지구과학

지구과학(地球科學, )은 지구라는 행성과 관련된 모든 자연과학 분야를 포함한다. 이는 지구의 네 가지 권역인 생물권, 수권/빙권, 대기, 그리고 지권(또는 암석권)의 물리적, 화학적, 생물학적 복합 구성과 시너지 결합을 다루는 과학의 한 분과이다. 지구과학은 행성과학의 한 분과로 간주될 수 있으나 훨씬 더 오래된 역사를 가지고 있다.

 지질학 
섬네일|막테쉬 라몬에 나타난 퇴적암 지층

지질학은 광범위하게 지구의 구조, 물질 및 과정을 연구하는 학문이다. 지질학은 주로 지각과 암석을 포함하는 암석권, 즉 지구 표면에 대한 연구이다. 여기에는 암석권에서 일어나는 물리적 특성과 과정뿐만 아니라 이들이 지열 에너지에 의해 어떤 영향을 받는지도 포함된다. 지질학적 요소들이 상호작용함에 따라 화학, 물리학, 생물학적 측면도 통합한다. 지사학은 지질학을 적용하여 지구의 역사를 해석하고 시간이 지남에 따라 지구가 어떻게 변화했는지를 연구한다.

지구화학은 지구의 화학적 성분과 과정을 연구한다. 지구물리학은 지구의 물리적 성질을 연구한다. 고생물학은 암석권에 있는 화석화된 생물학적 물질을 연구한다. 행성지질학은 외계 천체와 관련된 지구과학을 연구한다. 지형학은 지형의 기원을 연구한다. 구조지질학은 암석의 변형을 연구하여 산맥과 저지대가 형성되는 과정을 다룬다. 자원 지질학은 광물에서 에너지 자원을 얻는 방법을 연구한다. 환경지질학은 오염과 오염 물질이 토양과 암석에 미치는 영향을 연구한다. 광물학은 광물을 연구하는 학문으로, 광물의 형성, 결정 구조, 광물과 관련된 위험, 그리고 광물의 물리적·화학적 성질에 대한 연구를 포함한다. 암석학은 암석의 형성과 조성을 포함하여 암석을 연구하는 학문이다. 암석기재학은 암석학의 한 분과로 암석의 유형과 분류를 연구한다.

 지구 내부 
섬네일|화산 폭발은 지구 표면 아래에 저장된 에너지가 방출되는 현상이다.

판 구조론, 산맥, 화산, 그리고 지진은 지구 지각 내의 물리적, 화학적 과정으로 설명될 수 있는 지질학적 현상이다. 지구 지각 아래에는 무거운 원소의 방사성 붕괴에 의해 가열되는 맨틀이 존재한다. 맨틀은 완전히 고체는 아니며, 반영구적인 대류 상태에 있는 마그마로 구성되어 있다. 이 대류 과정은 암석권 판을 비록 느리지만 움직이게 만든다. 그 결과 발생하는 과정을 판 구조론이라고 한다. 새로운 지각이 생성되는 지각 영역을 발산형 경계라고 하며, 지각이 다시 지구 내부로 들어가는 곳을 수렴형 경계, 그리고 판이 서로 스쳐 지나가지만 새로운 암석권 물질이 생성되거나 파괴되지 않는 곳을 변환(또는 보존형) 경계라고 한다. 지진은 암석권 판의 움직임으로 인해 발생하며, 지각의 일부가 섭입의 일환으로 지구 내부로 강제로 밀려 들어가는 수렴형 경계 근처에서 자주 발생한다.

판 구조론은 지표면이 재생되는 과정으로 생각할 수 있다. 해저확장설의 결과로, 맨틀에서 지표면 근처로 마그마가 틈새를 통해 흘러나와 냉각되고 고체화되면서 새로운 지각과 암석권이 생성된다. 섭입을 통해 해양 지각과 암석권은 대류하는 맨틀로 격렬하게 되돌아간다. 화산은 주로 섭입된 지각 물질이 녹으면서 발생한다. 연약권으로 밀려 들어간 지각 물질은 녹게 되고, 녹은 물질의 일부는 표면으로 상승할 만큼 충분히 가벼워져 화산을 탄생시킨다.

 대기과학 

섬네일|자기권은 태양풍의 하전 입자로부터 지구 표면을 보호한다.(이미지는 실제 축척이 아님.)

대기과학은 처음에 19세기 후반 기상에 대한 연구인 기상학을 통해 날씨를 예측하기 위한 수단으로 발전했다. 대기화학은 대기 오염을 측정하기 위해 20세기에 발전했으며, 1970년대에는 산성비에 대응하여 확장되었다. 기후학은 기후와 기후변화를 연구한다.

