[재미있는 수학] 통계로 콜레라의 원인 밝혀낸 존 스노

자료의 요약과 표현 ⑥

존 스노는 데이터를 제시하는 새로운 방법을 찾아내고 분석해 많은 생명을 구했습니다. 이 사고의 과정을 관찰하면서 데이터 시각화에 대한 안목을 길러보시기 바랍니다.

지난 생글생글 제916호의 ‘재미있는 수학’에서는 플로렌스 나이팅게일의 장미 그림에 대해 알아보았습니다. 이번에는 역사적으로 의미 있는 창의적 그래프 중 장미 그림 외 다른 그래프의 사례를 알아보도록 하겠습니다.

빅토리아 여왕 시대 영국의 의사이자 역학(epidemiology)의 창시자인 존 스노(John snow, 1813~1858)의 콜레라 지도 이야기입니다. 1854년 런던에서는 콜레라가 크게 유행했습니다. 콜레라는 심한 설사와 탈수 증상을 일으키는 장질환인데, 진행 속도가 매우 빨라 배앓이만 하다가 치료도 못 받고 죽을 만큼 무서운 질병이었습니다. 당시만 해도 콜레라의 발생 원인이나 치료법을 알 수 없었기에 사람들은 공포에 휩싸였습니다.

영국에서는 콜레라로 인한 피해에 대해 광범위하고 체계적인 통계 조사를 시행했습니다. 이 작업은 감염병에 관한 통계조사로는 최초로 평가됩니다. 당시 조사를 맡은 의사 중 한 명인 윌리엄 파(William Farr, 1807~1883)는 통계조사를 토대로 분석한 결과 사람들이 사는 지대의 높이가 낮을수록 사망률이 높다고 봤습니다. 당시 런던은 세계에서 가장 큰 도시였는데, 하수 시설이 제대로 구축되어 있지 않아 오염된 물이 템스강으로 흘러들어 강물에서 심한 악취가 났습니다. 그래서 템스강에서 나는 악취가 콜레라의 원인일 것이라고 판단했습니다. 윌리엄 파는 본인 나름대로 데이터를 철저히 분석했지만, 콜레라의 원인을 잘못 짚었습니다.

영국 런던 브로드윅가에 보존된 펌프.

존 스노는 병원에 오는 환자들을 보며 이상함을 느꼈습니다. 콜레라가 공기에 의해 옮겨진다고 알려져 있었지만, 환자들의 증상을 보면 공기를 통한 전염이라고 보기에는 도저히 설명되지 않았습니다. 공기를 통한 전염이라면 증상이 기관지 쪽에 있어야 하는데 내장에 가까웠기 때문입니다. 더군다나 환자 대부분이 심한 설사를 동반하고 있었습니다. 존 스노는 콜레라를 전염시키는 원인이 오염된 공기가 아니라 오염된 물일 것이라고 생각했습니다.

존 스노는 원인을 찾기 위해 윌리엄 파의 기초 데이터를 확보해 분석했습니다. 윌리엄 파의 데이터에는 감염에 따른 사망자 수와 주소가 나타나 있었습니다. 존 스노는 주소를 기반으로 분석하기 위해 사망자가 발생한 위치를 런던 지도에 검은 사각형으로 표시했습니다. 이렇게 완성한 지도를 ‘존 스노의 콜레라 지도’(이미지)라고 합니다.

존 스노가 지도를 보니 검은 사각형이 특정 지역을 중심으로 몰려 있었습니다. 해당 지역은 브로드가였습니다. 만약 런던 시민이 이용하는 템스강의 물이 문제라면 콜레라도 런던 전체에 퍼져 있어야 하는데, 유독 브로드가에 사망자가 많다는 것은 콜레라의 원인이 템스강이 아니라는 방증이었습니다. 존 스노는 지도에서 검은 사각형이 많이 표시된 브로드가 부근에 공용 펌프가 있다는 사실을 발견하고, 이를 이상히 여겨 해당 지역별로 물 펌프 공급 회사와 사망자 수를 조사 후 비교해봤습니다. 런던의 물을 공급하는 물 펌프 공급 회사 중 A 회사가 공급하는 지역은 1000명당 5명이 사망했고, B 회사가 공급하는 지역은 1000명당 0.9명이 사망했습니다. A 회사가 공급하는 지역의 사망자 비율이 훨씬 높았던 것입니다.

존 스노는 통계 결과를 보고 콜레라가 가장 많이 발생하는 브로드가에 공급되는 물 펌프 공급 회사의 물이 콜레라균에 오염된 것을 알아냈고, 펌프의 손잡이를 제거하면서 펌프를 폐쇄했습니다. 이후 콜레라 환자도 급격히 줄어들었습니다.

콜레라의 위험성을 잊지 말자는 의도로 이 펌프는 지금도 보존되고 있습니다. 이 펌프를 구글 지도(https://maps.app.goo.gl/aAyF3Qhyw8Yfogkc6)로 직접 찾아봤더니 브로드윅가(옛 브로드가)의 펌프 옆 술집 이름이 ‘John Snow’라는 재미있는 점을 발견했습니다.

홍창섭 경희여고 수학교사

존 스노는 데이터를 근거로 하여 이를 지도에 표시하는 창의적 데이터 시각화를 통해 많은 생명을 구할 수 있었습니다. 이러한 통계 그래프는 오늘날의 시각에서 본다면 특별히 뛰어나게 보이지 않을 수 있지만, 존 스노는 스스로 새로운 제시 방법을 찾아낸 후 이를 잘 해석하고 활용해 세상에 기여했습니다. 여러분도 우리 주변 문제에 대해 자료를 수집하고, 데이터 시각화를 통해 분석해보는 경험을 해보시기 바랍니다. 다음번에도 역사적으로 의미 있는 다양한 창의적 그래프에 대해 더 알아보도록 하겠습니다.