
날씨(Weather)와 기후(Climate)
	우리 생활과 밀접한 관계를 가지는 날씨와 기후란 무엇일까? 예를 들어, 오늘이 맑다, 비 온다, 흐리다, 눈 온다, 덥다, 춥다 등을 말할 때, 우리는 날씨 또는 일기(日氣)라는 용어를 사용한다. 또한 하루에 있어서도 오전은 맑다가 오후에는 비가 오기도 하며, 진주에 비가 오더라도 가까운 마산에는 맑기도 한다. 이러한 것들이 모두 날씨인 것이다. 이와 같이 날씨(weather)는 특정 지역의 특정 시간대의 대기 현상을 말하는데 ① 온도의 변화, ② 습도량, ③ 풍향, ④ 풍속, ⑤ 운량, ⑥ 강우 등 수량적으로 관측되는 모든 기상 요소로 나타나는 종합적인 대기 현상인 것이다. 한편, 기후라는 용어는 예를 들어, 우리 나라와 같이 중위도 지방은 온난 기후 지역이고, 적도 지방은 열대 기후, 사막 같은 곳은 건조 기후, 및 극지방은 냉대 기후 지역으로 일컫는데, 기후라는 용어는 날씨와는 구분하여 사용되어진다. 이와 같이 기후(climate)는 장시간 동안의 기상 현상의 평균치를 말한다. 기후에 영향을 주는 요인들을 기후 요소라 하는데 ① 온도, ② 습도, ③ 풍향, ④ 풍속, ⑤ 운량, ⑥ 강우 외에도 ⑦ 전선(前線)의 형태, ⑧ 토양 수분, ⑨ 불쾌 지수, 등이 모두 기후 요소이다. 이러한 모든 기후 요소들이 서로 복합적으로 작용하여 다양한 기상 현상이 나타나고, 지역적으로 장기간의 특징을 보여주는 기후가 된다.
그림 5. 5대 기후계. 이들은 상호작용하면서 기후에 영향을 미친다.	기후를 결정하는데 크게 영향을 미치는 5가지 서로 다른 영역이 있어 이들은 서로 상호 작용하는데 이를 5대 기후계(climate system)라 한다 (그림 5). 즉, 기후에 영향을 주는 5대 기후계는 지구를 둘러싸고 있는 기체로 된 대기권(大氣圈, atmosphere), 해양과 호수 등의 수권(水圈, hydrosphere), 빙하로 덮인 빙하권(氷河圈, cryosphere), 지각과 상부 맨틀을 포함한 암석권(岩石圈, lithosphere), 그리고 생물권(生物圈, biosphere)이다. 기후에 관한 연구를 하는 학문을 기후학(climatology)이라 한다. 따라서 기후학의 연구 대상은 대기 뿐만 아니라 기후에 영향을 미치는 5대 기후계가 모두 포함되는데, 이들이 기후학의 주요 연구 대상이다. 즉 기후학은 기상학, 해양학, 빙하학, 지질학, 및 생물학 등을 모두 알아야 하는 종합 학문인 셈이다.

대기권(Atmosphere)
그림 6. 대기의 성분. 주로 질소와 산소로 되어 있다.	지구를 둘러싸고 있는 공기(air) 전체를 대기라 한다. 대기는 기체의 혼합체이고 순수한 공기에서 수증기를 제외한 모든 기체를 ‘건조 공기’(dry air)라고 하며, 수증기를 포함한 공기를 ‘습윤 공기’(wet air)라 한다. 건조 공기의 성분은 지상 약 90 km까지는 거의 일정하며 주 성분은 질소(78.08%)와 산소(20.95%)로서 99%이상를 차지하고 있다. 그리고 나머지 기체로는 아르곤(0.93%), 이산화탄소(0.035%), 기타 기체(0.005%)들로서 모두 합쳐 1% 미만이다 (그림 6).
