01 지구는 무엇으로 이루어졌고, 보이지 않는 속은 어떻게 알까? · 지구계와 지구 내부 구조

과학지권의 변화중255쪽중2 과학 · 지권의 변화

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이 자료는

중2 과학 「지권의 변화」의 첫 편으로, 지구를 이루는 구성 요소와 직접 볼 수 없는 지구 내부를 다루는 질문형 학습지입니다. '바닷물까지 지각일까?', '생물권은 기권 위에 따로 쌓인 층일까?', '땅을 파면 지구 중심까지 직접 확인할 수 있을까?', '맨틀은 지구 속 마그마 바다일까?', '내핵은 외핵보다 더 뜨거운데, 왜 고체일까?', '바닷물도 해양 지각의 두께에 포함할까?'처럼 학생들이 헷갈리기 쉬운 질문 20개(Q01~Q20)를 ① 지구계의 구성 요소와 상호 작용 → ② 지구 내부를 조사하는 방법과 관측 근거 → ③ 지각·맨틀·외핵·내핵의 특징 → ④ 대륙 지각·해양 지각과 모호면 → ⑤ 깊이·두께·반지름과 자료 해석의 다섯 유형으로 나누어 하나씩 답합니다.

2쪽 '자료의 기준'에 지구 반지름 약 6,400 km, 경계 깊이 약 2,900 km·5,100 km, 대륙 지각 약 35 km·해양 지각 약 5 km 같은 학습용 값을 밝혀 두었고, 2~3쪽 '먼저 구별할 말' 표에서 지구계·지권·지각·지진파·P파·S파·시추·모호면·깊이·두께·반지름의 뜻을 먼저 정리합니다. 유형마다 대표문제로 시작해 '질문으로 이해하기'에서 한 줄 답과 설명을 읽고 '꼭 기억할 지식' 표로 정리합니다. 해안 장면 속 기권·수권·지권·생물권과 지구 내부 네 층을 함께 보여 주는 그림, 지구 전체 물을 100%로 둔 물 분포 그림, 물질과 에너지가 오가는 네 장면, 직접 조사와 간접 조사를 구별한 네 칸 그림, 반지름 32 cm 모형에 견준 시추 깊이, 깊이에 따른 S파·P파 변화 그래프, 압력솥과 내핵, 같은 세로 축척으로 그린 대륙 지각과 해양 지각, 대륙 아래에서 바다 아래까지 이어지는 모호면 단면, 지표에서 잰 깊이와 중심에서 잰 거리를 견준 그림 등이 실려 있습니다. 반지름 32 cm인 축소 지구, 수박 두드리기, 천천히 흐르는 빙하, 삶은 달걀, 압력솥 비유에는 '이 비유는 여기까지만 맞다'가 붙어 있고, '틀린 생각'과 '바른 문장'으로 흔한 오해를 고칩니다.

문제는 모두 40문항(문항 01~40)으로, 유형마다 대표문제 1개(문항 01·09·17·25·33)와 적용 문제 7개가 있으며 객관식 16문항과 서술·계산 문항 24문항으로 이루어집니다. 43쪽 '전체 정리'에서 지구계와 네 층을 한 번에 다시 보고, 44~45쪽 정답 한눈에 보기와 46~55쪽 정답과 해설에서 정답의 근거, 선택지마다 틀린 까닭, 계산 과정, 인정하는 답안을 확인할 수 있습니다.

미리보기

실제 학습지의 일부입니다. 누르면 크게 볼 수 있습니다.

지구계에서는 물질과 에너지가 오간다 — 햇빛이 바닷속까지 비치는 장면(외권 → 수권, 햇빛의 에너지 전달), 바다 위로 화살표가 오르는 '수증기(눈에 보이지 않음)' 장면(수권 → 기권, 바닷물의 증발), 계곡물이 바위 사이를 흐르는 장면(수권 → 지권, 흐르는 물이 암석을 깎음), 나무뿌리가 갈라진 바위를 감싼 장면(생물권 → 지권, 뿌리가 암석 틈을 벌림)을 네 칸으로 나란히 놓은 그림 · 7쪽

