[공대생이 푸는 모의고사] 2021년도 9평 지구과학1 풀이 (2 ~ 8)

 

 

문제 2번

 

해설

ㄱ. A 시기에 육상동물은 출현하였다 (X)

=> A 시기는 고생대 초기, 오르도비스기 시대이다. 오르도비스기는 필석의 시대로, 삽엽충, 필석류, 완족류가 크게 번성하였으며, 최초의 어류가 출현하였다. 

육상동물은 기본적으로 산소를 마시고 체내의 이산화탄소를 내뱉는 '호흡'작용을 한다. 따라서 육상동물이 존재하기 위해서는 산소가 필요하다. 지구에 산소가 생기게 된 과정은 다음과 같다.

우선 46억년 전 지구는 수많은 미행성체들의 충돌로 형성이 되었고, 그 충돌열로 인해 마그마 바다가 형성되었다. 그 과정에서 밀도 차이로 인해 철과 니켈로 구성되어 있는 금속성분들은 가라앉아 핵을 형성하고, 밀도가 작은 규산염 물질은 지구 표면 쪽으로 올라와 맨틀을 형성하였다. 

 

상당히 많은 시간이 지나고, 지구의 온도가 점점 낮아 지면서 지표가 식게 되어 원시 지각이 형성되었다. 맨틀에서의 마그마가 지각을 뚫고 터지는 화산활동이 활발히 발생하고, 온실 가스 중 대부분의 비율을 차지하는 수증기(H20)가 원기 대기에 공급이 되었다. 그로 인해 수증기가 응결되어 많은 비가 내렸고 그로 인해 원시 바다가 만들어진다.

바다는 외권으로부터 들어오는 자외선을 막아준다. 이러한 이유로 인해 바다에서 생물이 먼저 탄생하게 된다. 광합성을 하는 남세균이 대표적인 예이다. 남세균이 늘어남에 따라 바다에는 산소가 증가하게 된다. 바다의 산소 포화도는 점점 증가하게 되었고, 결국 대기에도 산소가 공급이 되기 시작한다. 그 시점이 아래 그림에서 알 수 있다시피 약 4억 년 전이다. 이로 인해 육지에도 생물이 살 수 있게 된 것이다. 

 

오르도비스기 시대는 대략 약 4억 4000만~5000만 년 전이고, 데본기는 약 3억7000만~7500만 년 전이다. 육상동물이 살 수 있게 된 배경이 마련이 제공된 시기는 약 4억 년 전이므로 A시기가 아니라 데본기 시기에 출현했다고 보는게 맞다.

 

ㄴ. 동물 과의 멸종 비율은 B시기가 C 시기보다 크다 (X)

=> B시기는 오르도비스기 말, C 시기는 페름기 말 정도로 볼 수 있다. 지질 시대는 총 5번의 생물 대멸종이 있었다. 

오르도비스기-실루리아기 대량절멸

우선 오르도비스기 말이다. 정확한 명칭은 오르도비스기-실루리아기 대량절멸이라고 부른다. 이 시기에는 그 당시 활발하게 번성하였던 수 많은 코노돈트, 삼엽충, 필석을 포함하여 모든 완족류와 태충류의 1/3이 멸종하였다. 과학자들이 여러 원인들을 제시하는데 빙하기 돌입, 감마선 폭발 가설, 화산 폭발 및 기후변화, 금속 중독등이 있다. 

데본기 말기 대량절멸

데본기 말부터는 대기에 산소가 공급되면서 식물과 곤충이 장악하기 시작한다. 바다에도 산호나 스트로마토포로이데아와 같은 생물들이 살았다. 데본기 말기의 대량절멸로 인해 완족동물, 삼엽충, 산호를 만드느 생물들 대부분이 큰 타격을 입었다. 멸종의 원인은 아직 밝혀지지 않았다고 한다. 

페름기-트라이아스기 대량절멸

고생대의 마지막 시기인 페름기에서 중생대의 트라이아스기로 넘어가는 시기에 대멸종이 있었다. 지구 역사상 가장 큰 규모의 대멸종이다. 지구 생명체의 약 96%를 멸종시켰다고 한다.

이 외에도 중생대 트라이아스기 말, 백악기 말에도 멸종이 있어 총 5차례의 멸종시기가 있음을 알 수 있다. 

