최근 수정 시각 : 2020-03-16 05:30:41

지구과학

파일:나무위키+유도.png   중등교육 과학과를 구성하는 분과 중 하나로서의 지구과학 및 천문학에 대한 내용은 지구과학(교과) 문서를 참조하십시오.

과학의 범위
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자연과학의 일반적 분류
물상 과학
(Physical Science)
생명 과학
(Biological Science)
물리학
(Physics)
화학
(Chemistry)
지구과학
(Earth Science)
천문학
(Astronomy)
생물학
(Biology)


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1. 개요2. 상세3. 하위 분과4. 지구를 연구하는 타 학문5. 교육과정상의 지구과학
5.1. 중등교육5.2. 고등교육
6. 수험과목으로서의 지구과학7. 각종 오해와 통념들8. 관련 문서

1. 개요

/Earth Science

지구를 구성하는 시스템(지권[1], 수권[2], 기권[3])을 연구하는 학문의 총칭이다. 세부적으로는 지질학, 해양학, 대기과학의 3가지 학문으로 구분된다. 연구를 함에 있어 물리학, 화학, 생물학의 지식이 많이 이용된다.

천문학을 지구과학의 한 분야로 오해하는 경우가 많은데, 천문학은 지구과학에 속하지 않는 별개의 학문이다. 대한민국 중등교육 과정에서는 천문학을 지구과학 교과에 통합해서 가르치고 있으나, '천문학'과 '지구과학'을 물리학, 화학, 생명 과학 교과처럼 독립적으로 편성하기엔 분량상 학사 과정 수준의 고급 과정을 들여야 한다는 부담감이 생기므로 두 과목이 '지구과학'이라는 단일 교과명으로 불가피하게 합병되었을 뿐이다.

북한에서는 '지리' 과목에서 지구과학 내용을 배운다. 캐나다미국에서는 'AP 환경과학'에서 해당 내용을 배운다. 중국, 홍콩, 싱가포르, 유럽 등에서도 '지리' 혹은 '물, 화, 생'의 실생활 파트에서 연계하여 다루거나 아예 입시에서 다루지 않는다. 보통 세계적으로는 이 학문을 대학 과정에서 배우며, 중고등학생에게 지구과학을 물리학, 화학, 생물학만큼이나 중요하게 다루는 나라는 일본대한민국만이 유일하다.

2. 상세

쉽게 말해 자연적 존재로서의 지구(의 시스템)에 대한 이해를 목적으로 하는 학문이다. 물리학이나 화학이 순수 과학적 성격이 강하다면, 지구과학은 상대적으로 '응용'적 성격이 강하다. 다만 응용(applied)이라는 단어는 보통 공학을 설명할 때 사용되기 때문에 응용적 성격이 강하다고 말하면 지구과학의 성격을 자칫 오해할 수가 있는데, 지구과학도 엄연히 자연과학이다. 여기서 말하는 응용이란 물리학, 화학, 생물학, 천문학 등의 지식을 이용하여 지구의 시스템을 이해한다는 뜻이다. 따라서 지구과학을 배우기 위해서는 먼저 물리학, 화학, 생물학, 천문학 등 다른 자연과학 지식을 어느 정도 알고 있어야 하기에 의외로 진입장벽이 높은 면이 있다.

전통적인 자연과학의 분류법에 의하면 물리학, 화학, 천문학과 함께 물상 과학(Physical Science)[4]에 속한다. 또한 화학, 지구과학, 생물학과 함께 현상과학으로 분류된다.[5] 현상과학의 의미에 대해서는 이 글을 참조. 한편 지구과학은 물리학, 화학, 생물학과 대비하여 종합과학이라고도 불린다.이에 대해 서울대 최무영 교수가 쉽게 설명한 글(아래 글)이 있다.#
자연을 편의상 물질(matter), 우주(universe), 생명(life)으로 나누어 볼까요. 일반적으로 모든 현상에는 그 현상을 일으키는 실체(substance)가 존재한다고 상정하는데 이를 자연과학에서는 물질이라 부릅니다. 이러한 생각을 물리주의(physicalism)라고 부를 수 있겠네요. 우주란 이러한 물질이 존재해서 다양한 자연현상이 일어나는 무대를 말하는데 엄밀한 의미에서 물질과 우주는 분리할 수 없고 합해서 물질세계를 이룹니다. 이러한 물질세계를 다루는 물리학(physics), 화학(chemistry), 천문학(astronomy) 따위를 물리과학(physical science)이라 부르지요.

