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과학 기타60억 인구가 쓸 수 있는 지구 수자원은 0.0075% 뿐
한국도 물부족 국가…1인당 강수량이 세계평균의 12% 불과 지난달 22일 스웨덴의 스톡홀름에서는 세계 물 주간 행사가 막을 내렸다. 물은 우리에게 가장 친숙한 지구 자원 중 하나로 액체의 형태로 육지의 강과 저수지, 호수와 넓은 바다를. 가스의 형태로는 푸른 하늘의 빈 공간을, 얼음이라는 고체로 극지방，산악지대 그리고 겨울철 우리 주변을 둘러싸고 있다. 지구의 표면은 70% 정도가 물로 덮여 있다. 지구에 있는 물의 양은 13억8500만㎦ 정도로 추정되고 있다. 이 중 바닷물이 97.5%이다. 민물이 2.5%이지만 이 물을 모두 그대로 사용할 수 있는 것은 아니다. 민물 중 68.9%는 남극이나 북극 지역의 빙하 또는 고산지대의 만년설 형태이고 29.9%는 지하수로 0.9%는 토양 및 대기 중에 존재한다. 단지 0.3%만이 하천이나 저수지에 존재하고 있다. 결국 우리가 쓸 수 있는 물은 지구에 있는 총 물량의 오직 0.0075%뿐이다. 지구촌의 60억 인구가 지구 수자원의 0.0075%만큼만 존재하는 희소하고 귀중한 물을 먹고 쓰고 버리고 있는 것이다. 더욱이 인구와 산업활동이 늘어나면서 사용할 수 있는 물은 점점 줄어들고 있다. 현재 지구의 물 부족은 어느 수준일까?⊙ 지구는 물 부족 상태…우리나라는 물 부족 국가현재 60억명의 세계 인구가 전체 수자원 양의 54%를 사용하고 있는 것으로 나타났다. 약 20년 후에는 90%의 수자원을 인류가 사용하게 될 것으로 전망되고 있다. 1950년의 세계 인구 25억명이 2050년에는 100억명에 이를 것으로 추산되고 있다. 이러한 인구의 증가로 세계의 물 소비는 과거 40여년 동안 3배 이상 늘어난 것으로 나타났다. 또한 세계 50개국을 대상으로 한 1인당 물 이용 가능량의 추이도 1950
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과학 기타태양열은 마르지 않는 청정에너지
주택 난방·산업공정·열발전 등에 이용 우리가 현재 사용하는 에너지의 95% 이상은 석유 석탄 천연가스 등의 화석연료다. 화석연료는 연소될 때 열을 방출함과 동시에 이산화탄소와 수증기를 발생시켜 지구 온난화를 일으킨다. 이에 따라 지구 온난화를 막기 위해 저렴하고 친환경적인 대체 에너지 개발을 서둘러야 한다는 목소리가 설득력을 얻고 있다. 친환경 대체 에너지는 태양력 수력 풍력 지력 조력 등이 있다. 이들 중 수력 풍력 지력 조력은 환경친화적이기는 하나 얻을 수 있는 에너지의 양에 한계가 있다. 결과적으로 가장 풍부하고 깨끗하고 유망한 대체 에너지는 태양에너지뿐이다. ⊙ 무한한 청정에너지태양에너지는 무한하다. 단 10분 동안 지구에 내리쬐는 태양에너지만 저장해도 전 세계 65억 인구가 1년간 풍족하게 쓸 수 있다. 1년간 지구에서 받는 태양에너지는 연간 세계 에너지 소비량의 약 2만배이며，지구가 태양으로부터 1~2주 동안 받는 에너지는 지구상에 매장된 전체 화석연료 에너지와 맞먹는다. 이같이 태양으로부터 방사되는 복사에너지가 대기층을 투과하여 지표면에 떨어지면 이를 모은 후 필요한 곳에 이용할 수 있다. 태양에너지의 장점은 공해를 발생시키지 않고 에너지가 무한하며 비용 역시 들지 않는 에너지원이라는 점이 꼽힌다. 또 중동지역에 집중돼 있는 화석에너지에 비해 지역적 편중이 적은 분산형 에너지원이며 지구온난화 대책으로 탄산가스 배출을 절감할 수 있다는 것도 장점이다. 이 같은 장점들에도 불구하고 아직까지 태양에너지가 전 산업에 파급되지 못한 이유는 무엇보다 에너지 밀도가 낮기 때문이다. 이에 따라 과학자들은 태양에너지