 

ㄷ. D시기에 공룡이 멸종하였다.(O)

=> D시기는 중생대의 마지막인 백악기 말이다. 백악기 말에 대량절멸이 있었다. 이 시기가 바로 우리가 흔히 알고 있는 공룡들이 멸종한 시기이다. 소행성 충돌과 더불어 화산 폭발이 복합적으로 작용하여 상당한 양의 이산화탄소를 발생시켰고 이로 인해 파충류의 시대는 저물고 포유류의 시대가 시작이 되었다.

 

 

 

문제 3번

 

해설

H-R도에는 별들의 진화과정을 담고 있는데 크게 4 종류의 별들을 표시한다.

원시별 ~ 주계열성

별은 밀도가 크고 온도가 낮은 성운에서 탄생한다. 거대한 성운이 수축하면서 밀도가 커지고, 온도가 높아져 원시별이 형성된다.

원시별의 중심부 온도가 약 1000만 K에 이르면 별 중심부에서는 수소 핵융합이 일어난다. 수소 핵융합으로 인한 에너지로 별의 내부온도가 상승하여 기체의 압력이 커진다. 별의 중력과 내부 기체 압력차가 힘의 평형을 이루게 되어 수축이 중단됨으로서 별의 반지름이 일정하게 유지된다. (정역학 평형)

 

태양을 포함하여 모든 별들의 80~90%가 주계열성에 속한다. 대체적으로 표면 온도가 높을 수록 광도가 크고, 질량이 크며, 반지름의 길이가 크지만 크기가 큰만큼 에너지를 많이 소비하기 때문에 수명이 짧다.

거성

주계열성은 수소 핵융합으로 에너지를 낸다고 하였다. 하지만 중심부의 수소가 고갈되면 핵융합반응이 줄어들게 되면서 주계열 단계를 벗어나게 된다. 이로 인해 기체의 압력이 작아지면서 별의 중력이 더 커지게 되어 중심부는 수축하게 된다. 

별 중심부의 수축에너지로 열이 발생하여 중심부에서 별 바깥쪽으로 수소 핵융합 반응이 일어나고, 이 반응으로 인한 열에너지로 인해 바깥쪽이 팽창하면서 별의 크기가 커지게 된다. 중심부는 작아지고 바깥쪽은 커지게 되면서 알맹이 없는 껍데기(?)가 되어가는 것이다. 별의 크기는 커져 광도는 높아지지만 크기가 커지는 동시에 에너지원인 중심부가 수축하게 되어 표면온도는 감소하게 된다. (중심부의 온도는 상승)

이 과정에서 거성은 붉은 색을 띄게 되는데 이를 적색거성 혹은 적색초거성이라고 부른다. 거성은 중심부에서는 무거운 원소인 탄소 등을 만들고, 바깥쪽에서는 수소를 이용하여 헬륨을 만든다.

 

백색왜성

태양과 비슷한 질량을 가진 별의 중심부는 계속해서 수축하고 바깥쪽은 정역학 평형을 이루기 위해 주기적으로 팽창과 수축을 반복한다. 바깥쪽의 주기적인 변동을 맥동 변광성 단계라고 부른다. 맥동 변광성 단계를 거치고, 바깥쪽의 물질은 외부로 빠져나가 행성상의 성운이 되고, 중심부는 더욱 수축하고 크기는 매우 작고 밀도는 매우 큰 백색왜성이 된다. 

 

질량이 매우 큰 별은 초신성 폭발을 일으킨다. 중심부에서 계속적인 핵 융합 반응으로 인해 탄소, 규소, 철 등의 무거운 원소가 만들어지는데, 핵융합 반응이 멈추면 별은 질량이 매우 크기 때문에 중력수축이 아주 빠르게 이루어진다. 결국 엄청난 에너지와 무거운 원소를 우주 공간으로 방출하는 초신성 폭발을 일으킨다.

초신성 폭발 이후, 중심부는 계속 수축하여 결국 밀도가 매우 큰 중성자 별이 된다. 거성과 다르게 껍데기는 없고 알맹이만 가득찬 별(?)이 되는 것이다. 별의 중심 질량이 상당히 큰 별은 밀도와 표면 중력이 너무 커서 빛조차 빠져나오지 못하는 블랙홀이 된다.

 

문제 4번

 

해설

ㄱ. (가)에서 A의 상층부에는 주로 층운형 구름이 발달한다 (X)

온대 저기압은 한랭전선과 온난전선이 만나 발생한다. A는 한랭전선이다.