	대기권의 구조는 여러 높이에서 대기의 온도, 압력, 화학적 및 전기적 성질에 따라 구분할 수 있으나, 특히 온도의 변화는 대기권의 분류에 주요한 지표가 된다. 대기권은 온도의 변화에 따라 3개의 층으로 나뉘는데, 지표면에서부터 대류권(troposphere), 성층권(stratosphere), 중간권(mesosphere), 그리고 바깥쪽의 열권(thermosphere)으로 구분된다 (그림 7). 　 <- 그림 7. 대기권의 구조. 위로 올라갈수록 대류권, 성층권, 중간권, 열권으로 나뉜다.
대류권(Troposphere)
	대류권(의 높이는 약 10~15Km 사이로 평균 12km(위도 45의 경우) 정도이며, 이 높이는 기류와 원심력의 차이로 적도 지방으로 갈수록 높아지고 극지방으로 갈수록 낮아진다. 지표면을 둘러싸고 있는 대류권의 공기는 위도 차에 따른 햇빛의 입사각 차이와 지구 공전으로 태양과 지구 사이의 거리 차로 인한 온도차에 의한 대류 운동과 지구 자전 운동에 의한 원심력 등의 영향으로 매우 복잡한 기상 현상을 일으키고 있다. 비, 눈, 바람 등의 주요 기상 현상의 무대가 바로 대류권이다. 대류권에서는 고도가 높아짐에 따라 단열 팽창에 의하여 6.5℃/km씩 낮아지는 기온 감률 때문에 따뜻한 공기가 아래에 찬공기가 상부에 분포의 온도의 역전 현상으로 대류가 일어나 공기의 수직 혼합이 잘 일어난다. 대류권이라는 이름도 바로 대류현상으로 붙여진 것이다.
그림 8. 지구 대순환. 지구의 자전이 없으면, 각 반구에 하나씩의 대류가 만들어진다.	적도에서 따뜻하고 습한 공기는 수직 상승하고 고위도로부터 찬 공기가 유입되는 지구 규모의 순환(대류)운동이 일어난다. 이러한 순환은 만약 지구가 자전을 하지 않는다면, 적도에서 상승한 공기는 양극 쪽으로 이동하고 지표에서는 빠져나간 공간을 메우기 위해 극쪽에서 하강한 차가운 공기가 이동해 올 것이다. 따라서 북반구와 남반구 각각 1개씩의 대류 세포가 만들어 질 것이다 (그림 8). 태양빛의 입사각이 가장 큰 적도 지방에서는 태양 복사 에너지가 크고, 극지방으로 갈수록 감소하게 된다. 따라서 적도 지방에서는 에너지가 남고 극지방에서는 에너지가 부족한 현상이 나타나다. 이러한 불균형 상태는 공기의 대류 운동에 의하여 적도에 남는 열 에너지를 극지방에 분산시킴으로써 균형 상태를 유지하게 된다.
그림 9. 지구 대순환의 모식도. 3개의 대류 세포로 나뉘며, 지표에서는 각각 무역풍, 편서풍, 극편동풍의 바람이 발생한다.	실제 대류의 운동은 지구 자전에 의한 코리올리 효과(Coriolis effect)로 북반구에서는 시계 방향, 남반구에서는 반시계 방향의 회전 운동이 작용한다. 이러한 운동은 지표의 바람의 방향을 바꾸게 되어 지구 풍향계의 모습에 영향을 미친다. 적도 지방에서 공기가 수직 상승하므로 지표면에서는 바람이 거의 없는 적도 무풍 지대가 형성된다. 이 상승한 상층의 기류는 고위도 지방으로 이동하면서 냉각되어 위도 30도 근처에서 하강 기류를 형성한다. 이 하강하는 기류에 의해 아열대 고압대가 형성되어 일부는 적도 지방 쪽으로 이동하고 일부는 고위도로 이동한다. 고위도로 이동한 공기는 극에서 이동한 차가운 공기가 60도 부근에서 서로 만나 상승하면서 중위도 저압대를 만든다. 상승한 공기는 일부는 남으로 이동하여 30도 부근의 아열대 고압대의 하강한 공기를 메워주고, 일부는 극으로 이동하여 찬 공기가 하강하는 극 고압대의 빠져 나간 공기를 메워준다 (그림 9). 이리하여 각 반구에서는 그림 8과는 달리 그림 9에서 보듯이 3개의 대류(convection)가 만들어지며 대류 운동의 단위를 대류세포 (convection cell)라 한다. 적도에서 저위도(아열대) 고압대까지의 대류 세포를 처음 발견한 사람의 이름을 따 해들리 세포 (Hadley cell)라 하고, 저위도에서 중위도까지의 대류 세포를 훼럴 세포 (Ferrel cell), 그리고 극가지의 대류를 극 세포 (polar cell)이라 한다. 이 때, 지표에서는 고압대에서 저압대로 공기가 이동하게 되며 바람이 불게 된다. 아열대 고압대에서는 각각 적도 및 고위도 저압대로 편동 무역풍과 편서풍대를 만든다. 한편, 위도 50~60도 부근의 중위도 저압대에서는 아열대 고압대로부터 이동한 편서풍과 극지방에서 불어온 찬 극동풍이 마주치게 된다. 이렇게 부딪힌 공기는 상승하여 제트기류를 만들게 된다.
