걸렸다. 작년에는 다구가 올해는 박문호가 과학을 공부하라고 유혹한다. 달콤하다. 남은 평생 즐겁게 공부할 재료를 얻어서 행복하다.
지구과학과 천문학을 전혀 이해할 수 없었다. 공부의 중심을 잡지 못해서였다. 늘 숙제로 안고 있었는데, 두 사람 덕분에 이 오랜된 숙제를 풀 수 있기를 기대한다.
137억년 우주의 진화 제9회_2017 [ 출처 : 박자세 TV ]
1강 암석학 https://www.youtube.com/watch?v=lqs-_LR41sw
[ 주제어 : 가속된 전자의 교환 ]
1. 지구의 생성
1) 빅뱅으로 우주가 시작되었고, 90억년이 지나서 지구가 탄생했다. 빅뱅은 137억년 전에 일어났고, 지구는 지금부터 46억년 전에 만들어졌다. 38억년 전에 생명이 나타났다. 300만년 전에 인류가 나타났다.
가. 우주는 전자(e : electron), 양성자(p : proton), 광자( γ : photon)로 구성되어있다.
나. 빅뱅 직후 백만분의 1초(10-6초)때 한 번 만들어진 양성자(H+)에 의해 나머지 원자들이 만들어졌다.
다. He는 알파 입자다. 다른 원소와 결합하지 않는다. 양성자 2 + 중성자 2 + 전자 2개로 이루어졌다.
라. 지구의 형성 과정
원자 -> 이온 -> 광물 / 대기 -> 암석 -> 해양지각 -> 대양 -> 대륙지각 -> 대륙이동 -> 지구환경표층사
마. 광자 γ(photon) : 빛의 에너지는 플랑크 상수(h)에 빛의 진동수(ν)를 곱한 값, 즉 E=hν
* 플랑크상수 h = 6.6x10⁻³⁴J.s
사실 제대로 아는 것이 없다. 살아가면서 무수히 많은 무언가를 배우고 외웠는데, 시험에 나오지 않거나 시험공부를 하지 않은 것은, 토막나서 머릿속 어딘가에 던져져 울고 있다. 제대로 된 사실들을 체계를 갖춰 머릿속에 집어 넣도록 하자. 박문호는 가능하다고 한다. 어렵지 않다. 무조건 외우면 된다. 학자들이 이미 검증한 사실들이다. 자신이 15년에 걸쳐 공부를 해 봤더니 시행착오를 겪지 않고 접근할 수 있을 것이라고 자신한다. 대학 교과서와 노벨상을 수상한 권위 있는 논문 중심으로. 그것이 현재 상태의 정상과학이기 때문이고, 계속 진화하는 정상과학을 따라가면 우주와 나에 대해 알게된다. 그런 공부의 과정에서 무엇을 할 것인지를 내가 결정하면 된다.
2) 태양계 mvem cj sun pluto : 영어로는 잘 외워지지 않는다. pluto는 태양계의 행성 자리에서 물러났다.
태양계의 지구와 달. 우주라는 공간에 떠있는 이 두 개의 암석덩어리는 큰 차이가 있다. 지금부터 38억년 전에 지구는 생명들이 탄생하면서 하루도 심심할 틈이 없었다. 달은, 1969년부터 72년 사이에 암스트롱을 비롯한 12명의 미국인 우주비행사가 방문해서 발자국을 남긴 것 말고는 https://www.bbc.com/korean/features-44338650, 38억년전부터 지금까지 아무 일도 일어나지 않았다.
