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과학 기타생물 다양성(상)
‘지질시대(Geological time)’는 지구상에서 가장 오래된 암석의 시기부터 현재까지를 말한다. ‘지질시대’는 화석과 지층을 근거로 상대연대로 구분되었으나, 최근 방사성 동위원소로 밝혀낸 암석의 절대연대를 근거로 지질시대를 나눈다.수십억년을 다루는 지질시대지질시대는 누대(累代, eon), 대(代, era), 기(紀, period)의 단위로 구분된다. ‘누대(累代)’를 영어로는 ‘eon’으로 나타내는데 ‘100억 년’의 뜻을 갖고 있다. 따라서 누대는 상상하기 어려운 긴 시간을 나타내는 용어이다. 누대는 ‘시생누대’, ‘원생누대’, ‘현생누대’ 세 가지로 나눈다. 또한 생물의 출현과 번성, 멸종을 기준으로 ‘선캄브리아 시대’ ‘고생대’ ‘중생대’ ‘신생대’로 구분한다.‘원생누대’와 ‘시생누대’를 합쳐 ‘선캄브리아 시대(Precambrian eon)’라고 한다. 전체 지질시대 중 가장 오랜 기간(약 34억 년) 지속되었다. 초기에는 대기 중에 산소(O2) 기체와 오존층(O3)이 없어 육지에 생물이 살 수 없는 환경이었다. 바다에서는 ‘남세균’이 출현하여 광합성을 시작하였다. 층 모양의 줄무늬가 있는 ‘스트로마톨라이트(Stromatolite)’ 화석은 ‘남세균’의 광합성을 설명해주고 있으며 선캄브리아 시대의 대표 화석으로 자리잡았다.‘남세균’의 광합성으로 ‘선캄브리아 시대’ 이후 지구 환경 변화를 유추할 수 있다. 대기 중의 산소 기체 농도는 증가할 것이고, 이로 인해 점차 오존층(O3)이 형성되었을 것이다. 오존층의 형성은 우주로부터 유입되는 강한 자외선을 차단해 육지에서도 생물들이
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과학 기타산(acid)은 레몬에 많고 염기는 비누에 많죠
아레니우스, 브뢴스테드-로우리, 루이스 등의 산(acid) 염기(base)의 정의가 있지만, 초등학교부터 고등학교 1학년까지는 아레니우스 정의로 산과 염기를 배웠고, 브뢴스테드-로우리와 루이스의 정의는 화학Ⅰ에서 배운다. 암모니아(NH3)를 아레니우스 염기라고 말할 수 없다. 하지만 물에 녹아 양성자(H+)를 받아들이고, 비공유 전자쌍을 제공할 수 있기 때문에 암모니아는 브뢴스테드-로우리 염기와 루이스 염기라 할 수 있다.산(acid)은 본래는 시큼하다는 의미가 있는 ‘acidus’라는 라틴어에 뿌리를 두고 있다. 우리 주변에 있는 대표적인 산은 사과나 레몬과 같이 과일에 포함된 것으로, 산이 많이 포함된 과일은 시큼한 맛이 난다. 또한 수용액 상태에서 전류가 흐르고, 마그네슘(Mg)과 같은 금속과 반응하면 수소 기체(H2)가 발생한다. 탄산칼슘(CaCO3) 등과 같은 염기성 물질과는 중화 반응을 한다.이산화탄소(CO2), 질소산화물(NOx), 황산화물(SO2) 등은 비금속 원소와 산소 원소의 결합으로 돼 있으며, 이들을 비금속 산화물이라 하며, 물에 용해돼 산의 성질을 갖는 물질이다. 예를 들면 구름에서 비(雨)가 지상으로 떨어지는 동안에 공기 중 이산화탄소(CO2) 기체의 영향으로 pH는 5.7까지 낮아질 수 있다. 여기에 질소산화물(NOx), 황산화물(SO2) 기체 등의 영향에 의해 pH는 5.6 이하로 낮아지며 이를 산성비라 한다. 산성비 기준은 국가마다 다르지만 우리나라는 pH5.6 미만 비를 산성비로 정의한다.지시약으로 산과 염기 구분산화마그네슘(MgO), 산화칼슘(CaO) 등은 금속 원소와 산소 원소의 결합으로 이뤄져 있으며 이들을 금속 산화물이라 한다. 이들은 염기의 성질을 갖는다. 비누(RCOONa), 베이킹파우더 등은 주변에서