외핵의 상태를 알려 주는 지진파의 변화 — 깊이 0~6,400 km를 세로로 두고, S파는 깊이 2,900 km에서 끊겨 'S파는 외핵을 통과하지 못함', P파는 같은 깊이에서 꺾여 'P파 속도 감소'로 표시한 모식 그래프와, 그 옆에 지각·맨틀, 외핵, 내핵을 깊이에 맞춰 놓은 층 띠 · 16쪽

대륙 아래에서 바다 아래까지 이어지는 모호면 — 해안 풍경 아래로 약 35 km 두께의 대륙 지각과 해수 아래 약 5 km 두께의 해양 지각, 그 밑에 이어진 '모호면 · 지각과 맨틀의 경계'와 '맨틀 · 대체로 고체인 암석'을 세로로 과장해 그린 단면 그림 · 32쪽

핵심 정리 · 지구계와 지구 내부 구조

학습지의 질문 Q01~Q20 가운데 핵심을 짧게 정리했습니다. 그림·표와 문제 40문항은 PDF에 있습니다.

지구계의 다섯 구성 요소는 무엇이고, 생물권은 따로 쌓인 층인가요?

지구계는 외권·기권·수권·지권·생물권의 다섯 가지로 나누며, 무엇으로 이루어진 영역인지를 기준으로 구분합니다. 외권은 기권 바깥의 우주 공간, 기권은 지구를 둘러싼 대기, 수권은 해수·하천수·지하수·빙하 같은 물, 지권은 지표의 토양·암석과 지구 내부 전체, 생물권은 지구에 사는 모든 생물입니다.

생물권은 기권 위에 따로 쌓인 층이 아닙니다. 땅속 미생물, 바다의 물고기, 공기 중을 나는 새가 모두 생물권에 포함되듯 생물권은 지권·수권·기권에 걸쳐 있습니다. 물고기 자체는 생물권, 그 생활 환경인 바닷물은 수권처럼 대상 자체와 사는 환경을 구별합니다.

지구계의 ‘상호 작용’은 무엇이 오간다는 뜻인가요?

구성 요소 사이에 물질이나 에너지가 이동하여 서로 영향을 주는 것입니다. 태양 에너지가 바닷물을 데우는 것은 외권이 수권에 영향을 주는 예이고, 바닷물의 증발은 수권에서 기권으로 물질이 이동하는 예입니다. 흐르는 물이 암석을 깎는 것은 수권과 지권, 나무뿌리가 암석 틈을 벌리는 것은 생물권과 지권의 상호 작용입니다.

직접 갈 수 없는 지구 내부는 어떻게 조사하나요? 직접 조사와 간접 조사는 어떻게 다른가요?

직접 조사는 지구 내부의 물질을 직접 얻어서 조사하는 방법으로 시추와 화산 분출물 조사가 해당합니다. 간접 조사는 물질을 직접 얻는 대신 다른 자료로 내부를 추론하는 방법으로 지진파 분석과 운석 연구가 해당합니다. 운석은 지구 내부에서 꺼낸 표본이 아니라 지구를 만든 물질과 비교할 자료입니다.

가장 깊은 시추 기록도 약 12 km 수준이라, 실제 200 km를 1 cm로 줄인 반지름 32 cm의 축소 지구에서는 약 0.6 mm에 불과합니다. 화산 분출물도 지하 물질의 단서를 주지만 모든 깊이를 대표하는 표본은 아니므로, 깊은 내부의 층상 구조는 지진파 기록으로 알아냅니다.

지진파 기록으로 외핵이 액체라는 것을 어떻게 아나요?

지진파는 지나는 물질의 종류와 상태에 따라 속도나 진행 방향이 달라지므로, 속도가 갑자기 바뀌는 깊이에 성질이 다른 두 층의 경계가 있다고 봅니다. P파는 고체와 액체를 통과할 수 있지만 S파는 고체만 통과합니다. 여러 곳의 기록을 분석하면 S파가 깊이 약 2,900 km부터 시작하는 외핵을 통과하지 못하고, 같은 경계에서 P파의 속도도 급격히 감소합니다. 이 관측들을 종합해 외핵을 액체라고 판단하며, 한 관측소에서 신호가 보이지 않았다는 사실 하나로 내부 전체의 상태를 정하지는 않습니다.

지각·맨틀·외핵·내핵은 무엇이 다르고, 맨틀은 마그마 바다인가요?

