도 : 약 5,800K 쌀알무늬 : 지름약 700km, 대류의증거, 밝은부분은대류로올라오는고온의기체, 어두운부분은냉각되어가라앉는저온의기체 흑점 : 광구면에나타나는어두운무늬, 강한자기장이있어주위보다온도낮음 ( 약 3,800K), 흑점수는약 11.2년주기로증감 ( 흑점주기 ), 흑점수는동에서서로이동하고있어이것은자전의증거이다. < 태양의흑점과쌀알무늬 > 태양의기본특징 지름 : 140만 km( 지구의 109배 ) 질량 : 지구의 33만배 거대한가스덩어리 : 수소, 헬륨
으샤! 희망을일구는기후학교 1. 태양의의미 태양의표면 홍염 (prominence) : 수만 ~ 수십만 km 높이로오르내리는기체운동, 채층물질이코로나로확장 플레어 (flare) : 흑점상공채층일부가갑자기밝아지는현상, 수분 ~1시간정도지속, 축적된자기장에너지의폭발적방출로추정 < 태양표면의현상들 > 태양풍이지구에미치는영향 태양풍 : 코로나가팽창하여우주공간을향해고속으로 불어나가는것, 매우희박한플라즈마로, 태양표면의 자기장을끌고나옴 ( 행성간자기장 ) 오로라 ( 태양풍에포함된이온들이지구자기장과상호작용하여생기는발광현상 ), 자기 폭풍 ( 지구의자기장을교란시켜무선통신등에피해 ) 등을일으킴 우주일기예보제 13 실시 오로라 : 태양풍이지구자기장상층대기와만남 자기관내에플라즈마시트라는영역에이온이쌓임 대기중입자와플라즈마입자가충돌 플라즈마입자가원래상태로돌아가면서발광 주로녹색 ( 대기구성에관계, 녹색 : 산소원자가많다는뜻 ) 2013 년 : 태양폭풍의위험 태양폭풍은흑점수와관련되어, 11년주기로활성화됨 또한 22년마다태양의전자기적에너지가최고조에달함 2013 년에이두주기가겹치면서강력한태양폭풍이발생할것으로예측하고있다. 피해 : 위성고장 통신, 안보, 송전시스템등마비, 송유관같은거대한도체에유도전류발생, GPS 마비 교통 ( 자동차, 항공, 선박등 ) 마비, 비행기여행등에서다량의방사능에피폭 인체피해 ( 특히뇌졸중 )
태양의의미 [ 참고자료 2] 태양의남중고도와계절의변화 지표면이받는태양에너지의양은태양빛과지표면이이루는각에의해결정되는데이각을태양의남중고도라한다. 태양의남중고도가높을수록지표면이받는태양에너지의양은많아진다. 그래서태양의남중고도에따라지구상의온도가변하며계절이달라지는것이다. 14 < 태양의고도측정 > 지구의자전축은 23.5 기울어져있다. 그래서지구가공전할때기울어진상태로태양의 주위를돌고있다. 그래서지구의위치에따라태양의남중고도가달라진다. < 지구의자전축이기울어지지않았을때 > < 지구의자전축이기울어졌을때 > 여름에는기온이높고겨울에는기온이낮아지는것은계절에따라태양의남중고도가 달라지구에들어오는태양복사에너지의양이다르기때문이다.
으샤! 희망을일구는기후학교 1. 태양의의미 < 계절에따라달라지는태양의남중고도 > 그러므로계절변화의중요한요인은지구에서태양까지의거리가아니라, 지구자전축의기울기이다. 지구의자전축이태양을향해기울어져있기때문에북반구가여름이될때남반구는겨울이된다. 계절의주기는 1년마다되풀이되는데, 이기간은지구가태양을한바퀴도는데걸리는시간이다. 낮의길이가가장긴하지때의태양의남중고도 (h)=90 - 위도 +23.5 이며, 낮의길이가가장짧은동지때의태양의남중고도 (h)=90 - 위도-23.5, 낮과밤의길이가같은춘 추분때의태양의남중고도 (h)=90 - 위도이다. 다음그림에서북반구를기준으로지구가 ( 라 ) 위치에있을때태양은춘분점, ( 가 ) 위치에있을때하지점, ( 나 ) 위치에있을때추분점, ( 다 ) 위치에있을때동지점에있게된다. 15 < 북반구의계절에따른지구위치 > 춘분과추분때태양빛이수직으로비추는지역은적도이다. 그리고하지때에는북위 23.5 지역, 동지때에는남위 23.5 지역을수직으로비춘다. 태양의남중고도가달라지면밤과낮의길이도같이변한다. 그래서하지때에는낮의길이가가장길고동지때에는낮의길이가가장짧다.