⊙ 제트 기류(Jet Stream)
그림 10. 제트기류의 변하는 모습.	차가운 극 편동풍과 따뜻한 편서풍이 60도 부근의 중위도 저압대에서 만나 상승하게 되면 대류권 상층부에서는 차갑고 따뜻한 두 공기(기단)가 서로 경계를 이루면서 동서로 이동하는 흐름이 생기는데 이를 제트 기류 (jet stream)이라 한다. 제트 기류는 비행기의 항로로 많이 이용되는데, 서에서 동으로 흐르고 있기 때문에 우리나라에서 유럽갈 때 보다 유럽에서 돌아올 때 비행시간이 1~2시간 단축된다. 이 제트 기류는 북쪽의 찬 공기와 남쪽의 따뜻한 공기가 서로 세력 다툼을 하며 계속 모양이 변하게 되는데 (그림 10), 제트기류가 지나가는 위도 50도 전후의 지방에서는 겨울철 날씨의 변화가 매우 심하게 된다. 극편동풍이 확장하게 되면, 제트기류의 경계는 상당히 남하하게 되고, 그 곳에 놓이는 지역은 매우 춥게 된다. 반대로 따뜻한 편서풍이 강해지면 제트기류의 경계는 북쪽으로 밀려나고, 겨울에도 따뜻한 날씨가 된다. 최근 인공위성 관찰 결과, 제트 기류의 모습을 극에서 보게 되면 4~6개의 꽃잎 모양을 하고 있으며 서서히 회전하는 것으로 밝혀졌다. 지난 몇년간 기상 변화에서 혹한이 유럽을 덮치고, 러시아를 덮치고, 동아시아를 지나 중부 미국에 몰아치는 현상이 바로 회전하는 제트기류의 영향으로 알려지고 있다. 우리나라도 겨울이 과거 3한4온이던 것이, 최근에 아주 추운 겨울과 따뜻한 겨울이 불규칙하게 반복되는 것은 기후 변화에 따른 제트기류대가 상당히 남하하여 영향을 미치는 것과 무관하지 않는 것이다.
그림 11. 해풍(상)과 육평(하)	대기의 대순환 외에도 지역적인 것으로 상대적 기온 차에 의한 것과 지형적인 것이 있다. 전자의 예로는 낮과 밤의 비교적 작은 기압차에 의해서 발생하는 해륙풍(海陸風)과 산골 바람(山谷風)이 있다. 해륙풍의 경우, 낮에는 육지가 바다보다 빨리 데워져서 육지가 바다보다 기압이 낮아지므로 바람이 바다에서 육지로 부는 해풍이 불고, 밤에는 반대 현상이 일어나 바람이 육지에서 바다로 부는 육풍이 부는데 주로 해안선 수십 km의 범위 내에서 이루어진다 (그림 11). 마찬가지로 산골 바람은 골짜기보다는 산정상의 온도차가 훨씬 심하여 맑은 날의 낮에는 골짜기로부터 산정으로 불어 올라가는 골바람이 불고 밤에는 산정으로부터 골짜기로 불어 내리는 산바람이 분다.