가. 수성 mercury : 지구 지름의 0.4, 온도는 180도
나. 금성 venus : 지구 지름의 0.95, 온도는 480도(대기의 온실효과), 태양에서 1억 km
다. 지구는 earth 4개의 암석행성 중 하나로 태양으로부터 1.5억km(1AU) 떨어져 있으며, 지름은 12,800km, 온도는 18도
라. 화성 mars : 지구 지름의 0.5, 온도는 - 80도 * mars -> march
마. 소행성대는 asteroid belt 지름 300km의 소행성들과 무수한 소행성으로 구성. 태양계 행성을 만들고 난 암석덩어리, 대표 소행성은 ceres
*케레스 ceres : 로마신화의 농업의 신 / 그리스 신화의 데메테르, 하데스에게 납치된 페르세포네의 어머니
바. 목성 jupiter : 지구 지름의 12배, 온도는 -148도, 태양으로부터 5.2AU, 4개의 가스행성 중 하나
사. 태양 : 지구 지름의 100배, 태양계 질량의 99.86%를 차지. 태양계는 결국 태양이다.
3) 태양계의 행성들이 만들어지기 위해서는 수많은 소행성들이 - 이름이 알려지지 않은 지름 1,000km 내외의 미행성들이 서로 부딪혀 하나로 합쳐지는 과정을 거쳤다. 미행성 충돌설.
4) 지구와 달은 46억년 전 비슷한 시기에 만들어졌는데, 7억년 동안 무수한 운석들과 충돌한다. 39억년 전이 가장 많은 운석들이 충돌한 시기로 운석극대기라 한다. 그리고 38억년 전부터 급격히 운석 충돌이 impact rate 줄어든다. 서로를 잡아당겨 부딪힐만큼 큰 소행성들이 이제는 가까이에 더 이상 존재하지 않기 때문이다.
5) 운석극대기인 39억년 전까지 생명은 있을 수 없었다. 소행성의 충돌로 뜨거운 먼지와 수증기가 가득한 상태였기 때문이다. asteroid와 comet의 충돌이 잦아든 38억년 전이 되어서야 지구에 평온이 찾아왔다. 생명이 탄생하기 시작했고, 그 이후로 심심할 틈이 없었다. 비슷한 시기에 생성된 달에는, 12명의 미국인이 방문한 것말고는 아무 일도 일어나지 않았다.
6) 지구 중력의 영향을 받은 달은 공전주기와 자전주기가 같아졌고, 달 중력의 영향을 받은 지구는 조수 간만의 차이가 생겨나서 한 달이 만들어졌다. 지구와 달의 현재 거리는 38만 km이며, 계속해서 조금씩 멀어지고 있다.
https://www.youtube.com/watch?v=ZknwqieFqwk
7) 지구 생성 7단계 : 미행성 충돌로 원시지구가 탄생한 46억년 전부터 1억년 동안에 지구에 일어난 일
* R = 현재 지구의 크기
가. 원시 지구 R = 0.2 / 온도 900도 미만 / SiOx와 Fe로 구성된 돌덩어리 : 감람암 olivine, 휘석 pyroxene
나. R = 0.4 / 온도 900도 / 운석 충돌로 발생한 높은 온도가 암석에서 H₂O 증기를 배출하지만 비는 내리지 못한다
다. R = 0.5 / 온도 1,500도 / 연간 1천개의 운석이 지구와 충돌 / 지구 표면의 암석이 녹아 magma sea 형성
라. R = 0.6 / 온도 1,700도 / magma sea가 두꺼워지고, 중심에 SiO₂ 핵과 Fe shell 형성
마. R = 0.8 / 온도 1,800도 / 지구전체가 magma, Fe의 자유낙하로 SiO₂핵을 Fe핵이 대체 / CO₂ , H₂O 대기 형성
바. R = 1.0 / 온도 650도 / H₂O 증기가 비가 되어 내린다 / 내부부터 굳기 시작해서 mentle 층 형성
사. R = 1.0 / 내리는 비로 온도 150도의 대양 형성 / 물 + 현무암 basalt + 운석의 충돌열 => 대륙의 혹 생성
* 대륙의 혹 : 현무암 basalt + H₂O + 운석충돌의 열 = 화강암 granite 생성(대륙의 혹)
암석은 화강암과 granite 현무암만 basalt 구별할 줄 안다. 이 두 개의 암석은 지구 내부에서 마그마가 식어서 만들어진 심성암으로 지표 아래에 있었다. 오랜 세월이 지나 덮여 있던 표층의 흙이 깎이거나 다른 지각에 밀려서 지표 위로 드러났다. 특히 화강암 지각은 현무암 지각인 대양지각에 밀려 올라가 높이높이 솟아 오른다.