바깥쪽부터 지각 → 맨틀 → 외핵 → 내핵이며, 외핵과 내핵을 합쳐 핵이라고 합니다. 지각은 가장 얇은 고체 암석층(화강암질·현무암질 암석), 맨틀은 모호면부터 약 2,900 km까지로 부피가 가장 크며(지구 전체 부피의 약 80%) 감람암질 암석으로 이루어진 대체로 고체인 층입니다. 외핵(약 2,900~5,100 km)은 액체, 내핵(약 5,100~6,400 km)은 고체이고, 둘 다 철·니켈 등 지각보다 밀도가 큰 물질이 주를 이룹니다.

맨틀은 전체가 녹은 마그마 바다가 아닙니다. 일부 지역에서 암석이 부분적으로 녹아 마그마가 생길 수 있고, 고체인 빙하가 천천히 흐르듯 맨틀도 매우 긴 시간에 걸쳐 천천히 변형되고 움직일 수 있지만, 이를 ‘맨틀 전체가 액체’라는 뜻으로 바꾸면 틀립니다.

내핵은 외핵보다 더 뜨거운데 왜 고체인가요?

지구 내부로 갈수록 온도와 압력이 대체로 높아지는데, 압력이 매우 크면 철과 같은 물질의 녹는점이 높아집니다. 내핵은 압력이 매우 커서 녹는점이 아주 높기 때문에, 외핵보다 뜨거워도 실제 온도가 그 녹는점보다 낮아 고체로 남습니다. 압력솥 안에서 물이 100 ℃보다 높은 온도가 되어야 끓는 것처럼 압력이 커지면 상태가 바뀌는 온도가 높아진다는 점이 같지만, 압력솥은 끓는점, 내핵은 녹는점의 예라는 차이가 있습니다. 고체라고 입자가 멈춰 있는 것도 아니며, 내핵의 입자는 일정한 배열 속에서 제자리 부근에서 진동합니다.

대륙 지각과 해양 지각은 어떻게 다르고, 바닷물도 해양 지각의 두께에 포함하나요?

대륙 지각은 대체로 더 두껍고(대표값 약 35 km) 화강암질 암석이 대표적이며 대표 암석의 밀도가 상대적으로 작습니다. 해양 지각은 더 얇고(대표값 약 5 km) 현무암질 암석이 대표적이며 밀도가 상대적으로 큽니다. 지각 전체가 암석 한 종류로만 이루어졌다는 뜻은 아니며, 두께도 지역마다 다릅니다.

바닷물은 수권, 그 아래 해저 암석은 지권이므로 해양 지각의 두께에 바닷물은 넣지 않습니다. 해수면에서 해저까지 3 km, 해저에서 모호면까지 6 km라면 해양 지각의 두께는 6 km이고, 해수면에서 모호면까지의 거리는 3+6=9 km입니다. 모호면은 지각과 맨틀의 경계이며, 지각 두께가 장소마다 달라 깊이가 달라도 지각과 맨틀을 구분한다는 점은 같습니다.

깊이·두께·반지름은 어떻게 구별하나요?

깊이는 지표면에서 지구 안쪽으로 내려간 거리이고, 반지름은 구의 중심에서 잰 거리입니다. 그래서 같은 경계라도 지표에서 센 깊이와 중심에서 그 경계까지의 거리를 더하면 지구 반지름이 됩니다. 한 층의 두께는 안쪽 경계의 깊이에서 바깥 경계의 깊이를 뺀 값이므로, 맨틀의 두께를 구할 때에도 시작점인 모호면의 깊이를 빼야 합니다. 지각을 알아보기 쉽게 확대한 그림에서 자로 잰 너비를 실제 두께 비율로 쓰지 않고, 층의 상태도 색깔이 아니라 자료에 적힌 고체·액체와 관측 근거로 판단합니다.