그림 12. 영서지방의 높새 바람. 동해 지방의 차갑고 습기있는 공기가 태백산맥을 지나면서 따뜻하고 건조한 공기로 바뀐다.	후자의 예로는 지형적인 영향으로 발생하는 푀엔(Föhn) 현상이 있다. 푀엔 현상은 공기가 산맥을 넘을 때, 불어 올라가는 쪽에서는 단열 냉각이 되고 불어 내려가는 쪽에서는 단열 상승한다. 그 결과 올라가는 쪽에서 구름이 생기고 심할 경우, 비가 오게 되며 산맥을 넘은 공기는 고온 건조한 바람이 된다 (그림 12). 푀엔은 알프스 북쪽에서 흔히 발생하고, 우리 나라의 경우 동해안에서 불어온 습윤한 바람이 태백 산맥을 올라가면서 단열 냉각되어 영서 지방에 비를 내리고 영서 지방에는 고온 건조한 바람이 부는 현상으로 일명 높새바람이라고도 한다. 그리고 일시적인 기상 이변으로 계절적으로 발생하는 큰 기압차로 생기는 바람이 있는데 열대성 저기압에 의한 것으로 그 중심 부근의 최대 풍속이 17 m/sec 이상으로 된 것을 극동 지방에서는 태풍(太風, Typhoon), 미국에서는 허리케인(Hurricane), 인도에서는 사이클론(Cyclone), 호주에서는 윌리윌리(willy willy)라 부른다.
성층권(Stratosphere)
	성층권은 대류권의 상부 경계에서 약 50 km까지를 말하며, 비행기의 항로는 대부분 성층권을 이용한다. 특히 성층권에서는 25~30 km 사이에 오존층이 존재하여 태양으로부터 방출되는 파장이 짧은 유해파(X-선, 감마선, 자외선 등)를 흡수하며, 이는 성층권의 상부일수록 유해파를 흡수하는 양이 많으므로 기온 상승을 초래한다. 따라서 성층권 내에서의 온도는 상부로 갈수록 상승하여 온도의 정상 분포로 인하여 대류가 일어나지 않는다.
중간권(Mesosphere)
	중간권은 성층권 상부의 층으로 지상 50~90 km 사이에 위치하며, 중간권의 하부는 기온이 0℃이나 상부로 갈수록 지구 복사열의 감소로 기온이 내려간다. 비록 기온 분포는 역전으로 대류현상은 있으나 공기의 양이 희박하여 기상 현상은 관찰되지 않는다. 낮에만 전리층의 D층이 중간권의 상부에 위치하여 파장이 긴 장파를 흡수 반사한다. 중간권에서는 비록 공기의 양은 상대적으로 희박하지만 정상적인 온도 분포를 보여주기 때문에 성층권과는 달리 공기의 대류가 있다.
열권(Thermosphere)
	열권은 지상 90 km에서 대기의 상한인 1,000 km까지이며 기온은 상부로 갈수록 상승하나 그 이 상에서는 등온층을 형성한다. 오로라가 열권에 존재하며 전리층의 E층과 F층이 100~120km과 200~500 km에 각각 위치하여 중파와 단파를 반사한다. 대기가 희박하여 밤과 낮의 온도차가 심하다.

수권(Hydrosphere)
그림 13. 수권의 분포	지구 표면의 71%가 물로 덮여 있으며 이를 수권 (hydroshpere)이라 한다. 지구상의 물의 총량은 약 13억6천만 Km³로 대부분인 97.2%가 해수이며 담수는 2.8%에 불과하다 (그림 13). 담수도 대부분이 빙하와 얼음으로 2.15%를 차지하고, 0.65%만이 지하수, 호수, 강 등의 물과 대기 중의 수증기이다. 지구 전체로 볼 때, 물은 해양, 대기 및 대륙 상호간에 있어 물의 교환에 의해 분배되고 이러한 과정을 물의 순환(hydrologic cycle)이라 부른다.