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과학 기타"0.1kg 더 들고 0.01초 앞당긴다"…최첨단 신발·수영복의 비밀
'신소재의 힘'으로 올림픽서 기록 단축 경쟁 지난 8일 베이징올림픽의 막이 올랐다. 9일과 10일 이틀 동안 양궁과 유도, 그리고 수영에서 금메달이 나와 더위에 지친 국민의 가슴에 시원한 단비를 내려줬다. 타고난 재능도 있겠지만 스포츠는 선수가 평소에 얼마나 노력했는가에 승부가 갈리게 마련이다. 이처럼 올림픽은 가감 없이 순수한 운동 능력을 겨루는 것이기도 하지만 그 안을 보면 승부에 영향을 주는 과학적인 원리가 숨어 있다. 특히 선수들이 신고 입는 신발과 수영복에는 0.1㎏을 더 들고 0.01초를 앞당기기 위한 과학이 숨어 있다. 그런 과학에는 어떤 것들이 있는지 살펴보자.⊙ 선수들이 신는 신발의 비밀한국 여자 역도의 에이스 장미란이 신는 역도화는 뒷굽이 나무 재질로 돼 있는 딱딱한 신발이다. 역도화는 다른 신발과 디르게 뒷굽에 쿠션이 있으면 무거운 하중을 견딜 수가 없기 때문이다. 일반적으로 역도선수들은 나무 뒷굽으로 된 신발을 신는데 이는 안정성 때문이다. 스펀지 쿠션 재질의 뒷굽을 쓰면 바벨을 들 때 엄청난 하중에 눌려 선수가 중심을 잃을 수도 있다. 역도화 밑창 중간에는 탄성이 좋은 내구성 플라스틱도 붙어 있는데, 이는 몸을 숙였다 펴며 바벨을 올리는 동작에서 중앙 지지대 역할을 하며 탄력을 부여한다. 또한 역도화는 끈도 일반 운동화보다 두껍고 신축성이 적다. 모두 엄청난 무게 밑에서 발을 단단하게 고정시키기 위한 장치들이다. 40여개의 발자국으로 승부를 내는 육상 100m 선수용 신발의 밑창은 강한 탄력을 가진 플라스틱으로 만들어진다. 땅을 박차고 달릴 수 있는 스파이크는 신발 앞쪽에만 박혀 있다. 따라서 신발에 쿠션이 거의 없는
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과학 기타형상기억합금, 살아있는 생물체와 다름없네!
휘고 구부려도 원래의 상태 기억하고 되돌아가지난 23일 독일 프라운호퍼 공작기계 및 성형 기술 연구소의 귄터 나우만 박사 연구팀은 하나의 와이어만 있으면 충분히 주유구 뚜껑을 열 수 있는 메커니즘을 개발했다고 발표해 주목을 받고 있다. 이 메커니즘의 작동원리는 이렇다. 잠긴 주유구 뚜껑에 연결된 와이어를 통해 전류를 보내어 뚜껑을 가열한다. 올라간 온도로 인해 형상기억 합금이 원래의 형상으로 돌아가고자 수축하게 되고 결국 주유구 뚜껑이 열리게 되는 원리다. 현재 우리 생활에서는 형상기억 합금이 많이 쓰이고 있다. 형상기억 합금의 역사와 그 쓰임새는 어떨까?⊙ 형상기억 합금의 역사형상기억 합금이 처음 역사에 등장한 것은 1938년 미국 하버드대학의 그래냉거 교수와 MIT의 무래디언 교수에 의해서였다. 그 후 1951년 미국 일리노이 대학의 리드 교수팀이 금-카드뮴 합금과 인듐-티타늄 합금의 형상기억 효과를 발견해냈다. 이후 많은 학자들은 여러 가지 합금이 정도의 차이는 있으나 형상을 기억하는 성질이 있다는 것을 발견했다. 가장 큰 발견은 1960년 미국 메릴랜드주에 있는 미해군 병기 연구소에서 이뤄졌다. 1963년 우연한 기회에 뵐러 박사가 이끄는 연구진에 의해서 니켈(Ni)-티타늄(Ti) 합금이 뛰어난 형상 기억성을 가진다는 것이 발견된 것.연구팀이 합금을 실험하던 도중 우연하게 니켈과 티타늄을 합친 조각을 담뱃불 근처에 접근시켰을 때 시편이 꿈틀거리기 시작했던 것이다. 연구팀은 처음 이 현상을 발견했을 때 재료를 잘못 다뤄서 나온 것으로 생각했다. 하지만 다음 실험 때 니켈-티타늄 합금을 가열하자 다시 동일한 현상이 나타났다. 그 후 학계 및 산업계의 큰