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과학 기타산·염기(상)
통합과학 3단원 “변화와 다양성”은 화학 변화와 생물의 다양성과 유지를 중심으로한 학습 내용을 담고 있다. 우리 주변에서 일어나는 산과 염기의 다양한 변화를 이야기하려 한다. 화학 교과서는 산화, 환원 반응과 산 염기의 중화반응을 중심으로 학습내용이 전개된다.아레니우스의 구분법우리는 초등학교 때부터 아레니우스의 정의를 기준으로 산과 염기를 구분해왔다. 산과 염기를 본격적으로 이야기하기 전에 반드시 짚고 가야 할 사람이 바로 아레니우스다. 스반테 아레니우스(Svante Arrhenius, 1859∼1927)는 스웨덴 과학자로 “전해질의 이온화설”에 관한 논문으로 1903년 노벨화학상을 받았다. 그는 야코부스 반트호프(Jacobus van’t Hoff, 1852∼1911), 빌헬름 오스트발트(Wilhelm Ostwald, 1853∼1932)와 함께 19세기 후반 물리화학 영역을 형성한 천재로 통한다.이들은 한 가지 학문으로 규명하기 어려운 현상을 설명하였다. 반트호프의 삼투압 법칙, 아레니우스의 전리설은 전해질 속의 이온에 대해 설명하려 노력했다. 아레니우스의 또 다른 성과는 반응을 일으키기 위해 필요한 최소한의 에너지인 ‘활성화 에너지(Ea)의 개념’을 도입했다. 반응 속도는 온도에 지수 함수적으로 비례한다는 ‘아레니우스 식(Arrhenius equation)’을 내기도 했다. 다시 말하면 산과 염기의 정의 외에도 전해질과 화학 반응속도 등에서 아레니우스가 주장한 이론이나 식(式) 등을 배우게 된다는 것이다.염산(HCl), 황산(H2SO4), 질산(HNO3) 등과 같이 수용액 상태에서 수소이온(H+)을 내놓는 물질을 아레니우스는 산이라 하였다. 반면 수산화나트륨(NaOH), 수산화칼슘(Ca(OH)2) 등과 같이 수용액 상태에서 수산화이온(OH-
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과학 기타지구온난화 논란(하): 인간활동설과 자연주기설
기후 변화의 원인을 설명하는 가설은 많다. 지구의 연평균 기온이 상승하는 지구 온난화 원인은 크게 두 가지, 인간 의 활동이 원인이라고 보는 설과 자연 순환설이 있다. 자연 순환설은 지구온난화가 자연 주기 중 하나에 포함되는 현 상이라고 주장한다. 따라서 자연 순환설은 태양활동 주기나 지구의 공전궤도 주기 등에서 기후 변동의 원인을 설명 하고 있다.인간활동설 vs 자연주기설밀란코비치(1879~1958)는 과거 빙하기가 지구 궤도의 여러 요소의 변화 때문이었다는 것을 설명하였다. 밀란코비치 이론은 기본적으로 지구 자체의 운동효과로 발생하는 기후 변화를 설명한 것으로, 지구 공전 궤도의 형태, 자전축의 변화, 세차운동 등 3가지 요소는 지구에 도달하는 태양복사에너지의 양과 도달 위치를 변화시키며, 이로 인해 기후변화가 초래되었다는 이론 등 많은 가설이 있다.현재 교과서는 이런 설명과 달리 대기 중에 있는 이산화탄소 기체를 중심으로 지구온난화를 설명하고 있다. 수증기(H2O), 이산화탄소(CO2), 메테인(CH4), 오존(O3), 프레온 등의 기체는 지표면에서 복사되는 에너지를 밖으로 방출하지 않고 그대로 흡수하는 성질을 갖고 있다. 이런 기체를 온실기체(Greenhouse gases)라 하며, 온실기체 증가가 지구온난화의 원인이 된다. 왜냐하면 온실기체의 증가는 지표면 등에서 복사된 에너지를 밖으로 배출하지 못하고 가둬두는 에너지의 양이 증가한다는 의미이며, 이로 인해 지표면과 대기의 평균온도는 점점 상승하게 되기 때문이다.미래의 지구기온인간의 활동이 기후 변화에 미치는 영향을 평가하고 국제적인 대책을 마련하기 위해 구성한 정부 간 기후 변화 협의체인 IPCC(Intergovernmental Panel on Clima
