동굴 내부 기온이 사계절 내내 외부 기온 변화와 달리 일정하게 유지되는 과학적 원리는 무엇인가요?

Question

깊은 석회암 동굴 내부는 여름철에는 밖보다 훨씬 시원하고, 반대로 겨울철에는 밖보다 따뜻하게 느껴지는데요. 동굴 내부 기온이 사계절 내내 외부 기온 변화와 달리 일정하게 유지되는 과학적 원리는 무엇인가요?

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안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

깊은 석회암 동굴 내부 기온이 사계절 내내 일정하게 유지되고, 여름에는 시원하며 겨울에는 따뜻하게 느껴지는 과학적 원리는 두꺼운 암석의 높은 열용량과 낮은 열전도율, 지표면 복사열 차단 등이 작용하기 때문입니다.

석회암을 비롯한 거대한 암석층은 열용량이 크고, 열을 전달하는 열전도율는 매우 느리기 때문에 지표면의 여름철 열기나 겨울철 냉기가 두꺼운 암석층을 통과하여 지하 깊은 곳까지 전달되는 데는 오랜 시간이 걸립니다. 이처럼 열 전달이 지연되는 덕분에 지상의 계절적 기온 변화가 동굴 깊은 곳까지 도달하지 못하고 완충되어 사라집니다.

지표면에서 깊이 10~15m 이상 들어가면 태양 복사열이나 외부 일기 변화에 의한 영향력이 거의 0에 가깝고, 이 깊이 이상에 위치한 동굴 내부의 온도는 그 지역의 지상 연평균 기온과 거의 유사하게 고정됩니다.

동굴 안의 실제 기온은 1년 내내 변함이 없지만, 사람이 느끼는 온도는 외부 기온과의 상대적 차이로 인해 여름철은 바깥 기온이 30°C 이상일 때 동굴 내부로 들어가면 엄청난 온도 차이로 인해 냉장고에 들어간 듯한 시원함을 느낍니다. 반면, 겨울철은 바깥 기온이 영하로 떨어졌을 때 동굴 내부에 들어가면 따뜻하고 온화한 기온으로 느껴집니다.