한랭전선은 차가운 공기 덩어리가 따뜻한 공기 덩어리 밑으로 파고 들어갈 때 따뜻한 공기 덩어리가 급하게 밀려 올라가면서 형성된다. 갑작스럽게 파고 들어가 생성된 전선이기 때문에 경사가 급하다. 이 급한 경사를 따뜻한 공기가 타고 올라가게 되면서 수직적인 구조의 적란운이 형성된다.

반대로 온난전선은 따뜻한 공기 덩어리가 찬 공기 덩어리 쪽으로 이동하며 그 위로 서서히 올라타면서 형성된다. 매우 느리게 구름이 만들어지기 때문에 얇고 넓게 구름이 펼쳐진 형태로 형성이 된다.

 

 

ㄴ. (나)는 B의 관측 자료이다. (O)

ㄷ. (나)의 관측소에서 ㄱ기간동안 풍향은 시계반대방향으로 바뀐다(X)

정체 전선의 형성

지구의 적도 부분은 단위 면적당 받는 태양에너지의 양이 많아 덥고, 극지방으로 갈수록 양이 적어져 추워진다. 그리고 중위도 지역에서 남쪽의 따뜻한 기단과 북쪽의 찬 기단이 만나 정체전선을 형성한다.

 

온대저기압 발달

남쪽과 북쪽에서 서로 반대방향으로 바람이 불어 정체전선의 파동이 형성이 되고, 온난전선과 한랭전선이 발달하여 중심부에 저기압이 형성된다.

폐색전선 형성

이동 속도가 빠른 한랭 전선이 온난 전선쪽으로 이동하고, 바람이 온대저기압 중심으로 들어간다. 북반구 저기압에서는 시계 반대 방향으로 들어가기 때문에 온대 저기압 중심 아래 관측소에서 풍향을 측정할 때 남서쪽->남동쪽->북동쪽 으로 변함을 알 수 있다. 이동속도가 빠른 한랭전선이 온난전선 쪽으로 이동하여 폐색전선이 형성되기 시작하면서 온대 저기압의 세기가 최대로 된다.

폐색전선의 발달과 온대 저기압 소멸

이동속도가 빠른 한랭전선이 온난전선을 따라잡게 되면 온대 저기압의 세기는 점점 약해진다. 저기압 부근에 공기가 차게 되면 따뜻한 공기는 위로 올라가고, 찬 공기는 아래에 위치하게 되어 온대 저기압이 소멸된다.

 

문제 5번

 

해설

ㄱ. ㄴ은 B에 해당한다.(O)

A와 C는 근원지가 북태평양이므로 난류이고, B는 근원지가 극지방이기 때문에 한류이다.

적도 부근에 있는 바다는 극지방의 바다보다 단위면적 당 받는 태양에너지의 양이 많기 때문에 더 따듯하다. 적도 부근 바다와 같이 수온이 높은 바다를 난류, 극지방 바다와 같이 수온이 낮은 바다를 한류라고 부른다.

용해도란 용질이 용매에 포화상태까지 녹을 수 있는 한도를 말한다. 용해도는 고체가 용질인 경우의 용해도와 기체가 용질인 경우의 용해도로 나뉜다.

 

고체가 용질인 경우

수온이 뜨거우면 차가울 때보다 물 입자가 활발히 움직여 운동에너지가 증가한다. 이렇게 활발하게 움직이기 때문에 용질이 들어오면 더 활발하게 섞일 수 있다. 따라서 수온이 높을 수록 용해도가 증가한다. 

기체가 용질인 경우

기체가 용질인 경우는 반대이다. 수온이 낮을 수록 기체에 대한 용해도는 증가한다. 고체 물질이 액체 용매에 녹는 경우는 흡열과정이고 엔트로피가 증가하는 방향이다. 반면, 기체가 액체 용매에 녹는 과정은 보통 발열과정이고, 엔트로피가 감소하는 방향이다. 정성적으로 보았을 때, 물질은 엔트로피가 증가하는 방향으로 증가하는 특징이 있기 때문에 온도가 높아질수록 고체의 용해도는 증가하고, 기체의 용해도는 감소한다.

 

ㄴ. 해수의 밀도는 A가 C보다 크다. (X)

대체적으로 액체는 수압이 클수록 밀도가 높다. 난류보다 한류가 더 수압이 크기 때문에 난류보다 한류가 밀도가 더 크다.