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과학 기타지구온난화(상)
미국의 전(前) 부통령 ‘앨 고어(Al gore)’가 강연에서 다루었던 환경 자료를 모아 제작 발표한 다큐멘터리 형식의 영화 ‘불편한 진실(An Inconvenient Truth)’은 많은 사람에게 지구온난화의 심각성을 잘 말해주었다. 지구온난화는 말 그대로 지구 표면과 대기의 평균온도가 지속적으로 상승하고 이로 인해 지구가 따뜻해지는 현상이며, 홍수와 가뭄 등 심각한 기후변화, 해수면 상승 등의 피해가 발생할 것으로 예상된다.온실효과와 온난화지구온난화, 열돔 현상 등을 쉽게 이해하는 방법은 비닐하우스를 생각하면 된다. 비닐하우스 안은 밖보다 온도가 높아 따뜻하다. 이렇게 비닐하우스 안의 온도가 높아지는 현상을 지구온난화라 한다. 비닐하우스 안의 온도가 밖보다 높은 이유는 비닐이 지표면에서 복사되는 에너지를 밖으로 내보내지 않고 가둬두기 때문이다. 이 때문에 비닐을 온실기체(Greenhouse gases)라 생각하면 된다.지표면에서 복사되는 에너지를 그대로 흡수한 뒤 밖으로 방출하지 않는 성질을 갖고 있는 기체를 온실기체라 하며, 수증기(H2O), 이산화탄소(CO2), 메테인(CH4), 오존(O3), 프레온 가스 등이 온실기체에 해당한다. 지구온난화의 발생 원인을 대기 중 온실기체의 증가 때문이라 한다. 왜냐하면 온실기체의 증가는 지표면 등에서 복사된 에너지를 밖으로 배출하지 않고 가둬두기 때문에 대기 중 에너지가 계속 증가한다는 의미이며, 이로 인해 지표면과 대기의 평균온도는 점점 상승하게 된다.반면 많은 온실기체 중에서 유독 이산화탄소 기체를 지구온난화의 주원인이라고 하는 이유는 이산화탄소 기체의 온실효과 기여도는 큰 편은 아니지만 다른 온실기체들에 비해 대기 농도가 크
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과학 기타폭염
“염소 뿔도 녹는다”라는 속담이 있다. 이는 대서(大暑)에 단단한 염소 뿔도 녹아내린다는 뜻으로 그만큼 대서가 더위의 절정에 도달하는 시기라는 뜻이다. 대서는 24절기 중 12번째로 소서(小暑)와 입추(立秋) 사이에 대서가 위치한다. 절기상 대서인 7월23일 경북 경산의 낮 최고 기온이 섭씨 39.9도까지 치솟았고 서울 서초구가 37.4도를 기록했다.33도 이상이 이틀 연속이면 ‘폭염’폭염(暴炎)과 폭서(暴暑)는 비슷한 의미를 갖는 단어이지만, ‘불 화(火)가 두 개 붙어 있는 염(炎)은 불탈 염’이라는 뜻을 갖고 있으며 하루 중 최고온도 기준으로 33도가 이틀 연속 지속되면 폭염주의보가, 최고온도 35도가 이틀 연속 지속되면 폭염 경보가 내려진다. 폭염은 일 최고온도를 기준으로 33도 이상으로 보는 것이 맞지 않을까 생각한다.올해 지구의 북반부 전역에서 고온 현상이 나타났으며, 특히 우리나라는 사망자가 3384명, 전국적으로 폭염일수가 31.1일이었던 1994년의 폭염 기록을 갈아치웠다. 하지만 폭염으로 인한 사망자 수가 1994년에 비해 큰 폭으로 줄었다는 것은 참으로 다행이다. 1994년 에어컨 보급률이 10% 이상이었는 데 비해 올해 에어컨 보급률이 50% 이상을 넘어설 것으로 예상되며, 에어컨의 보급률 증가로 인해 폭염으로 인한 사망자 수가 1994년에 비해 줄었다고 한다.올해 폭염의 원인은 열돔(heat dome) 현상 때문이라고 한다. 열돔 현상은 지상에서 약 5~7㎞의 상공에서 발달한 북태평양 고기압과 티베트 고기압이 한반도에 정체되면서 반원 형태의 열 막을 형성해 뜨거운 공기를 지면에 가둬놓는 기상현상을 말한다.기상현상은 다양하고 복합적인 원인과 변수에 따라 달라질 수 있다.