대류권, 성층권, 중간권, 열권, 그리고 외기권은 지구의 대기를 구성하는 다섯 개의 층이다. 대기 질량의 75%는 가장 낮은 층인 대류권 내에 위치한다. 전체적으로 대기는 약 78.0%의 질소, 20.9%의 산소, 0.92%의 아르곤, 그리고 이산화탄소와 수증기를 포함한 소량의 다른 기체들로 구성되어 있다. 수증기와 이산화탄소는 온실 효과를 통해 지구 대기가 태양 에너지를 포착하고 유지하도록 만든다. 이는 지구 표면을 액체 상태의 물과 생명이 존재할 수 있을 만큼 따뜻하게 만든다. 열을 가두는 것 외에도 대기는 지구 표면을 우주선으로부터 차단함으로써 생명체를 보호한다. 핵의 내부 운동에 의해 생성된 자기장은 자기권을 형성하여 태양풍으로부터 지구의 대기를 보호한다. 지구의 나이는 45억 년이므로, 보호막인 자기권이 없었다면 지금쯤 대기를 잃었을 것이다.

 지자기 

 수문학 

섬네일|upright=1.3|물의 순환을 통한 물의 이동

수문학은 수권과 지구상 물의 이동을 연구하는 학문이다. 이는 인간이 담수 공급원을 어떻게 사용하고 상호작용하는지에 대한 연구를 강조한다. 물의 이동에 관한 연구는 지형학 및 지구과학의 다른 분과와 밀접하게 연관되어 있다. 응용 수문학은 수생 환경을 유지하고 물 공급을 분배하기 위한 공학을 포함한다. 수문학의 하위 분야로는 해양학, 수문지질학, 에코수문학, 그리고 빙하학이 있다. 해양학은 바다를 연구하는 학문이다. 수문지질학은 지하수를 연구하는 학문이다. 여기에는 지하수 공급원의 매핑과 지하수 오염 물질 분석이 포함된다. 응용 수문지질학은 지하수와 광천의 오염을 방지하고 이를 식수로 사용할 수 있게 만드는 것을 목표로 한다. 지하수 자원의 초기 개발은 기원전 3000년까지 거슬러 올라가며, 과학으로서의 수문지질학은 17세기부터 수문학자들에 의해 발전되었다. 에코수문학은 수권 내의 생태계를 연구하는 학문이다. 이는 수생 생태계의 물리적 연구와 수생 생물의 생물학적 연구로 나뉠 수 있다. 에코수문학은 생물과 수생 생태계가 서로 미치는 영향뿐만 아니라 이러한 생태계가 인간에 의해 어떤 영향을 받는지도 포함한다. 빙하학은 빙하와 얼음 및 눈으로 덮인 지구를 포함한 빙권을 연구하는 학문이다. 빙하학의 관심 분야로는 빙하 담수 이용, 빙하 재해 완화, 얼어붙은 땅 아래에 존재하는 자원 확보, 그리고 기후변화가 빙권에 미치는 영향 대응 등이 있다.

 생태학 

생태학은 생물권을 연구하는 학문이다. 여기에는 자연에 대한 연구와 생명체가 지구 및 서로와 어떻게 상호작용하는지, 그리고 그 결과는 무엇인지에 대한 연구가 포함된다. 생명체가 자신을 유지하기 위해 지구로부터 산소, 물, 영양소와 같은 자원을 어떻게 사용하는지를 고찰한다. 또한 인간과 다른 생물들이 자연에 어떤 변화를 일으키는지도 고찰한다.

 자연지리학 

자연지리학은 지구 시스템 과학과 이들이 하나의 독립된 시스템의 일부로서 서로 어떻게 상호작용하는지를 연구하는 학문이다. 여기에는 천문학, 수리지리학, 기상학, 기후학, 지질학, 지형학, 생물학, 생물지리학, 농림토양학 및 토양지리학이 포함된다. 자연지리학은 지구상의 인구 집단을 연구하는 인문지리학과는 구별되지만, 인간이 환경에 미치는 영향은 포함한다.

 방법론 

방법론은 연구 대상의 성격에 따라 달라진다. 연구는 일반적으로 관찰, 실험, 또는 이론의 세 가지 범주 중 하나에 속한다. 지구과학자들은 지구 현상을 연구하기 위해 정교한 컴퓨터 분석을 수행하거나 흥미로운 장소(예: 남극 또는 열점 군도)를 방문하기도 한다.

지구과학의 기초가 되는 아이디어는 동일과정설로, 이는 "고대의 지질학적 특징은 쉽게 관찰되는 활동적인 과정을 이해함으로써 해석된다"는 개념이다. 다시 말해, 현재 작동하고 있는 모든 지질학적 과정은 지질 시대 전체에 걸쳐 동일한 방식으로 작동해 왔다. 이를 통해 지구의 역사를 연구하는 사람들은 현재 지구의 과정이 어떻게 작동하는지에 대한 지식을 적용하여 행성이 긴 역사 동안 어떻게 진화하고 변화해 왔는지에 대한 통찰력을 얻을 수 있다.