아름답고 웅장한 높은 산은, 가벼워서 솟아 오를 수 있다.
7단계의 과정을 좀 더 자세하게 기억할 필요가 있다. 우주와 지구의 구조와 생성 원리를 알아야 우주와 지구를 이해할 수 있다. 구조와 생성원리는 학자들이 밝혀놓았으니 그대로 외우면 된다. 박문호는 이해하지 말고 그냥 외우라고 하는데, 잘 설명해 주고 있어서 이해가 된다. 훌륭하다. 지식이 쌓이는 것. 이것이 공부하는 재미다.
1) R = 0.2 / 온도 900도 미만
1-1) FeOx와 SiO₂로 구성된 암석 지구 => 감람암과 olivine 휘석으로 pyroxene으로 구성
1-2) 운석의 충돌로 발생한 열이 충분하지 않아 olivine과 pyroxene에 1% 내외의 물이 대기로 방출되지 않는다
1-3) 감람암 olivine : Si₄O₈ + Mg, Fe => Mg₂Si₃O₄ 또는 Fe₂Si₃O₄ / 대기로 방출되는 양성자 H+
1-4) 휘석 pyroxene : Si₄O₈ + Mg, Fe => MgSi₃O₄ 또는 FeSi₃O₄ / 대기로 방출되는 양성자 H+
1-5) 감람암은 oliviene 규산염에 Mg 또는 Fe가 두개, 휘석은 pyroxene 규산염에 Mg 또는 Fe가 한개
* 동일한 원소구성인데 Mg와 Fe가 한개 또는 두개가 들어가서 원자량이 맞지 않는 이유는,
감람암은 규산염사면체의 독립사면체 구조이고,
휘석은 규산염사면체의 단일사슬single chain 구조이기 때문이다.
1-6) olivine이 pyroxene 보다 녹는점이 높다.
2) R = 0.4 / 온도 900도
2-1) 지구 온도가 높아서 암석에서 물 H2O가 방출되고, 온도가 높아서 비가 되어 내리지 못한다
2-2) 지구 온도 900도가 중요한 이유는, 암석의 녹는 온도가 700도에서 1,200도이기 때문이고,
지구의 온도가 900도가 넘으면서 지구의 암석이 녹아 물이 생성되기 때문이다.
3) R = 0.5 / 온도 1,500도
3-1) 지름 10km의 운석이 연간 1천개가 지구와 부딪혀 지구 표면에 마그마 바다가 magma sea 형성
3-2) 지구 주위에는 약 1천억 개의 운석들이 3,000km의 간격을 두고 존재
3-3) 지구가 0.5R로 커지자 초속 20km의 속도로 운석들이 떨어졌다 => H₂O 증기, SiO₂ 증기로 가득
4) R = 0.6 / 온도 1,700도
4-1) 지구의 온도가 높아져 암석들이 계속 녹으면서 magma sea가 두터워진다
4-2) 지구의 중심에는 녹지않은 SiO₂핵과 핵을 둘러싼 Fe shell이 형성된다
5) R = 0.8 / 온도 1,800도
5-1) 지구 중심의 핵을 제외하고 지구 전체가 magma sea가 된다
5-2) magma sea에서 무거운 Fe가 자유낙하를 해서 Fe shell이 두터워진다
5-3) Fe shell이 더 두터워지면서 SiO₂ 핵을 부숴버리고, Fe core를 만든다
5-4) 대기중의 수증기가 태양빛을 받아 H+는 우주로 날아가고 O가 CO와 결합하여 CO₂ 대기를 만든다
가. 고온에서 탄소는 C 산소와 O 반응하여 CO를 만든다. 탄소는 1천만 개의 화합물을 만들 정도로 화학결합을 잘 한다.