그림 14. 물의 순환.	물의 순환은 근본적으로 태양으로부터 받은 열에 의해 이루어지는데, 해양이나 육상으로부터 증발된 물은 수증기가 되어 대기 중에 머무르거나 바람에 의해 이동되기도 한다. 수증기들은 응결되어 구름으로 변하였다가 비나 눈의 형태로 다시 해양이나 대륙으로 되돌아온다. 빗물이나 녹은 눈은 지표를 따라 흐르거나 땅속으로 침투하여 지하수를 이루기도 하지만 다시 바다로 흘러가거나 그사이 증발하여 대기 중으로 되돌아가는 순환을 하게 된다. 일부 눈은 빙하로 성장하여 수십년 또는 수천년 갇히기도 하지만 결국에는 녹아서 증발하거나 바다로 되돌아간다. 육지에 떨어진 일부의 물은 식물에 의해 수분으로 섭취되지만 발산에 의해 대기 중으로 되돌아간다. 이와 같은 순환 과정을 통해 물은 해양, 대륙 및 대기에 분배되고 이러한 분배는 끊임없이 반복되고 있다. 그리하여 장기간에 걸쳐 지구 전체에서 얻은 물의 양과 잃은 양은 평형을 이루고 있으며 이를 물의 수지(water balance)라고 한다 (그림 14). 이러한 수권은 태양열을 저장하고 분산시키는 역할을 한다. 물은 열을 매우 효과적으로 저장하는 역할을 하는데 저장된 열은 일정한 비율로 다시 공기 중에 방출된다. 해양은 큰 열용량을 가진 거대한 수괴(水塊, water mass)로 낮에 태양으로부터 받은 방대한 양의 에너지를 저장하고 햇빛이 없는 밤에는 방출한다. 또한 겨울에 해양은 그 위를 통과하는 찬 공기를 따뜻하게 해주며 여름에는 해수가 공기보다 차가워 열이 공기로부터 해수로 전달된다. 이와 같이 열의 저장과 대기와의 열교환은 낮과 밤의 기온차(일교차) 및 계절간의 기온차(연교차)를 적게 하여 생명체가 살기 좋은 기후를 제공하여 준다. 물이 없는 화성이나 사막이 기온의 일교차가 심하며, 해안에 위치한 제주시는 내륙에 위치한 대구시보다 일교차 및 연교차가 적은 것도 그런 이유 때문이다. 한편, 해양은 지구가 차별적으로 흡수하는 태양열을 골고루 분산시키는 역할도 한다. 즉, 태양 에너지는 입사각의 영향으로 적도 지역에 가장 많이 들어오고 극지방에 가장 적게 도달한다. 그리하여 해양은 대량의 열을 따뜻한 열대 지방으로부터 찬 극지방으로 수송하는 수단으로서도 중요하다. 계속 강하게 내리 쬐는 태양에 의해 데워진 적도의 해수를 해류에 의해 고위도로 이동시킴으로써 태양열을 적게 받는 극지방이 계속 추워지는 것을 막아 주게 되는 것이다. 이 열 수송으로 해양은 전체적인 온도차를 감소시키고, 지구 규모의 바람의 원동력도 감소시킨다. 멕시코 만류, 쿠로시오 해류, 브라질 해류와 같은 난류는 열을 극쪽으로 운반하고, 캘리포니아 해류나 페루 해류와 같은 한류는 찬물을 적도 쪽으로 운반한다. 예를 들어, 스코틀랜드와 모스코바 그리고 북 아메리카의 허드슨만은 모두 동일한 위도 상에 있으나, 스코틀랜드가 다른 두 곳보다 겨울철이 훨씬 따뜻하다. 스코틀랜드는 멕시코 만류로 둘러 싸여 있는데 아열대 난류인 이 멕시코 만류는 대서양의 동쪽에서 출발하여 카리브해 서쪽으로 흘러가므로, 미국의 동해안은 매우 추운 반면 유럽의 북서쪽은 훨씬 따뜻하다. 따라서 수권이 기후에 막대한 영향을 미치는 것은 쉽게 상상할 수 있다. 바다는 또 다른 방식으로 열을 수송하는데, 지구 규모의 운동으로 극지방의 차고 밀도가 큰 해수는 밑으로 가라앉아 해저를 따라 적도 쪽으로 흘러간다. 이 물은 대부분 아열대 해역에서 올라오는데, 이곳에서는 무역풍이 표층수를 북서(북반구) 혹은 남서(남반구)쪽으로 이동시켜 심해로부터 차가운 물이 용승하게 된다.