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과학 기타산화환원 반응 (2)
최초 지구의 대기에는 산소 기체가 없었다. 그러나 해양 식물들의 출현과 광합성으로 대기조성이 바뀌어 산소 기체가 많아지게 되었고 일부는 성층권의 오존층에서 태양에서 나오는 강한 자외선을 차단하는 역할을 하면서 해양 생물들이 육지로 올라갈 수 있는 환경을 만들었다. 오랜 시간 진화를 거치면서 현재 지구의 생명체들은 산소 기체가 없는 환경을 상상할 수 없게 되었다.지구를 바꾼 화학반응통합과학 교과서에서는 ‘광합성’과 ‘철의 제련’, 그리고 ‘화석 연료의 사용’ 등을 지구와 생명체의 역사를 바꾼 화학 반응으로 보고 있다. 이번 시간에는 ‘철의 제련’과 ‘화석 연료의 사용’에 대하여 이야기해 보겠다.지각에 가장 많이 존재하는 원소는 산소(O)이지만, 금속인 철(Fe)은 철광석(Fe2O3)의 형태로 어디서든지 구할 수 있을 정도로 넓은 지역에 분포되어 있다. 순수한 철을 얻는 제련 과정은 쉬운 일은 아니다. 철의 제련은 철광석(Fe2O3)에서 산소를 빼내는 환원 반응이며, 인류는 얻기 쉬운 구리 금속을 먼저 사용하면서 청동기 시대를 열었다. 시간이 많이 지난 후에야 철을 사용하게 되며 철기 시대가 열린 것이다.철기 시대와 화학2007년 드라마 ‘주몽’에서는 주몽이 고구려를 건국하는 과정을 재미있게 보여 주었다. 하지만 나에게 재미있던 볼거리는 한나라의 철기 군에 맞서기 위해 ‘주몽’과 ‘모팔모’가 힘든 역경을 모두 이겨내고 강철검을 만드는 과정이었으며, 철기 시대 생활 풍습과 권력 구도의 변화 과정을 표현하려 노력했던 것으로 기억된다.드라마에서 ‘모팔모’는 철기방에서 산화철 형태의 철광석(Fe2O3)을 숯(
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과학 기타"연소는 산소와 결합하는 산화환원 반응… 생명에 변화를 가져오는 화학작용이죠"
통합과학 3단원 “변화와 다양성”에서는 화학 변화와 생물의 다양성과 유지를 중심으로 학습 내용을 전개하고 있다. 화학 변화에서는 우리 주변에서 일어나는 다양한 변화 중에서도 산화환원 반응과 중화 반응을 주로 다루는데, 이 두 반응은 물질의 성질이 바뀌는 화학 변화이며, 생명 활동에 관여하는 중요한 반응이라는 공통점을 가지고 있다. 또한 현재까지 지구상에 다양한 생물이 나타났다 사라지는 과정을 생명과학과 지구과학의 관점을 통해 설명하고 있다.산화환원 반응과 중화반응최초 지구의 대기는 수소(H)와 헬륨(He) 기체로 이루어졌을 것으로 추정되며, 시간이 지날수록 지구의 대기는 내부에서 분출되는 기체인 수증기, 이산화탄소, 질소 등으로 채워졌을 것이다. 시간이 많이 지난 뒤 지구가 냉각되면서 수증기는 응결되어 지표면의 바닥에 모이면서 원시해양이 만들어졌다. 이산화탄소(CO2) 기체는 물에 녹아 산성을 나타낸다. 이 때문에 산성 상태인 원시해양에 용해되질 않아 이산화탄소는 대기 중에 많이 존재했을 것이다. 그 뒤 원시해양이 중성으로 변하면서 대기의 이산화탄소는 원시해양에 서서히 녹아 들어가 현재 대기의 이산화탄소 비율과 같아졌을 것이다.지구가 생성된 이후 한참 뒤에 생성된 산소기체(O2)이지만 잠시라도 산소기체가 없는 지구상 모든 생명체의 모습을 상상하기 힘들 정도로 산소기체는 모든 생명체의 삶을 영위하는 데 매우 중요한 물질이다. 원자번호 8번인 산소원자(O)는 공유결합을 하면서 산소기체(O2)가 생성되며, 현재 대기의 18% 정도를 차지하고 있으며 반응성 또한 큰 기체이다.산소와 결합 또는 분리석회(CaO)처럼 금속 원자가 산소와 결합된 물질