나. CO는 혈액 속의 헤모글로빈과 결합한다. 연탄가스 중독사 / CO₂가 물에 녹으면 상쾌한 탄산음료가 된다.
다. CO + H₂O ⇄ CO₂ + H₂ : 가역반응
라. 400~700도에서 촉매의 도움을 받아 2CO → C + CO₂
마. 모든 유기체를 태울 때, 불완전연소가 되면 CO를 발생시킨다. 기후변화는 문명의 문제다.
바. CO와 CO₂는 대기 중에서 태양의 복사에너지를 받아 저장하는 온실가스다.
6) R = 1.0 / 온도 650도
6-1) 200 기압과 운명의 온도 650도로 낮아진 지구의 온도 덕분에 드디어 비가 내린다
6-2) 지구와 금성의 차이는 태양광의 강도 차이 : 지구 960w/m², 금성 1,600w/m²
6-3) 고압으로 인해 하부 mentle이 먼저 형성
6-4) 태양계 행성의 비는 성분이 다르다 : 각 행성의 온도와 중력 때문에 비의 성분이 바뀐다. 아직은 모르겠다.
가. 금성 : 황산비 - 너무 뜨거워서 금성의 대지위로 황산비가 내리지는 못한다. H₂SO₄
* 황산 H₂SO₄ : 물을 제외하고 가장 많이 제조되며, 비료, 광석과 폐수처리, 석유 정제 등 다양한 분야에 이용
* 황산 H₂SO₄ : 끓는점이 337도. 물과 H₂O 삼산화황으로 SO₃ 분해된다.
나. 목성, 토성 : 암모니아비가 내린다. NH₃
* 암모니아는 NH₃ 낮은 온도에서 물에 잘 녹는다.
다. 천왕성, 해왕성 : 메탄비가 내린다. CH₄
* 메탄은 녹는 점이 영하 183도. 천연가스의 주성분. 탄광폭발의 주원인.
* CH₄는 같은 질량의 CO₂ 보다 20배가 넘는 온실효과를 보인다.
* 우주에서 탄소는 H > He > O > C로 네번째로 많은 원소다.
* 인체에서 탄소는 O > C로 두번째로 많은 원소다.
* 지구에서 메탄은 CH₄ 유기물이 부패할 때 발생한다.
* CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O
라. 지구 : H₂O의 비가 내린다.
6-5) 화성
가. 화성에도 물이 있었으나 빛에 의해 분해되어 수소는 하늘로 날아가고, 산소는 철과 결합하여 붉은 별이 되었다.
나. 35억년 이전에 화성은 H₂O를 모두 소모한 것으로 추정한다.
7) R = 1.0 / 대양의 온도 150도
7-1) 비가 계속 내려서 지구는 물바다가 된다.
7-2) 운석들이 바다위로 떨어져 대륙의 핵을 형성한다.
2. 지구표층환경사
1) 빅뱅
가. 빅뱅 이후 백만분의 1초 만에 10-6초만에 형성된 것 : 전자(e), 양성자(p), 광자
나. 양성자 proton H+는 빅뱅이후 한 번도 다시 만들어지지 않았다. p의 질량은 e의 1,800배
다. 헬륨 He
a. 다른 원소와 결합하지 않아 화합물로 존재하지 않는다
b. 가장 간단한 구성 : 전자 2 + 중성자 2 + 양성자 2
c. 별의 핵융합과정에서 계속 만들어진다.
2) 지구표층환경사
가. 원자 -> 이온 -> 광물 / 대기 -> 암석 -> 해양지각 -> 대양 -> 대륙지각 -> 대륙이동
나. 감람암 olivine 위에 현무암이 basalt 뜨고, 현무암 위에 화강암이 granite 뜬다.
