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과학과 놀자우리가 매일 쓰는 물은 어디에서 와서 어디로 가는 걸까?
우리는 매일 물을 마신다. 또 손을 씻고, 수세식 화장실도 사용한다. 우리가 매일 쓰는 물은 어디에서 와서 어디로 가는 걸까? 물은 지구 시스템을 크게 순환하고 있으며, 우리는 그 물의 일부를 활용하고 있다. 지구 시스템의 수권에 있는 물의 97%가량은 바닷물, 3% 정도가 육수(담수)다. 육수의 약 68.697%는 빙하로 존재하며, 30.061%는 지하수로 존재한다. 인류가 주로 사용하는 물은 강(0.006%)과 호수(0.26%)에 존재한다.우리나라에는 어느 정도의 비가 내리는 걸까? 2019년 기준으로 기상청 기상자료개방포털에서 전국 기준 강수량을 확인해 보면 1184.3㎜다. 2019년 기준 우리나라 면적은 약 1004억㎡이므로, 강우 총량은 강수량에 우리나라 면적을 곱하여 계산해 보면 1190억t 수준이 된다. 비는 강, 호수, 그리고 땅 위로 내리고, 땅 위로 내린 비는 땅으로 스며들거나 땅위를 흘러 결과적으로 강 또는 호수로 흘러간다. 강 또는 호수에 있는 물은 일부 증발되어 다시 대기 중으로 돌아가게 된다. 제주도는 지층을 구성하는 현무암의 투수성(땅으로 물이 투과하는 성질)이 높아 강이 없고 지하수 형태로 존재하게 된다. 지질학적 특징에 따라 물 순환의 형태가 다를 수 있다. 예를 들어 입자가 상대적으로 큰 암석 또는 모래가 포함된 지층은 물 투과 속도가 빠르고, 입자가 상대적으로 작은 진흙이 포함된 지층은 투과 속도가 느리다. 국민 1인당 하루 1260L의 물을 사용2019년 빗물로 내린 1190억t 중에 우리는 어느 정도의 물을 사용하는 것일까? 지구 시스템의 큰 물 순환 중에서 인간 활동을 위하여 사람들이 사용하는 물은 생활용수 공업용수 농업용수로 구분되며, 환경부 수자원장기종합계획에 따르면 2014년 기준으로 생
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과학과 놀자초음파 기술 알게 해준 박쥐…코로나로 미워하지 마세요
최근 인도를 출발해 미국으로 향하던 여객기가 이륙 30분 만에 회항하는 사태가 일어났다. 원인은 동굴에서만 주로 서식하는 박쥐가 난데없이 비행기에 나타났기 때문이다. 2021년 6월 1일 현재 전 세계 신종 코로나바이러스 감염증(코로나19) 사망자 수는 350만 명을 넘어섰다. 이런 무시무시한 바이러스를 퍼트린 진원으로 박쥐를 지목하는 연구들이 속속 나오면서 페루 등에서는 박쥐를 몰살하려는 시도가 있었다.이처럼 오늘날에는 박쥐가 인류사에 지대한 악영향을 미치는 동물로 기록되고 있지만, 박쥐가 사용하고 있는 초음파의 발견은 아이러니하게 많은 사람에게 이로운 기술로 활용되고 있다. “박쥐는 인간의 적이 아닙니다.”1794년 호기심 많은 신부이자 생물학자인 라차로 스팔란차니(1729~1799)는 박쥐의 야간비행에 관심을 가졌다. 대부분의 새는 해가 지면 쉬는데 박쥐는 어둠 속에서 더욱 활개를 치며 날아다닐 뿐만 아니라, 아무리 어두워도 장애물을 피해 아무런 어려움 없이 작은 벌레들을 잡아먹을 수 있었다. 스팔란차니는 박쥐의 감각을 하나씩 제거하는 기괴한 실험을 하면서 박쥐가 ‘청각’에 의해서 야간비행을 할 수 있다는 것을 발견했다. 이후 1880년 프랑스의 형제 물리학자인 자크 퀴리(1855~1941)와 피에르 퀴리(1859~1906)가 압전 현상을 발견하고 초음파를 감지할 수 있는 장비들이 개발되면서 박쥐가 초음파를 사용한다는 ‘스팔란차니의 박쥐 문제’가 해결됐다. 물체 속과 몸의 내부를 알 수 있는 초음파초음파는 물리적 진동인 음파의 한 종류다. 우리가 흔히 들을 수 있는 주파수(진동수)를 가청 주파수라고 하고, 이는 공기가 1초에 20번 진동하는 20㎐부터