여기서 생명현상은 워낙 특별해서 따로 떼어냈는데 이를 다루는 생명과학(life science)에는 생물학(biology)과 의학(medicine)[6]이 있습니다. 그러나 생명체도 물질로 구성되어 있다는 점에서 사실 생명도 물질세계의 일부라 할 수 있지요.

그리고 지질학(geology), 대기과학(atmospheric science), 해양학(oceanography) 등이 포함된 지구과학(earth science)은 기본과학이 아니고 물리학, 화학, 생물학 등을 응용한 종합과학이라 하겠습니다. 뒤에서 논의하겠지만 이러한 자연과학 중에서 물리학은 독특한 성격을 지니고 있습니다.

한편 수학(mathematics)은 자연현상을 탐구하는 것은 아니고 사고의 틀 자체를 연구하지요. 과학에서는 언어의 역할을 한다고 할 수 있겠습니다.

지구과학은 매우 다양한 연구 방법과 대상을 포괄하기에, 보통 세부 분류는 '연구 대상', 또는 '연구 방법'에 따라 구분하고 있다. 예컨대 화산을 연구하고자 할 때, 방법이 무엇이 됐건 그 연구대상이 화산이라면 그것은 화산학의 일종으로 묶일 수 있다. 한편 비록 같은 화산을 연구하지만 어떤 학자는 지진계를 설치해 화산의 활동을 감시하기도 하고, 어떤 학자는 용암 시료를 채취해 성분을 연구하기도 하고, 또 어떤 학자는 화산이 가진 피해 규모와 예측을 공부할 것이다. 그렇다면 세 학자는 각각 지구물리학[7], 지구화학, 자연 재해[8]의 일환으로 화산을 연구를 한다 말할 수 있다. 요컨대 지구과학이라는 용어는 워낙 넓고 다양한 연구 분야를 포함하는 총체적인 용어이자 학문의 대분류이기 때문에, 사실 이 분야 전체를 관통하는 성질을 말하기는 쉽지 않다. 보다 자세한 특징은 각 하위 분과 학문의 항목을 살피는 것이 더 도움이 된다.

노벨상의 과학 부문에 물리, 화학, 생물학은 들어가 있고, 천문학은 물리학상을 통해 수상할 가능성이 있는데, 지구과학은 포함되어 있지 않다. 다만, 지질학의 세부 분야인 지구물리학, 지구화학 그리고 기상학의 세부 분야인 대기역학, 대기화학, 해양학의 세부 분야인 해양물리학 분야의 업적으로 물리학상이나 화학상을 수상할 가능성은 있다.