태양의의미 < 절기에따라태양이지나가는길 > 그러므로계절의변화는지구가자전축이기울어진상태로태양주위를공전하기때문에 태양의남중고도와밤낮의길이가변하면서생기는것이다. 16 출처 : 전학봉눈높이교실, http://blog.naver.com/postview.nhn?blogid=bluebird5519&logno=12011758617
으샤! 희망을일구는기후학교 1. 태양의의미 [ 참고자료 3] 기후계 ( 수권, 빙권, 암석권 ) 기후를결정하는데크게영향을미치는 5가지서로다른영역이있어이들은서로상호작용하는데이를 5대기후계 (climate system) 라한다. 즉, 기후에영향을주는 5대기후계는지구를둘러싸고있는기체로된기권 (atmosphere), 해양과호수등의수권 (hydrosphere), 빙하로덮인빙권 (cryosphere), 지각과상부맨틀을포함한암석권 (lithosphere), 그리고생물권 (biosphere) 이다. < 수권의분포 > 수권 (Hydrosphere) 지구표면의 71% 가물로덮여있으며이를수권 (hydrosphere) 이라한다. 지구상의물의총량은약 13억6천만km3로대부분인 97.2% 가해수이며담수는 2.8% 에불과하다. 담수도대부분이빙하와얼음으로 2.15% 를차지하고, 0.65% 만이지하수, 호수, 강등의물과대기중의수증기이다. 지구전체로볼때, 물은해양, 대기및대륙상호간에있어물의교환에의해분배되고이러한과정을물의순환이라부른다. 17 물의순환은근본적으로태양으로부터받은열에의해이루어지는데, 해양이나육상으로부터증발된물은수증기가되어대기중에머무르거나바람에의해이동되기도한다. 수증기들은응결되어구름으로변하였다가비나눈의형태로다시해양이나대륙으로되돌아온다. 빗물이나녹은눈은 < 물의순환 > 지표를따라흐르거나땅속으로침투하여지하수를이루기도하지만다시바다로흘러가거나그사이증발하여대기중으로되돌아가는순환을하게된다. 일부눈은빙하로성장하여수십년또는수천년갇히기도하지만결국에는녹아서증발하거나바다로되돌아간다. 육지에떨어진일부의물은식물에의해수분으로섭취되지만발산에의해대기중으로되돌아간다. 이와같은순환과정을통해
태양의의미 물은해양, 대륙및대기에분배되고이러한분배는끊임없이반복되고있다. 그리하여장기간에걸쳐지구전체에서얻은물의양과잃은양은평형을이루고있으며이를물수지 (water balance) 라고한다. 18 이러한수권은태양열을저장하고분산시키는역할을한다. 물은열을매우효과적으로저장하는역할을하는데저장된열은일정한비율로다시공기중에방출된다. 해양은큰열용량을가진거대한수괴 (water mass) 로낮에태양으로부터받은방대한양의에너지를저장하고햇빛이없는밤에는방출한다. 또한겨울에해양은그위를통과하는찬공기를따뜻하게해주며여름에는해수가공기보다차가워열이공기로부터해수로전달된다. 이와같이열의저장과대기와의열교환은낮과밤의기온차 ( 일교차 ) 및계절간의기온차 ( 연교차 ) 를적게하여생명체가살기좋은기후를제공하여준다. 물이없는화성이나사막이기온의일교차가심하며, 해안에위치한제주시는내륙에위치한대구시보다일교차및연교차가적은것도그런이유때문이다. 한편, 해양은지구가차별적으로흡수하는태양열을골고루분산시키는역할도한다. 