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온난화로 제트기류 약해지면 혹서·혹한 발생

'더 빨리, 더 높이, 더 힘차게!' 1894년에 만들어진 올림픽 구호다. 올해 폭염을 다루는 뉴스들이 앞다투어 신기록을 달성하고 있어 마치 올림픽 구호를 듣는 듯하다. 지난 7월에는 극한 폭염이 더 빨리, 더 높은 온도로, 더 힘차게 나타났다. 중국 신장웨이우얼 자치구는 52.5℃를 기록했다. 인근 지역에서 맨홀 뚜껑에 기름만 발라 팬케이크를 굽는 영상이 올라왔다. 베이징은 한 달간 40℃가 넘는 날이 6일, 사람 체온보다 낮은 날이 단 이틀뿐이었다. 이란 페르시안 걸프 국제공항에서는 체감온도 66.7℃를 찍었다. 그리스 곳곳에서는 평균기온 40℃를 넘겼고, 산불로 이재민 4000명이 발생했다. 이탈리아 시칠리아섬 47℃, 로마 41.8℃, 사르데냐는 45℃를 기록했다. 23개 도시에서 적색경보를 발령했다. 유럽에서는 작년 폭염으로 6만 명 넘게 사망했는데, 지난 일주일 동안에만 1만1000 명이 넘게 사망했다. 미국은 34개 지역에서 역대 최고기온을 경신했고, 53.3℃를 기록한 데스밸리는 기념 촬영지가 되었다. 피닉스에서는 일 최고기온이 19일 연속 43℃를 넘었고, 최고 47.8℃를 기록했다. 서남부 주요 도시는 최고 52℃까지 올랐고, 낮은 곳도 37℃였다. 캐나다에서는 수도 오타와에서 47℃, 북극권 인접 지역이 38℃까지 올랐다. 여기까지는 북반구 상황이다. 남반구 호주 시드니는 평년 기온보다 무려 8℃가 높은 24.7℃를 기록했다. 현재 남반구는 겨울이다. 지역별 기록은 물론이고 지구 평균기온도 최고점을 찍었다. 7월 5일에 전 지구 평균기온이 17.18℃로 역대 최고를 찍고, 바로 이틀 뒤에 17.24℃가 되었다. 우리가 교과서에서 배운 15℃보다 2℃ 이상 높다. 1~2℃는 작게 느껴지지만, 여기서 얘기하는 온도는 평균온도다.
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얼음에 소금 섞으면 -20℃까지 내려가

뜨거운 여름, 더위에 지친 우리를 즐겁게 해 주는 것 중 아이스크림이 있다. 아이스크림은 달콤하고 부드러우면서도 차가워서 기분 좋게 더위를 식혀 준다. 이런 아이스크림은 언제부터 먹기 시작했을까? 최초의 아이스크림은 과일 주스를 얼린 셔벗으로 알려져 있다. 로마 시대의 귀족들이 디저트로 즐겼다는 얼음 셔벗이 그 시작이다. 냉장고도 없던 시절, 그들은 알프스의 만년설을 가져다가 염 성분이 들어 있는 진흙을 섞어 간이 냉동고를 만들었고, 그 안에 과일 주스를 넣어 얼려 먹었다고 한다. 오늘날에도 그와 비슷하게 간이 냉장고를 만들 수 있다. 얼음에 소금을 3:1로 섞으면 -20℃까지 내려가기 때문이다. 얼음과 소금을 섞으면 온도가 그렇게 많이 내려가는 이유는 무엇일까? 얼음에 소금을 넣으면 어는점 내림 현상으로 인해 그냥 두었을 때보다 훨씬 빨리 녹는다. 얼음은 녹을 때 에너지를 흡수하기 때문에 주변의 온도가 빠르게 내려간다. 흡열 반응이 일어나는 것이다. 얼음이 녹을 때 흡수하는 열은 융해열(heat of fusion)이라고 한다. 하지만 얼음에 소금을 넣었을 때 온도가 내려가는 것은 얼음의 융해열 효과만은 아니다. 얼음이 녹아서 생긴 물에 소금이 용해되면서 또 열을 흡수하기 때문이다. 즉, 얼음에 소금을 넣었을 때 온도가 내려가는 이유는 얼음 융해열과 소금 용해열(heat of solution)의 합작품이다. 상태 변화가 일어날 때 에너지가 흡수되는 것은 융해에서만 일어나는 현상이 아니다. 액체가 기체로 기화될 때도 흡열 반응이 일어나 주변의 온도가 내려간다. 이때 흡수되는 열은 기화열(heat of vaporization)이라고 하는데, 냉장고 없이 사는 아프리카 주민들에게 신선한 식품을 저장할 수
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기술·지식 융합하려는 생각이 창의성 끌어올려