3. 하위 분과

모든 학문이 그렇듯이, 기술되는 분과가 명백한 경계를 구축하는 것은 아니며, 각각의 '극단'을 기술하는 것이다. 이러한 분과를 상정하는 것은 전통에 따르는 임의적인 것 혹은 행정상의 편의에 따른 것임에 유의하라.[9]
  • 대기학: 대기의 성질을 연구하는 학문이다. 과거에는 기상학(meteorology)이라고 부르기도 했는데, 사실 기상학은 대기과학(atmospheric science)한 분과를 지시하는 표현으로 정립되었다. 대기과학의 세부 분야로는 기상학, 고층기상학, 기후학, 대기화학, 대기물리학(대기역학), 행성기상학 등이 있다. 대기과학은 그 특성상 해양학과 밀접하게 관련되는 경우가 많으며, 고기후학의 경우 지질학과 많은 연계가 이뤄지고 있다. 현재 지구과학에서 가장 큰 관심 분야 중 하나인 기후 변화에 대한 핵심 분과이다.
  • 해양학: 해양의 성질, 해양에 포함되어 있는 무기물, 유기물, 및 생물을 연구하는 학문이며 해양과 인접한 다른 지구 시스템과의 상호작용 역시 연구 대상이다. 해양학의 세부 분야는 연구 양상에 따라 크게 지질해양학(해양지질학), 화학해양학(해양화학), 물리해양학(해양물리학), 생물해양학(해양생물학)으로 나뉘어 진다. 이 중에서 지질해양은 지질학과 경계가 매우 모호하며, 생물해양학은 종종 생물학과의 경계가 모호해진다.
  • 지질학: 고체지구의 성질을 연구하는 학문이다. 지질학은 워낙 다양한 기법이 사용되고, 관심을 갖는 대상도 매우 다양하다. 이 때문에 분류 방법도 다양한데, 크게 (1) 연구 대상과 (2) 탐구 방법에 따라 나뉜다. 연구 대상에 따라 나누는 경우, 광물학, 암석학, 고생물학, 지구화학, 지구물리학, 구조지질학, 광상학, 수리지질학, 퇴적학, 석유지질학, 해양지질학, 행성지질학, 지질공학, 화산학, 토양학, 지형학 등 다양한 이름이 붙게 된다. 한편, 탐구 방법에 따라서도 다양하게 분류되는데, 크게 야외지질학, 지구물리학, 지구화학, 실험지질학, 수치모델지질학 등으로 나눌 수 있다. 현실적인 측면에서, 접근 가능한 시료를 대상으로 연구하는 지질학 분파와 지구 내부를 탐사하는 지구물리학 간에 소통이 원활하지 않고 탐구 기법이 상이한 경우가 많아 몇몇 대학에서는 지질학과 지구물리학을 서로 다른 학과나 전공으로 분리한 경우도 발견된다. 그러나 지구물리학 역시 궁극적으로는 넓은 의미의 지질학 일부로 받아들여진다.

4. 지구를 연구하는 타 학문

타 학문들 중에도 지구의 시스템을 연구하는 것들이 있다. 아래와 같다.
  • 자연지리학: 지리학(geography)은 지형과 그 위를 살아가는 것들과의 관계를 다루는 학문으로서, 고전적 정의상으로는 지구과학 전체를 그 하위 분파로 두는 거대한 체계이다. 물론 현재 지구과학은 지리학과 분리되어 있다. 한편 지리학은 크게 자연지리학(physcial geography)과 인문지리학(human geography)로 나뉘는데, 자연지리학은 지구의 시스템을 연구한다. 그럼 자연지리학과 지구과학의 차이가 뭐냐고 묻게 되면, 사실 이렇다할 답은 정해져 있지 않다. 자연지리학이라는 용어는 지리학이라는 용어를 사용하여 연구 분야를 분류하고 싶을 때 쓴다는 것이 더 맞을 것이다. 한국에서 지리학이라는 단어는 주로 인문지리학을 근간으로 하며, 오늘날 자연지리학의 대부분의 영역은 자연과학으로서의 지구과학으로 분류된다고 보는게 맞다. 다만, 지구과학보다 자연지리학으로 불리는 게 보통인 분야는 지형학이나 토양학 정도다. 똑 부러지는 경계는 없으나 보통 자연 지리학은 지형학과 같이 지표 성질에 집중하며, 지질학 중에서도 심부의 구조나 성질을 다루는 분야[10]는 보통 지리학이라 부르지 않는다.
  • 생태학: 생태학은 생물과 주변 환경간의 상호 관계를 연구하는 학문이다. 생물은 최초 탄생 이후 지구 환경 변화에 지대한 영향을 미쳐왔음이 알려졌다. 이에 따라 생태학은 지구 시스템을 연구하는 데 매우 중요한 분야로 떠올랐으며, 이에 따라 생태학은 재빠르게 거대한 분야로 성장했다. 지구과학, 지리학, 생물학의 접목 분야로서 받아들여지고 있다.
  • 환경공학: 환경공학에서 말하는 환경이라는 것은 결국 지구의 환경을 말하는 것이므로, 환경공학자들도 지구의 시스템 그 자체에 대해서도 연구하게 된다. 특히 대기환경공학을 연구하는 학자들의 연구는 대기과학자의 연구와 겹치는 지점이 많이 있다.

5. 교육과정상의 지구과학

5.1. 중등교육

아래 문서로.

5.2. 고등교육

아래 문서로.