 

ㄷ. B와 C의 해수 밀도 차이는 수온보다 염분의 영향이 크다 (X)

ㄱ은 C, ㄴ은 B이다. 

B와 C의 염분 수치는 같지만 수온은 다르다. 따라서 수온의 영향이 더 크다는 것을 알 수 있다.

 

문제 6번

 

해설

ㄱ. 반감기는 A가 B의 14배이다.(O)

반감기는 방사성 동위원소가 붕괴하여 처음 양의 반으로 줄어드는데 걸리는 시간이다.

A는 약 7억년, B는 0.5년이므로 A가 B의 14배이다.

 

ㄴ. 7억년 전 생성된 화성암에 포함된 A는 두번의 반감기를 거쳤다. (X)

A는 반감기가 7억년이므로 7억년이 지나면 한번의 반감기만 거친다.

 

ㄷ. 암석에 포함된 (B의 양)/(B의 자원소 양) 이 1/4로 되는 데 걸리는 시간은 1억년이다. (X)

B의 양을 x %라 할 때, B의 자원소양이 4x %가 되는 시기를 구하면 된다. x는 20%가 나오므로 모원소의 양이 20%가 되는 시기를 찾으면 된다. 그래프 상에서는 1억년보다 조금 더 걸린다.

 

 

 

문제 7번

 

 

 

해설

ㄱ. 서태평양 적도 부근 무역풍의 세기는 (가)가 (나)보다 강하다. (O)

평상시의 열대 태평양

열대 태평양은 남아메리카쪽(동)에서 동남아시아쪽(서)으로 무역풍이 분다. 이 무역풍으로 인해 동쪽의 바닷물과 공기가 서쪽으로 이동한다. 남아메리카 부근과 동남아시아부근 모두 적도 근처이기 때문에 표면해수의 온도는 높다. 이 따뜻한 동쪽의 해수와 공기덩어리가 무역풍에 의해 서쪽으로 이동하였기 때문에 동남아시아부근은 남아메리카쪽보다 훨씬 더 덥다. 서쪽의 따뜻한 공기가 상승하게 되어 구름이 형성되어 비가 내리게 된다. 반대로 남아메리카쪽은 표면 해수가 서쪽으로 이동하였기 때문에 비교적 차가운 수온약층과 심해층의 바닷물이 위쪽으로 올라오게 된다. (용승) 

엘니뇨의 발생의 근원은 무역풍 약화이다. 적도 부근 동쪽에서 서쪽으로 해수와 공기가 이동하는 가장 큰 원인인 무역풍의 세기가 약해지면 평상시와 비교했을 때 동남아시아쪽(서)은 덜 더워지고 남아메리카쪽(동)은 더 더워지게 된다. 

라니냐는 엘니뇨와 반대로 무역풍 세기 강화가 근원이다. 따라서 평상시에보다 더 강화된 현상이 일어나게 된다. 남아메리카 쪽(동) 해수는 더 차가워지고, 동남아시아(서)의 해수는 더 더워져 홍수가 발생한다.

 

ㄴ. 동태평양 적도 부근 해역의 용승은 (가)가 (나)보다 강하다. (O)

동태평양 적도 부근은 남아메리카쪽을 말한다. 라니냐 시기이면 평상시보다 더 강화된 용승이 발생하므로 라니냐 시기가 엘니뇨 시기보다 더 강하다.

 

ㄷ. (B 지점 해면 기압 - A 지점 해면 기압)의 값은 (가)가 (나)보다 크다.(O)

평상시의 A 지점과 B 지점은 기압, 해수의 온도 면에서 차이를 가진다. 라니냐는 이런 차이가 더 커지고 반대로 엘니뇨는 이런 차이가 줄어든다. 따라서 라니냐 시기의 기압차가 엘니뇨 시기의 기압차보다 더 크다.

 

문제 8번

 

 

 

해설 

 

ㄱ. 해저 퇴적물의 두께는 A가 B보다 두껍다. (O)

A 지점 해양 지각의 연령이 B 지점 해양지각의 연령보다 더 많기 때문에 나이가 더 많은 만큼 해저 퇴적물이 많이 쌓였다.

ㄴ. 최근 4천만 년 동안 평균 이동 속력은 B가 속한 판이 C가 속한 판보다 크다.(O)

ㄷ. 지진활동은 C가 D보다 활발하다. (X)