빙하권(Cryosphere)
그림 15. 빙하가 대부분인 남극의 모습. 빙하권이 지구 기후에 미치는 영향이 최근에 밝혀졌다.	빙하권 (cryoshpere)은 눈과 얼음으로 덮여 있는 부분을 일컫는데 기후계에서 가장 알려지지 않은 부분이다 (그림 15). 대다수의 빙하권은 인구 밀집 지역과는 동떨어져 있으며 양극에 한정되어 있어 기후에 미치는 영향은 거의 없는 것으로 인식되어 왔으나, 빙하기(Ice Age)가 알려지면서 빙하의 존재가 기후계에 커다란 영향을 미친다는 것을 알게 되었다. 특히, 사막이 확장되는 사막화 현상은 빙하의 분포와 밀접한 관계가 있는 것으로 인식되고 있다. 극지방처럼 눈이나 얼음으로 덮인 넓은 지역은 해수의 열 전달을 철저히 차단하는데 얼어붙은 지역이 해수와 공기 사이의 직접적인 열 전달을 막기 때문이다. 특히, 얼음은 흰색이기 때문에 햇빛을 잘 반사하므로 다른 육지나 해양보다 햇빛을 훨씬 적게 흡수한다. 따라서 얼음은 주변 지역의 기온을 더욱 떨어뜨리는 이중 효과가 있다. 빙하의 분포는 해수의 분포와 밀접한 관계가 있다. 빙하가 두꺼워질수록 해수면은 더욱 낮아지게 된다. 실제로 북극과 남극의 빙하는 주변의 해수를 기원으로 하고 있다. 즉 바닷물이 빙하 주변에 일부 얼어붙기도 하지만, 대부분 해수면에서 증발한 수증기가 눈이나 비가 되어 극빙하에 쌓이게 된다. 기후가 따뜻해지면 빙하 덩어리가 더욱 많이 바다에 떠내려오고 육지에 남아 있던 빙하도 녹아서 해수면이 상승하게 된다. 그러나 이런 일은 급속도로 진행되지는 않는다. 빙하는 대기나 해양보다 더 천천히 기온 상승에 반응하므로 기온이 높아져도 해수면이 상승하려면 수 천년이 걸린다. 하지만 최근 화석 연료의 사용 증가와 열대림 훼손으로 인한 대기 오염으로 나타나는 온실 효과는 결국 빙하권의 축소를 초래하고 사막화 현상이 심화될 것이며, 그로 인한 해수면의 상승 등은 기후 변화에 심각한 영향을 줄 것이다.

암석권(Lithosphere)
	암석권 (lithosphere)은 지각과 상부 맨틀을 포함하는 화강암, 현무암, 및 감람암으로 이루어진 부분을 말하는데, 암석권 아래를 연약권(asthenosphere)이라 한다. 기후에 있어서 암석권의 영향은 단기간의 변화보다는 수십억 년에 걸친 지구 역사에 있어서의 커다란 변화를 보여 준다. 즉, 대륙의 위치는 대기 순환의 양상에 크게 영향을 미친다. 또한 판구조론에서 말하는 대륙의 이동은 고기후에 있어 장기간에 걸친 기후의 변동에 영향을 주었을 것이다. 오랜 세월을 주기로 하는 또 다른 상호 작용이 있다. 빙하기 동안에 지구를 덮고 있었던 수 km 두께에 달하는 빙원은 그 무게로 밑에 있는 대륙들을 가라앉게 했다. 이러한 현상은 ‘지각 평형설’(Isostasy theory)로 잘 설명되어진다. 이러한 지각의 침강은 해저 지형의 높이를 변화시키기에 충분하며 이로 말미암아 따뜻한 해수가 극지방으로 흘러 들어가게 되었다. 만일 해수가 조금씩 극지방으로 흘러간다면 이것이 얼어붙음으로써 빙하 지역에 갇히게 될 것이다.