6. 수험과목으로서의 지구과학

  • 변리사 1차 자연과학개론 객관식 10문제: 1차 통과일 정도의 난이도를 가진 자연과학 과목으로 유일하게 거의 만점을 목표로 하는 과목이다.
  • 국가기술자격 시험
    • 기상기사: 대기과학 참조
    • 기상감정기사: 대기과학 참조
    • 응용지질기사: 광물학, 암석학, 구조지질학 등 지질학
    • 해양조사산업기사: 1. 물리해양학 2. 화학해양학 3. 생물해양학 4. 지질해양학
    • 해양자원개발기사: 1. 해양학개론 2. 지질해양학 3. 해양자원학 4. 탐사공학 5. 해양계측학
    • 해양환경기사
    • 해양공학기사
    • 광산보안기사 (지질학)
    • 토목기사 (수리지질 및 지질공학 영역)
    • 기상직 공무원 시험: 일기예보 및 분석법, 기상학 등이 출제된다.
    • 대학수학능력시험: 과학탐구영역 선택 과목 지구 과학Ⅰ, 지구 과학Ⅱ
  • AP를 토대로 출제하는 SAT의 자연과학 과목은 물리학, 화학, 생물학 3과목 체제로 분류한다. 지구과학은 포함하지 않는다. 단 AP 환경과학 앞부분에서 지구과학 내용이 나온다.
  • 한국지구과학올림피아드