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과학 기타한국의 인공태양 'KSTAR' 불꽃 밝히다
핵융합 연구장치 세계 최초 운전 성공…플라즈마 발생 전 세계적으로 에너지 전쟁이 날이 갈수록 치열해지고 있는 가운데 지난 15일 국가핵융합발전소는 우리나라의 핵융합 연구장치인 KSTAR(Korea Superconducting Tokamak Advanced Research)가 지난달 최초 플라즈마 발생에 성공했다고 발표했다. KSTAR는 태양에너지의 원리인 핵융합 반응을 인공적으로 만들어 미래 에너지원으로 개발할 수 있도록 연구하는 토카막 장치(핵융합 반응이 일어나는 환경을 만들기 위해 초고온의 플라즈마를 자기장을 이용해 가두는 핵융합장치)이다. KSTAR는 앞으로 핵융합에너지 상용화에 필수적인 초고온 고밀도 플라즈마의 장시간 운전기술(3억도, 300초)을 확보하는 실험을 수행하게 된다. ⊙ 꿈의 청정 에너지인 핵융합에너지태양과 같이 스스로 빛을 내는 별들은 핵융합반응을 통해 에너지를 발생시킨다. 별들의 중심은 1억도 이상의 초고온 플라즈마 상태다. 이런 상태에서는 수소와 같은 가벼운 원자핵들이 융합해 무거운 헬륨 원자핵으로 바뀌는 핵융합반응이 일어난다. 이 융합 과정에서 나타나는 질량 감소가 엄청난 양의 에너지로 방출되는데 이를 '핵융합에너지'라고 한다. 이는 아인슈타인의 특수상대성 이론 E＝mc²를 바탕으로 하며, 이와 대조적으로 핵분열반응을 이용한 것이 원자력발전이다. 하지만 지구는 태양처럼 핵융합 반응이 일어날 수 있는 초고온·고압 상태의 환경이 아니기 때문에 자기장이나 레이저를 이용해 태양과 같은 환경을 인공적으로 조성하는 '핵융합로'를 만들어야 한다. 우선 지구상에 존재하지 않는 1억도 이상의 초고온 플라즈마를 만들어야 하고 이 플라즈마를 가두는 그릇 역할을 하는
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과학 기타"휴~ 덥다, 더워" 한반도는 찜질방…온난화로 아열대 기후?
이산화탄소·프레온가스 등이 온실 효과 부추겨 한반도에서 6월 말부터 7월 말은 해가 뜨는 날보다 비가 오는 날이 많은 장마철이다. 하지만 지난해부터 장마철이라는 것이 점차 짧아지는 추세를 보이고 있다. 특히 올해는 비가 내리는 것이 아니라 8월에나 나타났던 찌는 듯한 무더위가 7월 초부터 나타나는 등 이상현상을 보이고 있다. 기상 전문가들은 더위를 가져오는 북태평양 고기압의 세력확장이 원인이라고 하지만 따뜻했던 지난 겨울을 비롯해 한반도가 지구 온난화로 인한 아열대 기후로 바뀌고 있다는 의견도 제시되는 실정이다. 환경과 인류에 심각한 영향을 줄 것으로 여겨지는 지구온난화는 과연 무엇이고 어떤 해결책들이 제시되고 있을까?⊙ 온난화 현상의 원인온난화 현상의 가장 중요한 원인으로는 온실효과를 일으키는 온실기체가 꼽힌다. 온실기체로는 이산화탄소가 가장 대표적이며 인류의 산업화와 함께 그 양은 계속 증가하고 있다. 최근 탄소배출권 거래와 교토의정서 등을 통한 국가별 탄소배출 규제가 이뤄지고는 있지만 이산화탄소가 온실가스의 대표로 꼽힌다는 것에는 변함이 없다. 이외에 메탄가스, 수증기 등이 대표적인 온실기체다. 특히 20세기에 들어와 사용하기 시작한 프레온가스는 한 분자당 온실효과를 가장 크게 일으키는 물질로 유명하다. 또한 인류가 숲을 파괴하거나 환경오염 때문에 산호초가 줄어드는 것에 의해서 온난화 현상이 심해진다는 가설도 있다. 나무나 산호가 줄어듬으로써 공기 중에 있는 이산화탄소를 자연계가 흡수하지 못해 이산화탄소의 양이 계속 증가한다는 것이다. 이러한 가설 외에도 태양 방사선이 온도 상승에 영향을 준다