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과학과 놀자북극·에베레스트산에서도 발견되는 미세플라스틱 밀도가 낮고 가벼워 공기를 통해서도 쉽게 이동
미세플라스틱은 해양뿐만 아니라 토양, 대기 등 우리를 둘러싼 환경 거의 모든 곳에 존재한다고 할 수 있다. 그러나 미세플라스틱의 영향은 아직 잘 모르는 것도 사실이다. 지피지기면 백전백승이라고 했다. 미세플라스틱에 대한 막연한 두려움과 걱정보다는 미세플라스틱과 환경의 상호작용, 생체 내 분포, 거동, 모니터링 등 미세플라스틱이 미치는 영향에 대한 자료와 정보를 꾸준히 모아 미세플라스틱의 위험성을 명확히 알아야 대응을 할 수 있을 것이다.이와 함께, 미세플라스틱을 낳는 플라스틱의 생산과 소비, 그리고 폐기와 재활용 등의 제도적 관리방안을 마련하고 올바른 사용에 대한 고민과 노력을 병행해야 한다. 또한 기존 석유화학 기반의 플라스틱을 대신할 수 있는 생분해성 바이오 플라스틱 등 대체 플라스틱에 대한 연구개발도 미세플라스틱을 포함한 플라스틱 폐기물 문제를 해결하는 대안이 될 것이다. 플라스틱 가득한 세상플라스틱(plastic)이 무엇인지 알아보자. 먼저 석유를 분별 증류하여 얻은 나프타로부터 플라스틱의 원료가 되는 에틸렌(ethylene), 프로필렌(propylene), 부타디엔(butadiene) 등 기초유분을 생산한다. 이 기초유분을 중합과정(polymerization)을 거쳐 폴리에틸렌(PE·polyethylene), 폴리프로필렌(PP·polypropylene) 등 고분자 형태로 만들고 이것을 펠릿이라 부른다. 다시 펠릿을 사출, 성형이라는 과정을 통해 원하는 모양으로 가공하여 만든 결과물이 플라스틱이다. 우리가 사용하는 칫솔, 비누곽, 일회용 컵, 그리고 비닐봉투를 비롯해 TV 리모컨과 휴대폰과 같은 전자제품에 이르기까지 생활에 필요한 형태와 모양으로 만들어 내는 것이 플라스틱의 가장 큰 특징이다.그런
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과학과 놀자스텔스 기술의 핵심은 레이더파 흡수·차단…록히드 비밀연구소에서 시작, 걸프전에서 위력 입증
탐지 기술과 스텔스 기술은 창과 방패다. 현대전에서 스텔스 기술은 탐지 기술의 발전과 역사적으로 관련이 깊다. 군사 기술에서는 소리, 빛, 열, 레이더 신호를 활용하여 적을 탐지하는 기술과 그런 신호 노출을 최소한으로 줄이려는 노력 간의 경쟁이 치열하다. 스텔스 기술은 신호 노출을 최소화하기 위한 매우 다양한 기술적 수단이 모여서 이뤄진 종합기술이다. 현대전에서 스텔스 능력의 보유 여부가 얼마나 중요한지는 매스컴을 통해 대중에게 많이 알려져 있다.스텔스 기술은 한글로는 ‘은폐 기술’로 해석될 수 있는데, 잘 보이지 않도록 하는 기술을 의미한다. 잘 보이지 않도록 하는 기술이라고 해서 흔히 영화 ‘어벤져스’에 나오는 쉴드의 공중항공모함 헬리케리어의 능동위장 모드나 ‘해리포터’의 투명 망토와 같은 것을 떠올리기 쉽다. 그러나 그것은 인간의 눈으로 관찰할 수 있는 광학신호(가시광선)에 대한 은폐 기술을 시각적으로 표현한 것일 뿐이고, 실제 군사 기술에서는 가시광선뿐만 아니라 음파, 적외선, 레이더파와 같은 신호를 이용하여 탐지하는 기술과 그에 대한 은폐 기술이 종합적으로 다루어진다. 다양한 탐지 기술의 특성과 한계다양한 신호 중에서 수중에서 주로 사용되는 음파를 제외하고는 레이더파, 적외선 및 가시광선은 실은 모두 같은 전자파의 일종이다. 모든 전자파는 공기 중에서 빛의 속도로 전파되지만 주파수에 따라서 그 종류가 구분된다. 우리 눈으로 관찰할 수 있는 빛은 약 430~790㎔(1㎔=1조㎐)의 주파수를 가지며, 적외선은 430㎔ 바로 아래 주파수 영역을 차지한다. 이에 비해서 레이더에 사용되는 전자파는 주로 1~40㎓(1㎓=10억㎐)의