7. 각종 오해와 통념들

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  • 지구온난화가 사실이라면 왜 올해 겨울은 이렇게 추운가?
    • 북반구 중위도 지역은 지구온난화가 심해질수록 겨울에 추워진다. 북극에는 극지방의 냉기가 휘몰아치고 있는데 평소에는 고위도의 제트기류가 이것을 꽉 묶어두어서 중위도까지 퍼져나가지 못하게 막는다. 그런데 지구온난화로 인해 평균기온이 증가하면 이 제트 기류의 힘이 약해지게 되고, 결과적으로 북극의 냉기가 한반도까지 슬슬 흘러내려오게 되는 것(...). 이때의 냉기는 한반도 기준으로 지표에서는 아무리 낮아봐야 -15도 ~ -20도 정도겠지만, 상층 대기에서는 높아봐야 -30도이고 -40도 밑으로도 우습게 내려간다. 따라서, 원래 차갑던 북극의 공기가 비정상적으로 우리나라에 영향을 끼치는 상황임에도, 우리나라의 공기 자체가 날이 갈수록 차가워지고 있는 것처럼 착각하게 되는 것이다. 지구온난화는 우리나라 기후를 극단적인 방향으로 바꾸어 놓고 있다.
  • 산성비를 맞으면 머리가 빠진다.
    • 피부가 약하고 예민한 사람이라면 약간의 자극이 될지도 모르지만 그 외에는 두피를 굳이 걱정하지 않아도 좋을 만큼 약하며, 탈모가 걱정된다면 오히려 매일 쓰는 샴푸린스, 그리고 유전자부터 신경쓰는 것이 순서다.
  • 열섬 현상은 여름철에 가장 심하다.
    • 도리어 겨울에 가장 심하고 여름에는 상대적으로 덜하다. 다만, 열대야 등의 현상으로 인해 체감하는 수준이 여름에 가장 심할 뿐.
  • 번개는 같은 곳을 절대로 두 번 때리지 않는다.
    • 마천루들은 폭풍이 올 때마다 번개를 수도 없이 열심히 얻어맞고 있다(…).
    • 캐나다에서는 한 가족이 3대에 걸쳐 한 장소에서 번개를 맞고 죽었다는(...) 얘기가 있다.
    • 연속적으로 전압이 비슷한 위치에서 발생될 경우, 오히려 이미 번개가 가로지른 공기는 플라즈마화돼서 전도성이 더 좋다.
  • 전향력으로 인해 북반구의 변기 물은 반시계 방향으로 내려가고, 남반구의 변기 물은 시계 방향으로 내려간다.
    • 전향력은 변기나 세면대 물이 내려가는 방향에 거의 영향력을 끼치지 못한다. 오히려 변기의 디자인이나 수압이 더 중요하다. 변기와는 차원이 다른 스케일을 가진 북반구의 토네이도도 이따금씩 시계 방향으로 도는 것이 관측되곤 한다. [11]
      적도 부근에서는 이를 이용한 어트랙션(을 빙자한 사기)가 이루어지고 있는데, 대표적으로 적도선이 빤히 보이는 곳에서 남반구나 북반구 위치에서 바닥이 뚫린 그릇에 물을 담아놓고 물이 회전하는 방향을 가지고 이를 전향력의 효과라고 주장하는 경우. 적도는 전향력이 0이 되는 위치이며, 여기서 몇 미터 떨어진다고 없던 전향력이 생기지는 않는다.[12] 가이드가 의도적으로 물을 붓는 방향을 조작하거나, 물의 흐름을 알리기 위해 떨어트리는 꽃잎이나 종이 등을 던지는 방향을 달리 해서 소용돌이가 생긴 것처럼 보이게 만든 경우이다.
    • 다만 실험실에서 전향력의 효과에 의한 소용돌이를 보는 것이 아주 불가능한 일은 아닌데, 최대한 반지름이 큰 그릇을 활용하여 외부의 요인을 최대한 차단한 상태에서 실험해야 한다. #
  • 태풍의 한자로는 클 태(太)자를 쓴다.
    • 태풍 문서 참고. 태풍을 한자로 옮기면 颱風이 된다. 이때의 태 자는 '몹시 부는 바람 태'라고 한다.
  • 토네이도는 소형 태풍이다.
    • 애초에 토네이도와 태풍은 생성원리부터 완전히 다르다.[13] 실제로 토네이도와 비슷한 것은 용오름쪽이라고 할 수 있다.
  • 토네이도는 여름에만 발생한다.
    • 일부 사실. 그러나 조건만 된다면 겨울에 발생하는 경우도 있다.# 기상학자들은 겨울철의 토네이도가 이동속도가 좀 더 빠르기 때문에 어떤 의미에서는 더 위험할 수 있다고 보고 있다.
  • 토네이도가 불어닥치면 건물의 창문들을 살짝 열어두어 기압차를 줄이는 것이 중요하다.
    • 이것은 건물이 토네이도에 의해 "폭발" 한다는 거짓 믿음 때문이다. 실제로는 지붕이 뜯겨져 날아가거나 부유물에 의해 창문이 박살나는 등의 피해가 대부분이다. 그리고 완파되는 건물들도 폭발 때문인 것은 아니다.
  • 토네이도의 위력은 크기에 비례한다.
    • 직관적으로 가느다란 토네이도보다 거대한 "쐐기형" 토네이도가 더 강할 것이라고 판단하기 쉽지만, 실제 중심기압이나 최대풍속과 관련해서는 상관관계가 존재하지 않는다. 다만 더 크고 넓은 토네이도가 그 경로상의 더 넓은 범위에 피해를 주기는 한다.
  • 토네이도의 깔때기 구름이 지면에 도달하지 않았다면 아직 토네이도의 피해가 미치지 않고 있는 안전한 상태다.
