지구의 대기, 날씨 및 구성

지구의 대기는 인간을 포함한 모든 생명을 유지시켜주는 소중한 존재입니다.

주어진 시간과 장소의 날씨 (대기 상태)는 일상생활은 물론 일반적인 생활 패턴에도 큰 영향을 미칩니다.

사실상 우리의 모든 활동은 날씨의 영향을 받지만, 항공만큼 날씨의 영향을 많이 받는 것은 없습니다.
날씨는 복잡하고 때때로 이해하기 어렵습니다.

지구의 불안한 대기는 거의 끊임없이 평형에 도달하기 위해 움직이고 있습니다.

이러한 끝없는 공기의 움직임은 계속적인 연쇄 반응을 일으켜 다양한 날씨로 이어집니다.

지구의 대기에 대해서 간략하게 살펴봅시다.
대기의 구성 요소, 수직 구조, 밀도와 저산소증에 특별한 관심이 있는 일반인들이나 항공종사자분들에게 아주 유용한 정보가 될 것입니다.

대기의 구성 요소
공기는 여러 가스의 혼합물입니다.

매우 건조한 상태에서는 약 78%의 질소와 21%의 산소로 구성돼 있습니다.

나머지 1%는 아르곤, 이산화탄소, 네온, 헬륨 등과 같은 기타 가스입니다.
그러나 자연 상태에서의 공기는 완전히 건조하지 않습니다.

약 0%~5% 부피에 해당하는 다양한 양의 수증기를 포함합니다.

수증기 함량이 증가함에 따라 다른 가스는 비례하여 감소합니다.

수직 구조
우리는 여러 층에 나타나는 특성에 따라 대기를 층 또는 구체로 분류합니다.

대부분의 날씨는 대류권에서 발생하고 대부분의 비행은 대류권과 성층권에서 발생합니다.
대류권은 지표면에서 평균 고도 약 7마일(11.26km)까지의 층입니다.
고도가 증가함에 따라 전반적으로 온도는 감소합니다.
대류권의 높이는 위도와 계절에 따라 다릅니다.
위도에 따라 극지방 상공 약 20000피트(6km),
적도 상공 65000피트(20km)입니다.
계절에 따라 겨울보다 여름에 더 높습니다.

 

대류권의 맨 위에는 대류권 계면(Tropopause)이 있습니다.
이는 대류권과 성층권 사이의 경계를 표시하는 매우 얇은 층입니다.

대류권 계면의 높이와 특정 기상 현상은 관련이 있습니다.

다음에 비행에 대한 대류권 계면의 중요성에 대해 자세히 논의하겠습니다.
대류권 계면 위에는 성층권이 있습니다.
성층권은 상단 부근의 온난화 경향을 제외하고 고도에 따른 상대적으로 작은 온도 변화가 특징입니다.

 

표준 대기
불안정한 대기에서 온도와 압력의 지속적인 변화는 고정된 참조 값이 필요한 엔지니어와 기상학자에게 몇 가지 문제를 야기합니다. 표준값을 도출하기 위해 그들은 모든 위도, 계절 및 고도에 대해 대기권 전체의 조건을 평균화했습니다.

결과는 다음과 같은 표준 대기입니다.

평균 해수면 상의 기압이 1013.25 hPa

지상 기온 15℃

기온 체감률은 고도 11km까지는 6.5℃/km, 11∼20km는 0℃/km(등온층)이며, 권계면의 고도는 11km, 권계면 기온은 -56.5℃, 해면 상의 공기 밀도 1.225kg/m3, 중력가속도 9.8066m/s2, 그 밖에 대기의 조성은 고도 80km까지 일정하고, 수증기를 포함하지 않는 건조 공기.

지정된 해수면 온도 및 압력, 높이에 따른 온도 및 압력의 특정 변화율, 기압 고도계를 교정하고 항공기 성능 데이터를 개발하기 위한 표준값입니다.

밀도와 저산소증
공기는 물질이고 무게가 있으며, 기체이기 때문에 압축할 수 있습니다.

대기가 표면에 가하는 압력은 표면 위 공기 무게의 결과입니다.

따라서 지표면 근처의 공기는 높은 고도의 공기보다 훨씬 밀도가 높습니다.
높이에 따른 밀도와 압력의 감소는 이후 종종 더 등장할 것입니다.
고도가 높아짐에 따라 공기 밀도가 감소하는 것은 무시할 수 없는 생리학적 효과가 있습니다.

폐가 산소를 흡수하는 속도는 폐에서 공기 안의 산소가 가하는 부분압에 따라 달라집니다.

대기에는 약 1/5의 산소가 있으므로 산소 압력은 주어진 고도에서 전체 압력이 약 1/5입니다.

일반적으로 우리의 폐는 제곱인치당 약 3파운드(1.3kg)의 산소 압력에 익숙해져 있습니다.
그러나 고도가 높아짐에 따라 기압이 감소하기 때문에 산소압도 감소합니다.

조종사가 계속해서 고도를 높이거나 산소 보충 없이 높은 고도에서 장기간 비행하면 저산소증에 걸릴 가능성이 높습니다. 대표적인 증상은 피로감입니다. 또한 시야가 좁아지고 판단력이 흐려지며, 황홀경에 빠질 수도 있습니다.

호흡곤란을 겪으며 마지막 단계에는 의식을 잃게 됩니다.

사람이 자신이 고통을 겪고 있다는 사실을 깨닫지 못한 채 의식을 잃은 사례가 알려져 있습니다.
10000피트 이상에서 비행할 때는 항상 주의를 기울어야 합니다.

졸음이나 과도한 피로감은 저산소증으로 인한 것일 수 있습니다.

만약 당신이 산소가 부족하다면, 더 낮은 고도로 내려가야 합니다.

하강 후에도 피로나 졸음이 계속된다면 저산소증이 아닌 다른 원인입니다.
안전한 절차는 10000피트 이상의 장기 비행 및 12000피트 이상의 짧은 비행에도 보조 산소마스크를 사용하는 것입니다. 약 40000피트 이상에서는 가압장치가 필수입니다.

 

지구에서 살아가면서 공기의 구성이 어떻게 되어있는지 몰랐는데 이번에 공부하면서 저도 더 자세히 알게 되었습니다.

항공 기상 특성상 수증기의 역할이 중요합니다. 앞으로도 수증기가 다양하게 활약하는 데 어느 기상 현상에 연관이 되어 있는지 차차 알아가 보도록 하겠습니다. 지구 과학에서 살짝 배웠던 지구의 대기층을 배웠습니다. 대류권과 성층권이 핵심 주축으로 비행기가 운항하는데 가장 중요합니다. 앞으로도 여러 기상 현상이 이 두층에서 나타나는데 여러 가지 특징이 있으니 두 층에 대해 더 깊은 관심을 가지고 같이 공부하면 좋을 거 같습니다.

조종사로서 산소의 압력과 고도, 즉 우리 몸에 어떻게 작용하는 지를 알게 되면서 포스팅을 마치겠습니다.
긴 글을 끝까지 읽어주셔서 감사합니다.