산업계에선 오래전부터 융합을 통해 새로운 시장을 모색하는 경우가 많았다. 빵만 팔던 상점이 카페를 겸하는 추세가 대도시에선 이미 상식처럼 됐고, 냉장고나 정수기 같은 가전제품에 통신 분야의 기술을 융합하는 경우도 많아져 스마트폰으로 집안의 정수기나 냉장고를 점검하기도 한다. 2016년 1월 스위스 다보스에서 열린 세계경제포럼(WEF)에서 처음 언급한 ‘4차 산업혁명’이란 개념이 있다. 이는 디지털혁명 또는 지식정보혁명으로 정의되는 3차 산업혁명을 기반으로 수학, 물리학, 생물학 등의 기초과학과 정보통신기술의 융합으로 이뤄지는 지식혁명 시대를 의미한다. 4차 산업혁명에서 자주 언급하는 기술로는 사물인터넷, 인공지능, 로봇공학, 무인 운송 수단, 3차원 인쇄, 나노 기술 등이 있다. 4차 산업혁명에 대한 논의를 살펴보면 새로운 산업 발달을 위한 인재 양성에서 기초과학에 대한 교육이 중요하다는 것을 알 수 있다. 새로운 것을 위해 융합이 필요하다는 점은 첨단과학 분야도 예외가 아니다. 2010년 물리학 연구를 위해 남극에 세운 아이스큐브 연구소에선 물질과 거의 반응하지 않는 중성미자라는 미시 입자가 우주의 어느 방향에서 날아오는지 검출하고 있다. 이를 위해 연구소는 1450~2450m 깊이의 구멍들을 뚫고 광센서 5160개를 설치했다. 이 시설은 미국, 독일, 벨기에 등 10개 나라의 과학재단에서 연구비를 조달해 운영한다. 아이스큐브를 만들고 운영하는 데 필요한 연구비를 확보하기 위해 물리학자들이 여러 나라의 과학재단 관계자들을 만나 열심히 설득하는 과정이 필요했을 것이다. 이런 설득 과정은 대개 물리학 이외의 것에 대한 지식이 필요하다. 게다가 남극이라는 혹한의
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인류 위협 소아마비 퇴치 위해 백신 무료 공급

흔히 소아마비라고 불리는 '폴리오(Polio)'는 폴리오바이러스(Poliovirus)로 인해 발병한다. 이 바이러스에 감염되면 뇌 신경조직이 손상돼 수시간에서 수일 사이 하지마비가 급속도로 진행되며 고열과 흉통, 구토, 관절통 등의 고통을 겪다 사망에 이른다. 치유돼도 평생 하지마비로 인해 불구가 되거나 금속으로 된 인공호흡기를 달고 살아야 하는 무서운 병이다. 소아마비라는 병명도 5세 이하의 아동이 많이 걸려 붙은 이름이지만 성인도 걸리는 경우가 다수 있었다. 소아마비는 유행과 정체를 반복하다 1950년께 세계적 대유행(팬데믹)을 기록한다. 1952년에는 미국에서만 5만8000명이 폴리오바이러스에 감염돼 3145명이 사망했다. 그러다 1955년 미국의 의학자 조너스 소크 박사가 백신을 개발하면서 소아마비는 대부분의 나라에서 사라지게 된다. 미국 역사상 유일한 4선 대통령인 프랭클린 루스벨트도 소아마비 피해자 중 한 명이다. 대통령이 되기 12년 전인 39세 때 소아마비 합병증으로 하반신이 마비된 루스벨트는 재임 중인 1938년 소아마비극복국립재단(NFIP)을 발족시켰다. 이 재단은 10센트 은화 모금 운동으로 기금을 모아 소아마비 연구를 추진했는데, 그 연구비의 혜택을 집중적으로 받은 이가 피츠버그대의 젊은 의학자 조너스 소크였다. 소크는 1948년부터 소아마비(폴리오) 연구 프로젝트에 참여해 휴일도 없이 하루 16시간씩 연구에 몰입한 끝에 1952년 소아마비 백신 개발에 성공한다. 소크가 만든 백신은 사백신으로 원숭이의 신장 세포에서 세 종류의 폴리오바이러스를 배양한 다음 포름 알데하이드로 불활성화해 만든 것이다. 그는 먼저 소아마비에 걸렸다 회복된 아이들을 대상으로, 그다음으로는