    • 미국에서는 이러한 위험한 믿음(deadly myth) 때문에 수많은 사람들이 대피 시간을 까먹어 버리고 위험에 노출된다는 우려가 있다(…). 육안으로 구름이 지면에 도달하지 않았더라도 이미 지면에서는 파괴가 시작되고 있는 상태다.
    • 토네이도 관련 각종 잡다한 고정관념에 대해서는 위키피디아의 관련 항목이 유튜브 영상을 참고할 것. (영어)
  • 사해(死海)에는 생물이 살 수가 없다.
    • 사해에도 미생물이 존재한다. 심해의 열구공에도 있고, 인간이 도달 가능한 지구 내 전 지역에는 어떤 형태로든 생물이 존재한다.
  • 용암은 일단 닿기만 하면 무엇이든 간에 곧바로 흔적도 없이 녹여버린다.
    • 실제로 용암은 닿는 대상을 그렇게 쉽게 녹이지는 않는다. 유튜브에 보면 하와이 화산 용암에다 콜라 캔이나 스팸(…) 혹은 아이패드(......) 등을 넣어 보는 영상들이 있는데, 이를 보더라도 닿자마자 곧바로 녹아 사라지지는 않음을 볼 수 있다. 오히려 일반인들의 생각보다 훨씬 더 천천히 불이 붙고, 더 천천히 녹아내린다. 사실 이는 영화나 게임에서 유래된 편견이라고도 볼 수 있다. 그러한 매체에선 용암이 불로 인한 위협을 나타낼 아주 상징적이고 강렬한 소재가 되기 때문.
  • 15억 중국인들이 한데 모여서 한꺼번에 높은 곳에서 뛰어내리면 지구는 공전 궤도에서 이탈한다. 또는, 한데 모여서 한꺼번에 소변을 보면 몰디브투발루, 나우루 같은 나라들이 오줌물에 잠긴다.
    • 15억 중국인들이 한데 모여서 한꺼번에 높은 곳에서 뛰어내리면 죽는다중국 인구가 많긴 해도 그 정도까지 되진 않는다. 전 세계 인간이 동시에 뛴 경우에도 공전 궤도에는 이상이 없다. 물론 지진이나 태풍 등 자연의 스케일은 이미 충분히 크기에 비교대상이 못 된다. 자세한 내용 추가바람.
    • 중국인들이 일제히 뛰어서 지구를 탈출하지 않는 한(...) 아무리 많은 사람이 점프를 한다 해도 운동량 보존 법칙에 의해 지구는 원래 자리로 되돌아온다. 배 안에서 배를 민다고 배가 움직이지 않는 것과 같은 원리.
  • 80~90년대만 하더라도 우리나라 공기는 미세먼지가 없어서 몹시 깨끗했지만, 2010년대 들어서면서부터는 미세먼지가 폭증하고 있다.
    • 서울시에서 1995년 이래로 측정해 온 미세먼지 농도를 보면 20년 동안 지속적으로 감소 추세를 보였다. 이는 대기 중 총먼지 농도 역시 마찬가지. #SBS 물론 이 기사에서 언급하듯이 그 과거를 80~90년대가 아니라 60~70년대로 잡는다면 당시의 공기가 현재보다 깨끗했던 것은 사실이다. 하지만 1990년대의 서울의 공기는 2018년 현재에 비해서 더 더러웠으며, 갈수록 깨끗해져 왔다고 할 수 있는 것. 물론 이 기자가 중국의 뒷돈을 받고 환경부 및 서울시 자료를 왜곡하면서까지 여론을 호도하려 했다는 확신이 있다면 즉시 국회의원들에게 연락을 취해보는 것도 좋겠다(…).
  • 하늘이 파랗고 맑아 보이는 날은 미세먼지가 거의 없는 것이다.
    • 하늘이 파란데도 미세먼지 수치가 높을 수 있다. 특히 PM2.5 이상의 큰 입자는 많고, PM2.5 이하의 작은 입자들은 적을 때 이런 "맑은 황사" 현상이 발생한다. 이는 대기 중의 입자의 크기가 작을수록 그것이 많기 때문에 빛을 더 쉽게 산란시키기 때문이라고. 따라서 맑은 황사 때에는 큰 입자들이 공기 질을 떨어뜨리면서도 빛의 산란은 그 정도만큼 유발하지는 않는 상황이라고 할 수 있다. 따라서 어떤 경우에는, 높은 미세먼지 농도가 가시거리에 크게 영향을 끼치지 못할 수도 있다. #JTBC

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8. 관련 문서


[1] 지질학의 연구 대상[2] 해양학의 연구 대상[3] 대기과학의 연구 대상[4] 물상 과학은 다른 말로 물리 과학이라고도 한다. (물리 과학과 물리학은 다르다.)[5] 반면 물리학은 이론과학으로 분류된다.[6] 의학은 생명과학에는 속하지만, 자연과학에는 속하지 않는다[7] 특히 지진 모니터링(seismic monitoring) 분야라 말한다.[8] Natural hazard는 자연 재해의 피해 규모, 양상 및 예측을 연구하는 하나의 분야이다.[9] 실제 종사자들은 크게 신경조차 쓰지 않는다.[10] 암석학, 지구물리학[11] Anticyclonic tornado라고 부르며 전체 토네이도에서 약 2%의 비율을 차지한다. 예시, 미국 중부에서 촬영된 영상이다.[12] 지구 곡률의 영향을 볼 수 있을 정도로(최소 수백km 이상) 멀어져야 한다.[13] 문제는, 과거에 재난영화 "트위스터" 를 모 방송사가 우리말 더빙했을 때, 모든 "토네이도" 대사를 전부 "태풍"으로 발번역했다는 점이다(…).