다. 태양계 행성중 지구형 행성은 현무암으로 이루어졌다.
라. 운석에는 대략 1%의 물이 포함되어 있다. 지구 생성시 운석의 충돌로 지구의 물이 만들어졌다.
3) 암석
가. 우주에는 약 1,500종의 암석이 있고, 지구에는 약 4,500종의 암석이 있다.
즉, 지구가 만들어낸 암석이 약 3천종이다.
나. 지구의 드라마는 전자를 탈취하는 산소 원자의 난동으로 변화가 일어났다.
산소와 H, C, Si, Fe 의 만남으로 이루어졌다.
다. 암석의 탄생 : 규산염, 탄산염, 인산염, 황산염, 산소, 황과 흔한 광물들의 결합
a. 규산 : 규소와 산소가 결합하고 SiO₄, 다시 양성자(H+)와 결합했다가 다른 광물과 결합한다. 지각의 90%.
b. 탄산 : 탄소와 산소가 결합하고 CO₃, 다시 양성자(H+)와 결합했다가 다른 광물과 결합한다.
c. 인산 : 인과 산소가 결합하고 PO₄, 다시 양성자(H+)와 결합했다가 다른 광물과 결합한다.
d. 황산 : 황과 산소가 결합하고 SO₄, 다시 양성자(H+)와 결합했다가 다른 광물과 결합한
e. 산화광물 : Na₂O, K₂O, CaO, MgO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃, MnO₂
f. 황화광물 : FeS₂, PbS, HgS, ZnS
* Clarke number https://blog.daum.net/muildg/1687?category=2010895
몸수와 클라크 수 clarke number_211024 el veinticuatro de octubre el domingo_двадцать четыре Октябрь
클라크 수는 clarke number 지표 두께 16km에 위치한 모든 원소들, 해양과 대기에 포함된 모든 원소들을 전수조사하여 질량 비율이 어떻게 되는가를 밝혔다. 전수조사라니. 믿기지가 않는다. 정말로
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광물 mineral이 모여서 만든 암석 rock. 흔한 것이라 귀하지 않았고, 관심도 적었다. 몰라도 부끄러운 줄 몰랐다. 다들 모르니까. 알고나면 새로운 세상이 열릴까.
1) 광물 mineral은 원소 주기율표를 외우면 자연스럽게 알게 된다. 암석 중에서도 지각의 90%를 차지하고 있는 규산염 광물 mineral을 구성하는 원소들은 놀랍게도 9종 뿐이다. O > Si > Al > Fe > K Ca Na Mg + H
2) 암석은 지구 전체가 magma 상태에서 만들어졌다. 헌트와 라이엘의 화성론. 화성암 igneous rock이 지구 암석의 출발이다. (라) ignitus 불붙인 -> (영) ignite -> igneous
3) 화성암 igneous rock은 심성암 plutonic rock과 화산암(분출암) effusive rock으로 나뉜다.
3-1) plutonic rock : pluto : 저승의 신 (그) Hades (로) 플루토 (영) pluto : plutonic rock
3-2) effusive rock : (라) ex 밖으로 + fusus 쏟아진 -> (라) effusus -> (영) effuse 내뿜다 : effusive rock
dis 떨어져 + fuse 붓다 -> diffuse 흩뿌리다
4) plutonic rock과 effusive rock
| SiO₂ 함량(점성) | 70% 이상 | 70% | 60% | 50% | 40% 이하 |
| P R | granite | granodiolite | diolite | gabbro | olivine |
| E R | rhyolite | dacite | andesite | basalt | komatiite |
< Bowen's Reaction > ** 박자세의 Milky Way님이 정리해 놓은 자료에서 가져왔다.
힘들다. 현재까지 이해는 다 되었지만, 암기가 안된다. 외워야하는데, 다른 것들을 공부해야 해서 시간이 부족하다. 일단 1강은 여기까지 하자. 외워야 할 핵심은 이곳에 기록되지 않은 것이다.