핵심 용어

지구계: 지구를 이루며 서로 영향을 주고받는 구성 요소들(외권·기권·수권·지권·생물권)의 전체
외권·기권·수권: 기권 바깥의 우주 공간 / 지구를 둘러싼 대기 / 해수·하천수·지하수·빙하 등 지구의 물
지권·생물권: 지표의 토양·암석과 지구 내부 전체 / 지구에 사는 모든 생물
상호 작용: 구성 요소 사이에 물질이나 에너지가 이동하여 서로 영향을 주는 것
직접 조사·간접 조사: 내부 물질을 직접 얻어 조사(시추·화산 분출물) / 파동 기록·비교 자료로 내부를 추론(지진파 분석·운석 연구)
시추: 땅속에 구멍을 뚫어 암석 등을 직접 조사하는 방법
지진파: 지진이 발생했을 때 생긴 진동이 주변으로 전달되는 파동
P파·S파: 고체·액체·기체를 모두 통과할 수 있는 지진파 / 고체만 통과하고 액체는 통과하지 못하는 지진파
층상 구조: 성질이 다른 층들이 겹겹이 나뉜 구조
지각·맨틀: 지권의 가장 바깥쪽 얇은 암석층 / 지각 아래 약 2,900 km까지의 대체로 고체인 층
외핵·내핵: 약 2,900~5,100 km의 액체 층 / 약 5,100 km~중심의 고체 층(둘 다 철·니켈 등이 주성분)
모호면: 지각과 맨틀의 경계면(모호로비치치 불연속면)
깊이·두께·반지름: 지표면에서 안쪽까지 내려간 거리 / 한 층의 바깥 경계와 안쪽 경계 사이의 거리 / 구의 중심에서 표면까지의 거리

다 풀고 나면

지구계의 다섯 구성 요소를 구별하고, 대상 자체와 그 대상이 사는 환경을 나누어 생물권이 지권·수권·기권에 걸쳐 있음을 설명할 수 있다.
지구계의 상호 작용을 물질 이동과 에너지 전달로 나누어 예를 들고, 관련된 두 구성 요소를 찾을 수 있다.
시추·화산 분출물 조사(직접 조사)와 지진파 분석·운석 연구(간접 조사)를 구별하고, S파와 P파의 변화로 외핵이 액체임을 추론하는 과정을 설명할 수 있다.
지각·맨틀·외핵·내핵의 깊이·상태·구성 물질·부피를 비교하고, 내핵이 외핵보다 뜨거워도 고체인 까닭을 압력과 녹는점으로 설명할 수 있다.
대륙 지각과 해양 지각의 두께·대표 암석·밀도를 비교하고, 바닷물을 해양 지각 두께에서 제외하여 모호면까지의 거리를 구할 수 있다.
깊이·두께·반지름의 시작점을 구별하여 층의 두께와 중심까지의 거리를 계산하고, 확대 모식도와 실제 축척을 구별할 수 있다.

이렇게 풀면 됩니다

1쪽 그림 D01과 2쪽 '이 편에서 답할 질문'·'자료의 기준'으로 다섯 유형의 흐름과 학습용 값을 먼저 확인하고, 2~3쪽 '먼저 구별할 말' 표에서 지권과 지각, 깊이·두께·반지름의 뜻을 구별해 둡니다.
유형마다 대표문제(3쪽 문항 01, 11쪽 문항 09, 21쪽 문항 17, 30쪽 문항 25, 37쪽 문항 33)를 먼저 풀어 본 뒤 '질문으로 이해하기'의 Q01~Q20을 읽습니다. 한 줄 답을 가리고 내 답을 말해 본 다음 그림과 설명, '비유'와 '이 비유는 여기까지만 맞다', '틀린 생각'과 '바른 문장'으로 확인합니다.
8·17·28·34·40쪽 '꼭 기억할 지식' 표를 가리고 다시 말해 본 뒤 적용 문제를 풉니다. 유형 1은 8~10쪽 문항 02~08, 유형 2는 17~20쪽 문항 10~16, 유형 3은 28~29쪽 문항 18~24, 유형 4는 34~36쪽 문항 26~32, 유형 5는 40~42쪽 문항 34~40입니다. 43쪽 '전체 정리'로 지구계와 네 층을 한 번에 정리합니다.
44~45쪽 '정답 한눈에 보기'로 채점한 뒤 46~55쪽 '정답과 해설'에서 선택지마다 틀린 까닭과 인정하는 답안을 확인합니다. 계산 문항(문항 04·12·25·26·28·31·33·34·35·37)은 틀렸으면 기준점이 지표면인지 해수면인지 중심인지부터 다시 따져 식을 써 봅니다.

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