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과학과 놀자겨울철 바람에 따라 '삼한사미'가 생겨나죠
언제부터인가 겨울철에 '삼한사온'이라는 표현보다 '삼한사미'라는 표현이 언론에 자주 언급된다. 대부분 알고 있듯이 삼한사미는 3일은 춥고 4일은 따뜻한 한반도의 전통적 겨울 날씨인 '삼한사온(三寒四溫)'에서 유래한 것으로 따뜻할 '온(溫)'자 대신 미세먼지의 '미(微)'를 넣은 것이다. '3일은 춥고, 4일은 미세먼지 농도가 높아진다'는 뜻으로 우리나라의 최근 겨울철 고농도 미세먼지 현상을 비유하는 신조어다. 실제로 추운 3일간은 북쪽의 추운 지역에서 불어오는 바람의 영향을 받아 공기가 깨끗하고 온화한 4일간은 북서/서쪽 지역에서 불어오는 바람의 영향을 받아 미세먼지 농도가 높아진다.이는 같은 계절에 유사한 양의 대기오염 물질이 오염원에서 배출된다고 하더라고 미세먼지 농도는 바람(풍향과 풍속)에 매우 큰 영향을 받는다는 것을 보여준다. 바람은 왜 부는 것일까?그렇다면 바람은 왜 부는 것일까? 여러분은 뜨거운 여름 햇살에 도로나 땅 위에서 아지랑이가 피어오르는 것을 본 적이 있을 것이다. 추운 겨울 실내 한가운데 놓인 난로 위에서도 아지랑이와 비슷하게 아른거리는 움직임을 볼 수 있다. 이는 난로 위에서 데워진 공기가 위로 이동하는 것으로, 이런 현상을 통해 열은 실내 전체에 전달된다. 이 공기의 흐름은 공간적인 온도 차이에 의해 발생한다. 이를 지구에 비유한다면, 적도지방은 뜨겁게 데워지는 난로에 해당하고 극지방은 난로로부터 멀리 떨어진 추운 공간에 해당할 것이다. 이처럼 공기는 열에너지를 이동시켜주는 대류 운동을 하며, 대류 운동 결과 나타나는 공기의 이동을 바람이라고 한다. 이런 대류 운동으로 대기순환이
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과학과 놀자3D 프린터로 찍어내는 인공 장기…뇌의 비밀 풀 수 있을까
2009년 개봉해 많은 인기를 얻었던 영화 '마이 시스터즈 키퍼(My Sister's Keeper)'에서는 골수암에 걸린 첫째 아이의 치료와 장기 이식을 위해 유전자 조작으로 설계된 둘째 아이를 출산한 가족이 겪는 이야기를 다룬다. 최근 개봉한 국내 영화 '서복' 역시 인간의 불로장생을 위해 개발된 복제인간이 겪는 딜레마를 다루며 인기를 끌고 있다. 이 영화에 등장하는 주인공들은 모두 누군가를 살리기 위한 목적으로 골수, 줄기세포, 장기 등 신체 일부를 환자에게 기증하는 과정에서 윤리적 갈등을 겪는다.아직까지는 영화에서나 일어나는 갈등이지만, 생명공학이 발전함에 따라 이런 일은 현실이 될 수도 있을 것이다. 장기 이식의 딜레마를 해결할 인공 장기 개발이런 갈등을 없앨 수 있는 기술 중 하나는 인체 일부나 장기를 축소한 인공 장기인 ‘오가노이드’ 개발이다. 오가노이드(organoid)는 ‘장기’를 뜻하는 ‘organ’과 ‘유사함’을 뜻하는 접미사 ‘-oid’가 합쳐진 단어로, ‘미니 장기’라고 불린다. 이 미니 장기 개발을 위해 과학자들은 줄기세포(stem cell)를 활용해 3차원 세포 집합체를 만든다. 이 집합체에 장기 발달에 필요한 단백질, 신호 전달 물질, 성장인자 등을 공급하면 세포 스스로 장기와 비슷한 모양을 갖추며 자라도록 유도할 수 있다.예를 들어 ‘미니 뇌’를 만들고 싶다면, 줄기세포를 뇌 신경세포로 자라게끔 유도한 다음 우리 뇌와 유사하게 3차원 구(球) 형태로 자라도록 해야 한다. 이런 과정은 짧게는 8주, 길게는 수개월이 걸린다. 보다 완벽한 ‘미니 장기’를 만들기 위한 과학자들의 노력그러나 오가노이드를