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과학 기타뇌(腦)의 신비 밝혀지나
국내 연구진, 뇌 기능 관련 논문 속속 발표 뇌(腦)는 동물의 중추 신경계를 관장하는 기관이다.뇌는 감각정보를 통합해 운동반응으로 나타냄으로써 본능적인 생명활동에 있어서 중요한 역할을 한다.또한 고등 척추동물에게 뇌는 학습의 중추이다.지금까지 뇌에 대한 많은 연구가 수행돼 왔지만 아직까지 알려지지 않은 영역이 훨씬 더 많을 정도로 미지의 세계로 남아있다.지난 2주간 국내 연구진이 뇌와 관련한 새로운 사실들을 세계 최초로 규명,관련 논문이 네이처와 미국립과학원회보(PNAS) 등 저명한 국제학술지에 잇달아 게재됐다.국내 과학자들이 전 세계에서 경쟁적으로 수행되고 있는 뇌연구의 주도권을 쥘 수 있을지 기대된다.⊙ 뇌의 시각피질이 시공간적 특징도 인식연세대 심리학과의 김민식，이도준 교수는 인간의 측두엽 아래에 위치한 시각 영역이 색이나 모양 등의 시각적 특징과 함께 이동궤적 같은 시공간적 연속성에 민감하게 반응한다는 사실을 규명했다.PNAS 최신호에 실린 이 연구 결과는 뇌신경의 기능적 이해와 함께 인공 시각을 개발하는데 기여할 것으로 기대된다.인간은 시각적 특징과 시공간적 특징을 모두 고려해 사물을 인식하는데 지금까지 많이 연구된 시각과는 달리 물체의 시공간적인 정보가 어떻게 처리되는지는 거의 알려지지 않았었다.연구팀은 정상인들에게 두 개의 똑같은 얼굴 사진을 시공간적 연속성이 있는 조건과 없는 조건에서 연달아 제시하고 기능성 자기공명영상장치(fMRI)를 사용하여 뇌 활동을 관찰했다.그 결과 뇌의 아래부분인 '복측 경로'의 시각피질에서 두 개의 똑같은 사진이 시공간적으로 연속성을 갖는 조건에서만 혈류량 감소가 나타났다.혈류량
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과학 기타'진짜같은 가짜 세상' 가상현실에 푹 빠져볼까
학교 안가고 가상 교실에서 현실처럼 공부할수도 영화 '매트릭스'를 보면 우리와 같은 세계를 살고 있는 주인공인 '네오'는 또 다른 등장인물인 '모피어스'로부터 놀라운 사실을 듣게 된다.우리가 살고 있는 삶이 모두 가상현실이고 실제로는 모든 사람이 일종의 수면상태에서 기계가 프로그램된 가상현실을 보여주고 있다는 것이다.그가 선택할 수 있는 것은 '진짜' 현실을 파악할 수 있는 파란색 알약과 가상현실 속에서 현재에 만족하며 사는 빨간색 알약이다.과연 가상현실이란 무엇일까?⊙ 가상현실의 의미와 현재 적용되는 분야가상현실은 인공현실, 사이버 공간, 가상세계, 가상환경, 합성환경, 인공환경 등 불리는 이름도 다양하다.가상현실은 사람들이 일상적으로 경험하기 어려운 환경을 직접 체험하지 않고서도 그 환경에 들어와 있는 것처럼 보여주고 조작할 수 있게 해주는 기술이다.가상현실이 응용될 수 있는 분야는 교육, 고급 프로그래밍, 원격 조작, 원격위성 표면탐사, 탐사자료 분석, 과학적 시각화 등 다양하다.예컨대 학교에 가지 않고 가상현실 교육 시스템을 통해 집에서 수업을 받거나, 병원에서 인턴들이 가상현실 시스템을 통해 생성된 가상 수술환경에서 수술 실습을 하는 것이 가상현실을 적용한 예가 되겠다.이 외에도 가상현실 기술로 제작된 인터넷 쇼핑몰에서 고객이 직접 그 상품을 조작해보고 구입 여부를 결정하거나, 인터넷을 통해 자신이 입주할 아파트의 모델하우스를 가상현실을 통해 미리 둘러보고, 가상현실 기술로 제작된 영화나 게임을 즐기는 등 가상현실 기술은 경제, 사회 및 문화 등 모든 분야에서 인류 사회에 지대한 영향을 주고 막대한 부가가치를 창출할