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금속 원소마다 연소 때 색깔이 달라요

불꽃놀이에 사용되는 폭죽에는 흑색 화약과 다양한 금속 원소가 혼합된 물질이 들어 있다. 동그란 공 모양의 덩어리 폭죽을 ‘연화(왼쪽 그림)’라고 하는데, 연화는 불꽃의 모양과 색을 결정하는 스타(성·星)와 화약을 감싸는 종이인 옥피, 스타를 연소시키고 발사하는 데 사용되는 화약인 활약, 도화선, 추진제 등으로 구성된다. 연화의 크기가 클수록 불꽃의 크기가 크다. 흑색 화약은 질산칼륨( KNO3 )과 숯( C ), 유황( S )을 섞어 만든다. 세 종류의 고체 물질을 섞고 열이나 충격을 가하면 반응물이 빠르게 반응해 황화칼륨과 질소 기체, 이산화탄소 기체가 생긴다. 이때 고체가 기체로 변하며 순식간에 부피가 엄청나게 증가하고 폭발이 일어난다. 동시에 질산칼륨은 탄소에 지속적으로 산소를 공급하는 산화제 역할을 한다. 폭발과 일반적인 연소를 구분하는 기준은 반응 속도다. 폭발은 반응 시 기체가 급격히 발생하고 연소 속도가 매우 빨라 기체의 압력으로 인한 충격파를 일으킨다. 불꽃 축제에 사용되는 화약이 폭발할 때 충격파의 속도는 음속과 비슷하거나 음속보다 작아서 폭탄이 터질 때처럼 큰 굉음이 발생하진 않는다. 그러나 극적인 연출을 위해 화약이 폭발할 때 다양한 효과음이 나도록 설계한다. 폭죽에 구멍을 내 연소 반응 시 생성된 기체가 빠른 속도로 빠져나가며 ‘휘리릭’ 같은 소리를 내거나, 알루미늄 조각을 넣어 연소할 때 ‘지지직’ 소리를 내도록 한다. 스타는 연화 속 작은 화약 덩어리로 그 안에는 불꽃 반응을 통해 고유의 색을 나타내는 금속 원소가 들어 있다. 원소의 구별 방법으로도 사용되는 불꽃 반응은 금속 시료를 불꽃에 넣었을 때, 금속 원소의 종류에 따라 다양
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낙뢰는 구름과 땅 사이에서 발생하는 방전 현상

지난 6월 10일 강원 양양군에서 낙뢰 사고가 발생했다. 서핑을 즐기던 6명이 낙뢰를 맞아 1명이 사망하고 5명이 다쳤다. 이토록 위험한 낙뢰는 왜 발생하는 것일까? 낙뢰의 과학적 원리와 사고 예방법에 대해 알아보자. 낙뢰는 구름과 땅 사이에서 발생하는 방전 현상이다. 방전이란 전기가 방출돼 흐르는 현상이다. 일상생활에서 흔히 겪는 방전 현상으로 정전기가 있다. 정전기는 마찰 등을 통해 전기가 쌓인 것을 말한다. 쌓인 양이 많아져 전위차(전기적 위치 에너지 차이)가 일정 수준을 넘으면 근처에 있는 물체로 방전된다. 따끔함을 느낄 정도의 정전기는 3000V 이상의 전위차를 가진다. 하지만 이런 정전기는 전류(일정 시간 동안 흐르는 전하의 양)가 작아 위험하지 않다. 번개는 구름에 의해 발생한 대규모 정전기가 방전되는 현상이다. 구름은 하늘에 있는 수증기가 모여 작은 물방울이나 얼음 알갱이로 구성된다. 이 얼음 알갱이들이 서로 부딪히며 마찰 전기가 발생한다. 가벼운 알갱이는 주로 양전하를 띠며 구름 윗부분으로 올라가고, 무거운 알갱이는 음전하를 띠며 구름 아랫부분으로 내려간다. 구름이 성장하면서 전하가 쌓이다가 전위차가 커지면 순간적으로 전류가 흐르는 방전 현상, 즉 번개가 치게 된다. 공기에는 보통 전류가 흐르지 않는데, 전위차가 커서 순간적으로 전류가 흐르게 되는 것이다. 그래서 90% 이상의 번개는 구름 속에서 친다. 그런데 번개가 구름과 땅 사이에서 발생하기도 한다. 구름 안에서 전하의 분리가 일어나면 구름 아랫부분과 지면 사이에도 전위차가 커지면서 방전이 일어나기 때문이다. 이것이 바로 낙뢰다. 정전기의 대규모 버전인 번개가 치려면 전위차가 수백
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초승달에도 전체윤곽 보이는건 지구 반사빛 때문