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과학과 놀자번개를 보면 '꼬마요정' 전자의 자유를 생각해보세요
만물의 근원을 탐구하던 철학자 탈레스는 동물의 털과 호박(화석화된 송진)을 맞대고 문지르면 힘이 작용한다는 사실을 발견했다. 그 작용의 주역은 전자의 이동이다. 호박을 의미하는 그리스어 λεκτρον(일렉트론)에서 전자의 영어단어 electron이 유래했음은 현대인의 상식이다. 하지만 많은 상식이 그렇듯이 배경이나 근본적인 속성에 대한 이해는 막연하다.전자는 본래 물질 구성의 기본 요소인 원자 내에 존재한다. 쿨롱 힘으로 양의 전하를 띠는 원자핵에 구속되어 있다. 전자의 파동성을 고려하여 양자역학 방정식을 풀어내면 전자가 존재할 수 있는 불연속적인 상태가 구해지는데, 이를 전자궤도 혹은 오비탈이라고 한다. 원자의 성질은 전자가 들어있는, 가장 큰 궤도에 따라 정해진다. 구조가 비슷한 궤도까지 전자를 채운 원자들은 비슷하게 행동한다. 이런 개념을 확장한 것이 주기율표다.두 개 이상의 원자는 전자를 공유함으로써 화학 결합을 형성한다. 20세기 초반 GE에 근무하던 물리학자 랭뮤어가 화학자 루이스와 ‘원자가 이론’을 제안하면서 주기율표의 원소들이 화학 결합을 형성하는 방식을 설명할 수 있게 되었다. 이를 바탕으로 분자 수준에서 생명 현상을 연구하는 분자생물학이 시작되고 DNA 구조가 분석될 수 있었다. 열·에너지로 인해 원자핵의 속박에서 벗어나는 자유전자원자가 규칙적으로 배열된 결정 구조에서 수많은 원자를 아우르는 전자궤도의 중첩 상태 같은 것이 생기는 것을 양자역학으로 설명할 수 있다. 이것을 에너지 밴드라고 부른다. 구리나 은과 같이 전기를 잘 통하는 도체는 밴드 내부에 자유로운 전자가 많이 있다. 부도
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과학과 놀자지구 온도 낮추기…'고고 챌린지'에 담긴 뜻
우리나라뿐만 아니라 세계적으로 공기가 나빠지고 있다는 목소리가 높다. 특히, 올해 봄 한국에서는 몽골이나 중국발 미세먼지로 인해 뿌연 하늘을 많이 보고 있다. 미세먼지에 의해 나빠진 게 공기뿐일까? 기상청 관측 자료를 토대로 확인했을 때, 올해 3월 서울의 일별 평균 기온은 9.02도였다. 이에 비해 작년 3월 서울의 일별 평균 기온은 7.74도였다. 작년보다 올해 기온이 약 1.3도 높아진 것이다. 2019년 3월에는 7.1도로 더 낮았다. 이를 보건대 해가 지나갈수록 기온이 점점 올라가는 것을 알 수 있다. 왜 이렇게 기온이 올라가고 공기가 나빠지는 것일까? 온실효과로 뜨거워지는 지구그 이유는 바로 온실효과 때문이다. 온실효과란 이산화탄소, 메탄 같은 온실가스 성분의 대기 중 농도가 올라감에 따라, 지표면을 뜨겁게 달구는 역할을 하는 것을 말한다. 온실가스가 대기와 멀지 않은 곳에 정체돼 보이지 않는 층을 만들어서 대기 바깥으로 공기가 나가고 들어오지 못하게 하기에 지표면이 뜨거워지는 것이다. 그렇다면, 온실가스 농도는 왜 높아지는 것일까? 여러 가지 이유가 있지만, 가장 중요한 이유는 산업혁명 이후 석탄과 석유 같은 화석연료를 주연료로 사용했기 때문이다. 화석연료가 탈 때 나오는 온실가스가 대기로 배출돼 농도가 높아지면서 지구온난화 현상을 초래했다. 이런 지구온난화가 세계적인 기후변화를 발생하게 하는 원인이다. 인류에게 큰 위협인 기후변화 늦춰야지구온난화로 인한 기후변화는 폭염, 폭우, 산사태, 대기오염 등 재난재해를 발생시켜 인간에게 큰 위협으로 다가오고 있다. 지구의 온도가 지속적으로 상승하면 희귀 동물들의 서식지가 사라져 생물 다양성에 위