지구는 여러 개의 퍼즐이 유기적으로 결합된 하나의 시스템입니다. 각각의 퍼즐 조각이 연결돼 큰 덩어리를 만들고, 그 덩어리들이 모여 하나의 그림을 완성하는 것처럼 여러 권역이 모여 하나의 지구를 완성하죠. 지구 과학자들은 지구를 구성하는 퍼즐 조각이 다른 조각과 어떤 관련이 있는지, 인간의 영향에 의해 어떻게 변화하고 있는지 등을 연구하고 있습니다. 그렇다면 지구라는 전체 퍼즐을 완성하는 퍼즐 덩어리엔 어떤 것들이 있을까요? 지구는 크게 암석권, 수권, 빙권, 대기권, 생물권으로 구분할 수 있습니다. 암석권은 지구의 단단한 바깥쪽 부분으로, 지각과 맨틀의 위쪽 부분을 포함하는 권역입니다. 지구 내부 깊은 곳에 있는 핵과 맨틀부터 산꼭대기와 해저 협곡까지 모두 암석권입니다. 지구의 암석과 광물, 지구에 살았던 생물의 화석 모두 이에 포함됩니다. 암석권을 이루는 퍼즐은 산이나 절벽, 깊은 해양 분지 등 다양한 모양을 하고 있습니다. 화산과 지진 같은 지각 활동을 동반한 판의 생성과 수렴으로 인해 여러 형태가 만들어지기 때문입니다. 실제로 암석권은 유라시아판, 태평양판, 북아메리카판, 남아메리카판, 아프리카판, 남극판 등 여러 조각의 판으로 나뉘어 있는데, 크고 작은 판들이 서로 움직이면서 생성되고, 수렴합니다. 수권은 지구 표면에서 물이 차지하고 있는 권역입니다. 지구의 수권에는 약 14억 $\text{km}^3$입방킬로미터의 물이 존재합니다. 바다는 그중 97 % 정도를 차지하며, 지구 표면의 약 70 %를 덮고 있습니다. 지구를 '푸른 별'이라고 부르는 것도 이 때문입니다. 지구의 바다는 모두 이어져 있는데, 이를 태평양, 대서양, 인도양, 북극해, 남극해 5개의 해역으로 구분합니다. 수권의 나머지 3 %는 담수입니다. 그중 약 70 %는 빙하나 얼음 형태로 존재하고, 호수나 습지, 강물은 전체의 0.03 % 정도입니다. 그래서 수권에서 빙권을 따로 떼어 구분하기도 합니다. 흔히 빙권은 남극과 북극에만 존재한다고 생각할 수도 있지만, 높은 산꼭대기의 만년설이나 산골짜기 고산 빙하도 빙권입니다. 다음은 대기권입니다. 지구의 대기는 지구를 둘러싸고 있는 얇은 기체층입니다. 78 %의 질소와 21 %의 산소, 그리고 미량의 아르곤, 수증기, 이산화탄소 등으로 구성돼 있습니다. 대기권도 특성에 따라 지구 표면에서부터 대류권, 성층권, 중간권, 열권, 외기권 5개의 층으로 구분합니다. 지표면에 가장 인접한 대류권에는 전체 대기의 80 % 정도가 모여 있습니다. 대류권에서는 고도가 올라갈수록 온도가 낮아집니다. 대류권 위에는 오존층이 많이 존재하는 성층권이 있습니다. 성층권에서는 위로 올라갈수록 온도가 높아집니다. 그 위에는 대기의 가장 차가운 부분인 중간권이 존재합니다. 그 상부에는 열권이 있는데, 여기에는 공기 분자가 거의 없습니다. 열권 위에는 지구의 대기와 우주가 만나는 지구의 가장 바깥층인 외기권이 있습니다. 지구의 생물권은 지구에 살면서 지구 시스템 전반에 영향을 미치는 모든 생명체를 포함합니다. 우리 인간도 생물권의 일부입니다. 인간이 전체 지구 시스템에 미치는 영향은 상당히 큽니다. 따라서 과학자들은 지구 시스템의 자연적인 변화와 인간에 의한 변화에 대해 연구하고 있습니다. 예를 들어, 1958년 미국 과학자 찰스 킬링(Charles David Keeling, 1928~2005)을 시작으로, 하와이의 마우나로아(Mauna Loa) 정상에서 대기 중 이산화탄소 농도를 측정하고 있습니다. 지구의 여러 권역은 모두 복잡하고 유동적이며, 서로 유기적으로 영향을 주고 있습니다. 바다와 강 표면 같은 수권에 존재하던 물은 수증기 형태로 증발한 후 대기권으로 이동해 구름이 되기도 합니다. 눈과 비가 되어 수권으로 돌아가기도 하고, 지하수나 공급수의 형태로 암석권에 스며들기도 하죠. 풍화, 침식, 운반, 퇴적 작용을 해 지형을 변화시키기도 합니다. 당연히 생물권의 생존에도 필수적인 역할을 합니다. 이렇게 머무는 시간과 모습은 다르지만 수권에 존재하는 물은 각 권역에서 순환하고 있습니다. 암석권에서 발생하는 화산 폭발이 대기권과 수권, 생물권에 영향을 주는 것도 한 예입니다. 이렇게 지구의 시스템을 이해하려면, 각각의 권역들이 어떻게 상호작용을 하는지 알아야 합니다. 이를 위해 각각의 퍼즐 조각을 연구하는 과학자들 간의 협력 연구가 필요합니다.