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과학 기타깊은 바닷속 새로운 해양생명체를 찾아서…
식품·의학·바이오 등 생명공학 주요자원으로 급부상 지구는 다른 행성과 달리 해양을 가지고 있는 것이 특징이다. 해양은 지구표면적인 5억1000만㎢의 3분의 2에 해당하는 3억6000만㎢를 차지한다. 바다 전체의 평균 수심은 3962m로 알려져 있다. 가장 넓은 태평양의 평균 수심은 4701m이며 북극해가 1205m로 가장 낮다. 바다가 광활한 만큼 각 대양에 담겨 있는 바닷물의 양도 엄청나다. 해양이 없었다면 지구는 다른 행성처럼 생명체가 없는 황무지가 됐을 것이다. 가장 오래된 화석이 해양에서 서식하던 생물의 화석이라는 점, 모든 생물의 대사작용이 수용액 상태에서 진행된다는 점, 동물의 혈액 조성이 해수의 화학적 조성과 유사한 점 등은 해양에서 생명체가 탄생했음을 시사한다. 하지만 인류는 아직까지 바닷속에 대해 잘 알지 못한다. 이는 수심이 10m 깊어질 때마다 1기압씩 높아지는 수압과 차가운 수온, 그리고 빛이 없는 암흑의 세계 등 인간이 접근하기 어려운 환경조건을 가지고 있기 때문이다. ⊙ 생명체들의 보금자리인 바다바다는 육지보다 환경 변화가 적어 생물이 생겨나기에 유리한 곳이다. 물은 비열이 크기 때문에 온도 차이가 작고 온도 변화도 더뎌 생물들이 육상에서 경험하는 극심한 더위와 추위를 경험하지 않아도 된다. 과학자들은 지구상에 생물이 최초로 나타난 때를 30억년 전으로 추산하고 있다. 전 지구상에 서식하는 생물의 약 80%는 해양에 서식하고 있다. 이들은 해조류, 해양동물 및 해양미생물로 종류를 나눌 수 있다. 육상에 서식하는 총 17개 문에 비해 해양에서는 36개 문의 생물종류가 발견되고 있다. 특히 동물 문의 3분의 1은 해양에서만 발견된다. 해양에서
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과학 기타해파리 떼의 출몰…바다가 죽어간다?
해양 온난화·오염 영향으로 어족 자원 고갈 아침저녁으로 선선함을 넘어서 이제 쌀쌀하기까지 하다. 여름이 물러가고 이제 본격적인 가을이 시작되고 있는 듯한 모습이다. 유난히 더웠던 지난 여름 해수욕을 위해 해변을 찾은 사람도 많았을 것이다. 예전과는 다르게 바다에 둥둥 떠다니는 생물이 많아진 것이 눈에 띈다고 여기저기서 말들이 많았다. 그 생물은 다름 아닌 해파리다. 해파리에는 독성이 있어 피서객들은 해수욕장에 갔다가 해파리 독침에 쏘여 고생하고, 어부들은 건져 올린 그물에 생선보다 해파리가 많아 곤욕을 치렀다. 의료업계의 통계에 따르면 올여름 해수욕장에서 해파리 독에 쏘여 급히 응급실을 찾는 환자들이 크게 늘었다고 한다. 부산 해운대 주변에서만 700여 명이 해파리에 쏘였다고 신고했고, 그 가운데 10% 정도가 병원 치료를 받았다고 할 정도다. 어떤 사람들은 해파리는 식용이니까 잡아서 먹으면 되지 않느냐고 하지만 사실 해파리 200여 종 가운데 4가지 정도만 식용으로 쓸 수 있다. 해파리가 많이 나타나도 식용 해파리만 나타난다면 얼마나 좋겠는가. 문제는 어업에 큰 피해를 주는 해파리가 대량으로 출현하고 있다는 것이다. 그러나 해파리의 출현이 단순히 해파리 개체수가 늘어난 것에서 원인을 찾을 수 있는 것이 아니다. 해파리 증가의 원인은 바로 해양 온난화와 해양 오염 현상이다. ⊙ 해파리 증가와 연근해 어종의 변화최근 우리나라 근해에서 잡히는 해파리 종류는 '노무라입깃해파리(Nomuras jellyfish)'다. 이는 원래 우리나라에 없던 난대성 대형 해파리였다. 한 마리 크기가 1∼2m에 달하고 무게가 무려 100㎏ 이상 되는 무시무시한 생물이다.
