[과학] 온실 효과 실험 (->지구과학 실험, 지과 세특, 지과 생기부)

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온실 효과 실험

@학년 @반 @@@

 

1. 목표

온실 효과가 나타나는 원리를 실험을 통해 이해한다.

지구 대기의 온실 효과 때문에 지구의 연평균 기온이 상승함을 인식하고, 그 대비책을 강구할 수 있다.

 

2. 준비물

스티로폼 상자(20㎝×30㎝×15㎝) 2개, 온도계 2개, 그래프 용지

셀로판 종이 또는 유리판(25㎝×35㎝×2㎜) 1장, 초시계 1개, 고무 밴드

 

3. 지도상의 유의점

가) 이 실험은 바람이 없고 맑은 날 오전 11시에서 오후 3시 사이에 실시하도록 하는 것이 좋다.

나) 동일한 조건에서 태양 복사 에너지를 받을 수 있도록 스티로폼 상자 2개의 실험을 동시에 실시하도록 한다.

다) 실험을 하기 전에 상자는 그늘 속에 놓고, 햇빛을 쬘 때는 두 상자의 윗면에 도달하는 일사량이 같도록 상자의 기울기를 동일하게 조절하도록 한다.

라) 상자 안의 온도가 각각 일정하게 될 때까지 측정하도록 한다.

마) 이 실험은 모델 실험이므로 실제 지구 대기에서 나타나는 온실 효과와 비교할 수 있도록 사전 지도를 한다.

바) 준비물에서 셀로판 종이나 유리판 대신 랩을 사용해도 된다.

4. 탐구 활동 과정

가) 스티로폼 상자 1개를 그림의 (가)와 같이 윗부분을 셀로판 종이로 덮고 온도계를 꽂아 놓는다.

나) 다른 스티로폼 상자 1개는 그림의 (나)와 같이 온도계를 꽂는다.

다) 상자 (가)와 (나)를 햇빛이 밑바닥까지 비치게 하면서 두 개의 스티로폼 상자의 윗면에 도달하는 태양 복사 에너지의 양이 같도록 한다.

라) 상자 (가)와 (나)의 온도를 1분마다 측정하여 기록하고 각각의 상자의 온도가 일정해지면 측정을 멈춘다.

마) 스티로폼 상자 (가)와 (나)의 시간에 따른 온도 변화를 그래프 용지에 나타내 본다.

5. 결과 정리 및 토의

가) 유리판을 덮은 스티로폼 상자 내부의 온도가 덮지 않은 상자 내부의 온도보다 높다. 유리판은 파장이 짧은 가시 광선과 같은 단파장은 잘 통과시키지만, 파장이 긴 적외선과 같은 장파장은 차단함으로써 스티로폼 상자 내부의 온도를 높인다.

나) 상자에서 흡수하는 에너지와 방출하는 에너지가 같기 때문이다.

다) 지구 대기 성분 중 유리판과 같은 역할을 하는 기체가 있어서 지구에서 방출하는 적외선을 흡수함으로써 지구를 보온시키는 역할을 한다. 이러한 기체를 온실 효과 기체라고 하며, 온실 효과 기체로는 이산화탄소, 수증기, 메탄, 오존, 프레온 가스, 일산화이질소 등이 있다. 그러나 이산화탄소, 수증기의 양은 많기 때문에 지구의 온실 효과는 주로 이 기체들에 의해 나타나고 이들 기체를 제외한 나머지 기체는 현재로서는 그 양이 많지 않기 때문에 온실 효과에 큰 영향을 주지 못한다.

라) 인간이 소비하는 석유, 천연 가스, 석탄과 같은 화석 연료는 연소 시에 이산화탄소를 방출하므로 이러한 연료의 소비를 줄여야 하며, 그 밖의 온실 효과 기체의 양도 줄여야 할 것이다.

마) 온실 효과에 의해 지구의 기온이 계속 상승한다면, 남극과 같은 곳의 대륙 빙하가 녹아 해수면을 상승시킴으로써 경작지를 좁혀서 식량난을 초래할 수 있으며, 생태계의 파괴로 심각한 재난이 닥칠 수 있다.