 지구의 권역 

지구과학에서는 지구 표면을 여러 개의 뚜렷한 층으로 개념화하는 것이 일반적이며, 이를 흔히 권(spheres)이라고 부른다. 즉 암석권, 수권, 대기, 그리고 생물권이다. 이러한 권역의 개념은 지구 표면과 그 다양한 과정을 이해하는 데 유용한 도구이다.Earth's Spheres . ©1997–2000. Wheeling Jesuit University/NASA Classroom of the Future. Retrieved November 11, 2007. 이들은 각각 암석, 물, 공기, 생명에 해당한다. 또한 일부 학자들은 수권의 뚜렷한 부분으로서 빙권(얼음에 해당)과 활동적이고 서로 섞여 있는 권역으로서 토양권(흙에 해당)을 포함시키기도 한다.
다음의 과학 분야들은 일반적으로 지구과학 내로 분류된다:
 지질학은 지구의 지각(또는 암석권)의 암석 부분과 그 역사적 발전을 설명한다. 주요 하위 학문으로는 광물학과 암석학, 지형학, 고생물학, 층서학, 구조지질학, 토목지질학, 그리고 퇴적학이 있다.
 자연지리학은 지리학을 지구과학으로서 초점을 맞춘다. 자연지리학은 지구의 계절, 기후, 대기, 토양, 하천, 지형, 그리고 바다에 대한 연구이다. 자연지리학은 다음과 같은 여러 분과 또는 관련 분야로 나뉠 수 있다: 지형학, 생물지리학, 환경지리학, 고지리학, 기후학, 기상학, 해안지리학, 수문학, 생태학, 빙하학.
 지구물리학과 측지학은 지구의 형상, 힘에 대한 반응, 그리고 자기장과 중력장을 조사한다. 지구물리학자들은 맨틀과 핵뿐만 아니라 암석권의 판 구조 및 지진 활동을 탐구한다. 지구물리학은 특히 광물 및 석유 탐사에서 지각 지질학에 대한 포괄적인 이해를 발전시키기 위해 지질학자들의 작업을 보완하는 데 흔히 사용된다. 지진학자들은 판 구조 운동을 이해하고 지진 활동을 예측하기 위해 지구물리학을 사용한다.
 지구화학은 지질 환경에서 화학 화합물과 동위원소의 존재비, 조성 및 분포를 제어하는 과정을 연구한다. 지구화학자들은 화학의 도구와 원리를 사용하여 지구의 조성, 구조, 과정 및 기타 물리적 측면을 연구한다. 주요 하위 학문으로는 수계 지구화학, 우주화학, 동위원소 지구화학 및 생물지구화학이 있다.
 토양학은 토양생성작용의 대상이 되는 지구 지각의 가장 바깥쪽 층(또는 토양권)을 다룬다.Elissa Levine, 2001, The Pedosphere As A Hub broken link? 이 연구 분야의 주요 세부 분야로는 농림토양학과 토양학(pedology)이 있다.
 생태학은 생물과 그들 환경 사이의 상호작용을 다룬다. 이 연구 분야는 지구가 생명체로 가득 찬 유일한 행성이라는 점에서 지구에 대한 연구를 태양계의 다른 행성들과 차별화한다.
 수문학, 해양학 및 육수학은 물의 이동, 분포 및 수질에 초점을 맞춘 연구이며, 지구와 그 대기(또는 수권)의 수문 순환의 모든 구성 요소를 포함한다. "수문학의 하위 분야로는 수문기상학, 지표수 수문학, 수문지질학, 유역 과학, 산림 수문학, 그리고 수질 화학이 있다."
 빙하학은 지구의 얼음 부분(또는 빙권)을 다룬다.
 대기과학은 지표면과 외기권(약 1000 km) 사이의 지구의 기체 부분(또는 대기)을 다룬다. 주요 하위 학문으로는 기상학, 기후학, 대기화학, 그리고 대기물리학이 있다.

 지구과학 분류 

 대기
 대기화학
 지리학
 기후학
 기상학
 수문기상학
 고기후학

 생물권
 생물지구화학
 생물지리학
 생태학
 경관생태학
 지질고고학
 지질미생물학
 고생물학
 화분학
 미고생물학

 수권
 수문학
 수문지질학
 육수학 (담수 과학)
 해양학 (해양 과학)
 화학해양학
 물리해양학
 생물해양학 (해양생물학)
 지질해양학 (해양지질학)
 고해양학

 지권 (암석권)
 지질학
 광상학
 토목지질학
 환경지질학
 법지질학
 지사학
 제4기 지질학
 행성지질학 및 행성지리학
 퇴적학
 층서학
 구조지질학
 지리학
 인문지리학
 자연지리학
 지구화학
 지형학
 지구물리학
 지질연대학
 지질역학 (또는 구조론)
 지구자기학
 중력측정 (측지학의 일부이기도 함)
 지진학
 빙하학
 수문지질학
 광물학
 결정학
 보석학
 암석학
 암석물리학
 동굴학
 화산학

 토양권
 지리학
 토양학
 농림토양학
 토양학(Pedology)

 시스템
 지구 시스템 과학
 환경과학
 지리학
 인문지리학
 자연지리학
 가이아 이론
 생태계학
 지질시스템학

 기타
 지리학
 지도학
 지리정보학
 지리정보과학
 지리통계학
 측지학 및 측량
 원격 탐사
 수로학
 나노지구과학

 각주 

 외부 링크 

 한국지질자원연구원
 자원용어사전
 광물자원용어사전


분류:지구
분류:행성과학
분류:과학에 관한 목록