⊙ 지각평형설 (Isostacy)
그림 16. 지각평형설의 모식도. A: 에어리설, B: 프레트설.	지각평형설 (isostacy theory)은 빙산이 바다에 떠 있는 것처럼 지각도 맨틀 위에 떠 있어 평형을 유지한다는 학설이다. 고체인 지각이 고체인 맨틀 위에 떠 있는 것은 이해하기 힘들지만, 고체도 오랜 기간(지질학적 시간)에 걸쳐 서서히 작용하는 거대한 힘에 의해 액체처럼 작용한다. 지각평형설에는 에어리(Aiery)설과 프레트(Pratt)설이 있다 (그림 16). 에어리설 (그림 16A)은 떠 있는 물체의 밀도가 일정하여 물체의 무게에 따라 가라앉는 깊이가 각기 다르다는 것이다. 따라서 해양 지각과 대륙 지각이 밀도가 같으므로 부피가 대륙 지각이 무거우므로 대륙 지각이 맨틀 속으로 훨씬 깊이 자리잡고 있다는 것이다. 한편, 프레트설 (그림 16B)은 밀도가 다른 물체들이 질량이 같으면 잠긴 부분의 깊이는 일정하는 것이다. 따라서 대륙 지각이 해양지각보다 가벼우므로 전체적인 질량은 일정하여 맨틀 경계부의 지각의 깊이가 일정하다는 것이다.

생물권(Biosphere)
	우리는 기후계를 공기, 물, 얼음, 암석들만의 상호작용에 의한 물리적 현상으로 생각했다. 그러나 지구가 형성된 후 기후의 변화로 번성한 생물들이 거꾸로 기후에 여러 가지 영향을 주기 시작하였다. 이를 생물권 (biosphere)라 한다. 약 30억년 전의 원시 지구 대기는 오늘날의 대기 성분과는 판이하게 달랐던 것으로 생각된다. 기온은 훨씬 높았고, 빙하기도 없었으며 탄소가 풍부한 대기 속에는 암모니아(NH₃), 메탄(CH₄), 물(H₂O), 그리고 생명체를 만들 이들 성분들의 조각이 있었다. 원시 해양 생물은 이산화탄소와 메탄으로 만들어졌다. 그리고 식물이 만들어진 후 광합성을 하면서 비로소 이산화탄소가 흡수되고 산소가 방출되기 시작하였다. 수백만 년이 지나면서 산소가 많아진 공기는 육상 생물을 출현하게 하였고, 마침내 생물은 지구상의 모든 장소와 환경에 적응하여 살게 되었다. 생물들이 기후계에 중요한 성분인 탄소의 육지 순환을 촉진시켰다. 북반구에서는 매년 대기 중의 이산화탄소량이 봄부터 가을까지 3% 가까이 감소하는데 이것은 식물이 수백억 톤이나 되는 이산화탄소를 광합성을 통하여 소비하기 때문이다. 한편 가을부터 겨울까지의 탄소 순환은 죽은 식물체로부터 유기 영양분의 형태로 다시 지구로 되돌려진다. 이 탄소는 마침내 풍화에 의해 다시 해양으로 운반되고 생물체는 이를 석회암으로 변화시키며, 이 퇴적물이 침강대를 따라 맨틀로 들어 가게 된다. 그리고는 화산 활동을 통하여 다시 대기 중으로 되돌아온다. 한편, 인류가 지구상에 출현한 것은 불과 수만 년전, 그 중에서도 지난 수백년 동안 문명이 급속도로 발달함에 따라 에너지 자원의 소비가 급격히 늘었다. 특히 화석 연료의 연소에 의한 이산화탄소의 증가로 말미암아 그 동안 균형을 이루던 이산화탄소의 순환 과정이 허물어지고 있다. 퇴적되는데 수 백만년이나 걸린 이 화석 연료를 캐내어 단 수십년 동안에 연소시킴으로써 자연의 정화에 의한 회수는 이 짧은 기간 동안에는 불가능한 것이다. 또한 산림 훼손과 해양 오염으로 인한 생태계의 파괴는 생물들에 의한 정화 능력을 현격히 저하시킨다. 기후계를 이루고 있는 이렇게 복잡한 상호 작용의 모든 것에 대하여 올바르게 이해하는 것만이 지구와 인류의 미래를 점칠 수 있게 해줄 것이다.