 

6. 평가 자료

가. 탐구 활동 평가

1) 동일한 조건에서 태양 복사 에너지를 받을 수 있도록 상자 두 개의 실험을 동시에 하는가?(A, B, C)

2) 두 개의 상자 밑바닥까지 햇빛이 비치도록 상자를 조절하였는가?(A, B, C)

3) 상자 내부의 온도는 적절히 측정하였는가?(A, B, C)

 

나. 탐구 활동 보고서 평가

1) 셀로판 종이가 하는 온실 효과의 역할을 잘 기술하였는가?(A, B, C)

2) 지구 대기의 성분 중 셀로판 종이가 하는 역할과 같은 구실을 하는 온실 효과 기체를 적절히 비교하면서 설명을 잘 하였는가?(A, B, C)

3) 온실 효과 기체의 방출에 대한 기술과 그 방출을 최소화하기 위한 대책을 설득력 있게 제시하였는가?(A, B, C)

4) 지구 기온의 상승이 몰고올 영향을 논리적으로 서술하였는가?(A, B, C)

 

7. 참고 사항

가. 지구의 온실 효과 기체

지구는 온실 효과 기체의 온실 효과 때문에 생물체가 살기에 적당한 온도인 평균 15℃정도를 유지하고 있는데, 온실 효과가 없다면 지구의 평균 기온은 약 -18℃가 된다.

온실 효과 기체의 온실 효과율은 기체마다 다르다. 이산화탄소의 온실 효과율은 작지만 이산화탄소의 농도는 다른 온실 효과 기체의 농도에 비해 훨씬 크므로 온실 효과를 나타내는 비율은 매우 크다. 이산화탄소를 비롯한 다른 온실 효과 기체도 인간의 활동에 따라 급격히 늘어나고 있는 추세이므로 이들 기체의 배출을 억제하는 것이 시급한 과제이다.

나. 이산화탄소의 농도와 기온 변화

그림은 과거 100년 동안의 대기중 이산화탄소의 농도와 전 지구의 평균 기온의 변화를 나타낸 것이다. 이 두 그래프를 비교하여 보면, 이산화탄소의 농도가 증가할수록 지구의 평균 기온이 상승하고 있음을 알 수 있다. 지구의 평균 기온은 과거 100년 동안에 약 0.5℃정도 상승하였다.

최근에 컴퓨터를 이용하여 지구의 평균 기온을 예측한 결과, 대기 중의 이산화탄소의 농도가 300ppm에서 600ppm으로 2배 증가한다면, 지구의 평균 기온은 1.5∼4.5℃ 정도 상승할 것으로 나타났다. 이 경우에 우리 나라의 중부 지방은 온대, 남부 지방은 아열대 기후로 바뀔 것으로 예측된다.

 

다. 지구 온난화의 영향

지구의 온난화로 가장 주목받고 있는 것은 해수면의 변화이다. 최근 100년 동안에 10.5㎝ 정도 상승한 것으로 알려져 있다. 지구의 평균 기온이 1℃ 상승함에 따라 해수면은 16∼30㎝ 정도의 비율로 상승한다고 한다. 만약에 지구의 대륙 빙하가 모두 녹는다면 해수면은 약 60m 상승을 할 것으로 예상된다.

해수면이 높아지면 해안의 저지대는 해수에 잠기게 되므로 그만큼 경작지가 줄게 되고, 그에 따른 식량 문제가 대두될 수 있다.

[탐구 활동 과정]

1) 스티로폼 상자 1개를 그림의 (가)와 같이 윗부분을 셀로판 종이로 덮고 온도계를 꽂아 놓는다.

2) 다른 스티로폼 상자 1개는 그림의 (나)와 같이 온도계를 꽂는다.

3) 상자 (가)와 (나)를 햇빛이 밑바닥까지 비치게 하면서 두 개의 스티로폼 상자의 윗면에 도달하는 태양 복사 에너지의 양이 같도록 한다.

4) 상자 (가)와 (나)의 온도를 1분마다 측정하여 기록하고, 각각의 상자의 온도가 일정해지면 측정을 멈춘다.

1) 어느 상자의 내부의 온도가 더 높은가? 그 까닭은 무엇인가?

2) 시간이 어느 정도 지난 뒤에 상자 내부의 온도가 거의 일정하게 나타나는 까닭은 무엇인가?

3) 지구 대기의 성분 중 유리판과 같은 구실을 하는 성분은 무엇인가?

4) 온실 효과를 줄일 수 있는 대책을 토의해 보자.

5) 온실 효과에 의해 나타날 수 있는 여러 가지 현상에 대하여 토의해 보자.

 

[생각해 볼 점]

1) 금성의 공전 궤도 반경은 수성보다 큰 데도 평균 온도는 수성보다 높고, 그 뿐만이 아니라 밤과 낮의 온도 차이가 수성에 비해 금성이 훨씬 작다. 그 까닭은 무엇인지 토의해 보자.

2) 빙하기와 간빙기 때의 해수면의 변화에 대하여 토의해 보자.

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