즉, 태양에너지는입사각의영향으로적도지역에가장많이들어오고극지방에가장적게도달한다. 그리하여해양은대량의열을따뜻한열대지방으로부터찬극지방으로수송하는수단으로서도중요하다. 계속강하게내리쬐는태양에의해데워진적도의해수를해류에의해고위도로이동시킴으로써태양열을적게받는극지방이계속추워지는것을막아주게되는것이다. 이열수송으로해양은전체적인온도차를감소시키고, 지구규모의바람의원동력도감소시킨다. 멕시코만류, 쿠로시오해류, 브라질해류와같은난류는열을극쪽으로운반하고, 캘리포니아해류나페루해류와같은한류는찬물을적도쪽으로운반한다. 예를들어, 스코틀랜드와모스크바그리고북아메리카의허드슨만은모두동일한위도상에있으나, 스코틀랜드가다른두곳보다겨울철이훨씬따뜻하다. 스코틀랜드는멕시코만류로둘러싸여있는데아열대난류인이멕시코만류는대서양의동쪽에서출발하여카리브해서쪽으로흘러가므로, 미국의동해안은매우추운반면유럽의북서쪽은훨씬따뜻하다. 따라서수권이기후에막대한영향을미치는것은쉽게상상할수있다. 바다는또다른방식으로열을수송하는데, 지구규모의운동으로극지방의차고밀도가큰해수는밑으로가라앉아해저를따라적도쪽으로흘러간다. 이물은대부분아열대해역에서올라오는데, 이곳에서는무역풍이표층수를북서 ( 북반구 ) 혹은남서 ( 남반구 ) 쪽으로이동시켜심해로부터차가운물이용승하게된다.
으샤! 희망을일구는기후학교 1. 태양의의미 빙권 (Cryosphere) 빙권 (cryosphere) 은눈과얼음으로덮여있는부분을일컫는데기후계에서가장알려지지않은부분이다. 대다수의빙권은인구밀집지역과는동떨어져있으며양극에한정되어있어기후에미치는영향은거의없는것으로인식되어왔으나, 빙하기가알려지면서빙하의존재가기후계에커다란영향을미친다는 < 빙하가대부분인남극의모습 > 것을알게되었다. 특히사막이확장되는사막화현상은빙하의분포와밀접한관계가있는것으로인식되고있다. 극지방처럼눈이나얼음으로덮인넓은지역은해수의열전달을철저히차단하는데얼어붙은지역이해수와공기사이의직접적인열전달을막기때문이다. 특히, 얼음은흰색이기때문에햇빛을잘반사하므로다른육지나해양보다햇빛을훨씬적게흡수한다. 따라서얼음은주변지역의기온을더욱떨어뜨리는이중효과가있다. 빙하의분포는해수의분포와밀접한관계가있다. 빙하가두꺼워질수록해수면은더욱낮아지게된다. 실제로북극과남극의빙하는주변의해수를기원으로하고있다. 즉바닷물이빙하주변에일부얼어붙기도하지만, 대부분해수면에서증발한수증기가눈이나비가되어극빙하에쌓이게된다. 기후가따뜻해지면빙하덩어리가더욱많이바다에떠내려오고육지에남아있던빙하도녹아서해수면이상승하게된다. 그러나이런일은급속도로진행되지는않는다. 빙하는대기나해양보다더천천히기온상승에반응하므로기온이높아져도해수면이상승하려면수천년이걸린다. 하지만최근화석연료의사용증가와열대림훼손으로인한대기오염으로나타나는온실효과는결국빙권의축소를초래하고사막화현상이심화될것이며, 그로인한해수면의상승등은기후변화에심각한영향을줄것이다. 19 암석권 (Lithosphere) 암석권 (lithosphere) 은지각과상부맨틀을포함하는화강암, 현무암및감람암으로이루어진부분을말하는데, 암석권아래를연약권 (asthenosphere) 이라한다.