"변한 그를 욕하진 말아줘 네 얼굴도 조금씩 변하니까 … You're still my No. 1 보름이 지나면 작아지는 슬픈 빛 날 대신해서 그의 길을 배웅해줄래" 2002년, 가수 보아의 2집 타이틀로 발매된 곡 No. 1의 노랫말 중 일부다. 이 노랫말은 의인화한 달에 말하는 투로 지어졌는데, 인상적인 것은 말하는 대상인 달의 얼굴이 ‘조금씩 변한다’는 표현이다. 우리가 알고 있는 것처럼 밤하늘에서 밝게 빛나는 달의 모양은 매일 조금씩 달라진다. 지구에서 보이는 달의 모양을 ‘위상’이라 하는데, 달의 위상이 변하는 까닭은 달이 지구 주위를 공전하면서 태양과 지구, 달의 위치 관계가 달라지기 때문이다. 태양계 구성원 중 스스로 빛을 낼 수 있는 천체는 태양이 유일하다. 금성이나 화성 같은 행성이나 달과 같은 위성은 스스로 빛을 내지 못하지만, 표면에 태양빛이 반사돼 지구에 도달하기 때문에 어두운 밤에 볼 수 있다. 달은 지구 주위를 공전하고 있으므로 태양빛을 받아 밝게 빛나는 면을 우리에게 얼마나 보여주는가에 따라 초승달이 상현달, 보름달, 하현달, 그믐달의 순서로 바뀌는 것을 볼 수 있다. 그런데 태양빛을 반사하는 영역 중 일부만 볼 수 있는 초승달과 그믐달일 때 자세히 관찰해보면, 왼쪽 사진처럼 달의 어두운 부분이 희미하게 빛나는 것을 확인할 수 있다. 태양빛은 달이 태양을 향한 쪽에만 도달하므로, 태양빛이 닿지 못하는 반대쪽이 보이면 안 될 것 같은데 말이다. 이것은 달의 어두운 영역에 태양으로부터 나오는 빛 이외의 다른 빛이 반사되었기 때문이다. 이 어두운 영역을 희미하게 밝혀주는 빛은 지구로부터 출발한 것이다. 태양빛은 달뿐만 아니라 지구에서도 반사된다. 달에는 대기
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해조류·해초류 심는 '바다식목일' 아시나요?

우리나라 사람들은 해조류를 즐겨 먹는다. 육수를 낼 때 빼놓지 않고 넣는 다시마, 생일이면 꼭 먹는 미역국, 어린이부터 어른까지 모두 좋아하는 구운 김, 호호 불면서 먹는 재미가 있는 매생잇국, 톳나물 무침, 파래 초무침, 꼬시래기 무침 등 다양한 요리에 활용돼 밥상에 자주 올라온다. 해조류는 광합성을 하는 생물로 광합성 색소에 따라 녹조류, 갈조류, 홍조류로 구분된다. 특히 파래 매생이는 녹조류, 미역 다시마 톳은 갈조류, 김 꼬시래기는 홍조류에 속한다. 광합성을 한다고 하면 흔히 육상 식물의 모습을 떠올리지만, 해조류는 뿌리, 줄기, 잎의 구분이 분명하지 않으며 꽃을 피우지도 않고 포자에 의해 번식한다. 즉 뿌리, 줄기, 잎이 명확하게 구분되고 꽃을 피우며 씨앗을 통해 번식하는 잘피 같은 해초류(sea grass)와는 분류학적으로 전혀 다른 생물이다. 이 해조류와 해초류가 숲처럼 무성하게 서식하는 공간을 ‘바다숲’이라 부른다. 바다숲의 중요성이 대두되는 가운데 우리나라에는 해조류와 해초류를 심는 날이 있다. 몇 월 며칠인지 알고 있는가? 바로 5월 10일 ‘바다식목일’이다! 우리나라는 2013년 세계 최초로 국가기념일로 지정했고, 지난 5월 10일에는 제11회 바다식목일 기념식이 제주에서 열렸다. 해양이 오염되고 해수 온도가 상승해 바다숲이 사막화되는 현실을 극복하고자 매년 바다숲을 만들고 있다. 바다숲은 해삼, 전복 등 해양 초식동물의 먹이원이며 서식지와 피난처가 되고, 오염물질을 제거할 수 있으며, 해양 생태계의 pH를 조절해 해양의 산성을 완화하는 등 생물 다양성 유지에 중요한 역할을 하고 있다. 게다가 광합성으로 이산화탄소를 흡수하니, 탄소중립(실질적인

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