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과학 기타원전은 진화한다?…소금으로 냉각하는 4세대 원자로 뜬다
파이로 프로세싱으로 '수명'다한 핵연료 안전 처리 지구 온난화의 주범으로 이산화탄소가 지목되면서 이산화탄소 배출량이 가장 적은 에너지인 원자력에 전 세계의 관심이 집중되고 있다. 태양광，풍력，조력 등 신재생 에너지는 자연으로부터 얻을 수 있어 환경 파괴가 적지만 아직 경제성이 떨어져 석유의 대체 에너지원으로서는 한계가 크기 때문이다. 하지만 원자력 에너지 확대를 위해서는 현재 누적되고 있는 사용후 핵연료에 대한 혁신적인 처리 방법이 제시돼야 한다. 제4세대 원자로로 불리며 한국을 비롯 전 세계 각국이 경쟁적으로 개발에 나서고 있는 '소듐냉각고속로(Sodium－Cooled Fast Reactor·SFR)'는 우라늄 자원의 활용도를 높일 수 있는 새로운 개념의 원자로다. 이 원자로는 사용후 핵연료를 '파이로 프로세싱(pyro processing·건식정련기술)'으로 처리한 고준위 핵폐기물을 재활용하기 때문에 핵폐기물의 양을 크게 줄일 수 있고 방사능 독성도 낮출 수 있다. ⊙ 사용후 핵연료란사용후 핵연료란 원자력발전소에서 핵연료가 전기 생산을 위한 수명을 다하고 더 이상 연료로서의 능력을 상실할 때 배출시킨 물질을 의미한다. 일반적으로 원자력발전소에 사용되는 핵연료는 우라늄산화물 형태인데 U－235 농축도가 약 3.5% 정도이고 나머지 약 96.5%의 우라늄은 핵분열을 하지 않는 U－238로 구성돼 있다. 이 연료가 원자로에서 약 3년 동안 전기 생산을 하고 나면 원자로에서 방출된다. 사용후 핵 연료에는 플루토늄이 0.9%,방사선을 방출하고 반감기가 수만년에 이르는 미량의 핵물질(Np，Am，Cm)들이 0.1%, 반감기는 그리 크지 않지만 많은 양의 방사선을 방출하고 너무 뜨거워 접근하기조차 어려
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과학 기타극한의 고통 넘어서면 달리는 쾌감 '러너스 하이'
"달리기는 마약과 같다"…중독땐 역효과 영화 '말아톤'을 보면 지체장애 청년인 초원이가 나온다. 그가 좋아하는 것은 아프리카 세렝게티 초원의 얼룩말과 마라톤이다. 장애로 아무것도 못하지만 달리기만은 예외다. 그는 얼룩말처럼 달리고 싶어한다. 결국 그는 마라톤 풀코스를 3시간 안에 달리는 이른바 '서브스리(Sub-Three)'기록을 세운다. 실제로 요즘 많은 사람들이 운동으로 건강을 챙기고 있다. 사람들이 가장 많이 하는 운동은 역시 달리기가 으뜸이다. 달리기를 좋아하는 사람들은 달리기에 중독성이 있다고 말한다. 평소에 운동을 즐기지 않는 사람들에게는 의아한 이야기다. 담배도, 술도, 마약도 아니고 숨차고 지루하게 느껴지는 달리기에 중독이라니?'달리기 애호가'들은 달리기가 바로 마약이라고 말한다. 30분 이상 달리면 몸이 가벼워지고 머리가 맑아지면서 경쾌한 느낌이 드는데 이를 '러너스 하이'(runners high)나 '러닝 하이'(running high) 또는 '운동 하이(exercise high)'라고도 한다. 러너스 하이에 도달하면 오래 달려도 전혀 지치지 않을 것 같고 계속 달리고 싶은 마음이 든다고 한다. 러너스 하이의 지속시간은 짧게는 4분, 길면 30분 이상 가기도 한다. 러너스 하이를 경험하고 있을 때 의식 상태는 헤로인이나 모르핀 혹은 마리화나를 투약했을 때 나타나는 것과 유사하고 때로는 성적인 절정감인 오르가슴에 비교되기도 한다. 러너스 하이를 이야기할 때 주로 달리기를 예로 들지만 수영 사이클 야구 럭비 축구 스키 등 장시간 지속되는 운동이라면 어떤 운동에서든 러너스 하이를 느낄 수 있다. 특히 마라톤 선수들이 훈련을 할 때 극한의 고통을 넘어서 35㎞ 지점쯤 되면 러너스 하이를 경험할
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과학 기타우주 탄생의 비밀 밝힐 '힉스'입자 찾는다
유럽물리硏 '거대 강(强)입자 가속기’ 첫 가동 우주 탄생의 비밀을 풀기 위한 인류 최대의 실험이 시작됐다. 스위스 제네바에 있는 유럽물리연구소(CERN)는 '거대 강(强)입자 가속기'(LHCㆍLarge Hardron Collider)를 10일 오전 9시30분(한국시간 오후 4시30분) 첫 가동시켰다. 이번 실험은 현대 물리학계의 최대 과제 중 하나인 표준모델(Standard Model)을 입증할 것으로 기대를 모으고 있다. 1994년부터 14년 동안 무려 95억달러(약 10조원)가 투입된 LHC 건설에는 유럽 아시아 미국 러시아 등 전 세계 과학자 약 1만명이 참여했다. 우리나라에서도 성균관대 물리학과 최영일 교수와 고려대 물리학과 박성근 교수 등 석ㆍ박사 연구원 57명이 참여하고 있다. ⊙ 질량의 기원을 밝힐 힉스입자이번 실험의 1차 목표는 입자물리학계의 큰 숙원인 힉스(Higgs Bosonㆍ반물질)라는 가상의 입자 존재를 확인하는 것. 힉스 입자는 물리학 표준모형이 제시한 근본 입자들 중에서 관측이 안된 채 남아있는 마지막 입자로 과학자들이 지금까지 밝혀낸 모든 소립자들은 힉스 입자가 있다는 것을 전제로 하고 있다. 우주의 모든 입자들의 질량을 결정하는 이 입자가 발견되면 질량의 기원을 밝힐 수 있어 물리학에 큰 변혁이 일어날 것으로 예상된다. 실험의 기본 구조는 2개의 양성자 빔을 LHC 원형터널에서 서로 반대 방향으로 빛에 가까운 속도로 가속시킨 뒤 강력한 초전도 자석들로 4개의 대형 검출실로 유도해 충돌시키는 것이다. 지하 100m에 건설된 LHC는 둘레 27㎞，지름 8㎞에 이르는 원주형의 세계 최대 실험장비로 기존의 미국 일리노이주 소재 페르미연구소 가속기보다 훨씬 빠르게 양성자를 가속시켜 더욱 강력한 충돌을 일으킬 수
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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