태양의의미 기후에있어서암석권의영향은단기간의변화보다는수십억년에걸친지구역사에있어서의커다란변화를보여준다. 즉, 대륙의위치는대기순환의양상에크게영향을미친다. 또한판구조론에서말하는대륙의이동은고기후에있어장기간에걸친기후의변동에영향을주었을것이다. 오랜세월을주기로하는또다른상호작용이있다. 빙하기동안에지구를덮고있었던수 km 두께에달하는빙원은그무게로밑에있는대륙들을가라앉게했다. 이러한현상은 지각평형설 로잘설명된다. 이러한지각의침강은해저지형의높이를변화시키기에충분하며이로말미암아따뜻한해수가극지방으로흘러들어가게되었다. 만일해수가조금씩극지방으로흘러간다면이것이얼어붙음으로써빙하지역에갇히게될것이다. 20 < 지각평형설의모식도, A : 에어리설, B : 프레트설 > 지각평형설 (Isostacy) 지각평형설은빙산이바다에떠있는것처럼지각도맨틀위에떠있어평형을유지한다는학설이다. 고체인지각이고체인맨틀위에떠있는것은이해하기힘들지만, 고체도오랜기간 ( 지질학적시간 ) 에걸쳐서서히작용하는거대한힘에의해액체처럼작용한다. 지각평형설에는에어리설과프레트설이있다. 에어리설은떠있는물체의밀도가일정하여물체의무게에따라가라앉는깊이가각기다르다는것이다. 따라서해양지각과대륙지각이밀도가같으므로부피가대륙지각이무거우므로대륙지각이맨틀속으로훨씬깊이자리잡고있다는것이다. 한편, 프레트설은밀도가다른물체들이질량이같으면잠긴부분의깊이는일정하는것이다. 따라서대륙지각이해양지각보다가벼우므로전체적인질량은일정하여맨틀경계부의지각의깊이가일정하다는것이다.
으샤! 희망을일구는기후학교 1. 태양의의미 [ 참고자료 4] 기후시스템 기후시스템을움직이는에너지의대부분 (99.98%) 은태양에서공급되며, 기후시스템속에서여러형태의에너지로변하고최종적으로지구장파복사형태로우주로방출된다. 지구내부에서지표로공급되는에너지량은태양복사에비해대단히적다. 대기상부에서대기층을통해내려오는태양복사에너지는구름, 오존, 수증기등에의해흡수되나대부분지표까지내려와흡수된다. 지표면에흡수되는태양복사는지표의성질 ( 알베도 ) 에따라흡수되는율이달라진다. 지표역시자신의온도에비례하는적외복사 ( 지구복사 ) 를대기로방출하게되는데, 지표에서방출된적외복사의일부는대기의온실기체에의해흡수되어다시지표로되돌아오지만 ( 온실효과 ) 대부분은외계로방출된다. 지표에흡수된복사에너지는열 ( 현열과잠열 ) 로전환되어대기의난류과정을통해대기로전달된다. 대기권에서일어나는공기, 물그리고에너지의이동은계절, 대륙분포, 대기의구성에따라변한다. 지구가둥글기때문에지표면이받는태양복사에너지는위도에따라큰차이가있다. 일반적으로저위도지표면에서는흡수되는태양에너지에비해방출되는지구복사가적어지면이가열되고고위도에서는반대로많아지면이냉각된다. 이러한고위도와저위도의기온차는중위도상층에강한편서풍 ( 제트기류 ) 을만든다. 만약남북방향으로열의수송이없고국지적인복사과정에의해에너지평형상태가이루어지면, 극지방은현재보다훨씬춥고적도부근은지금보다훨씬더울것이다. 현재와같은기온분포를유지하고있는것은대기와해양의의해열이수송되기때문이다. 21 < 기후시스템모식도 > 출처 : 기후변화정보센터, http://www.climate.go.kr/home/02_information/01_2.html