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과학과 놀자

우리가 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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초음파 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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겨울철 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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3D 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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지구 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

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인공지능은 인공신경그물망을 쌓은 복잡계처럼 작동케 해

'스타워즈: 더 만달로리안'을 직접 보지 않더라도 우리는 이 TV 드라마 시리즈가 얼마나 재미있는지를 소문을 통해 안다. 사전을 찾아보면 '사람들 입에 오르내려 전하여 들리는 말'을 일컬어 소문이라고 한다. 그렇다, 사람들 사이에 전달되는 일이 없다면 우리는 알 길이 없다. 사람들이 말로 전달하는 것은 무엇일까? 바로, 정보(information)다. 사람들을 개개의 '생각하는 입자'로 본다면 이들이 상호작용하면서 정보를 퍼뜨리는 셈이다. 정보가 퍼지느 과정은 이들 사이에 사회 관계망(그물)에 따라 다르게 보여진다.친구가 무척 많은 사람이 정보를 퍼뜨리는 것과 여러 이유로 주변에 친구가 별로 없는 사람이 정보를 퍼뜨리는 것은, 소문의 초기에 아주 다르게 나타난다. 친구가 적거나 소통을 적게 하는 사람으로부터 소문이 시작됐지만, 어느 시점에 친구가 많은 사람에게 소문이 도달해야만 그때부터 소문이 퍼지는 속도는 걷잡을 수 없게 된다. 소문은 어떻게 퍼지는가물론 각각의 사람이 다른 사람들과 어떻게 관계를 맺고 영향을 미치는지를 이해한다고 해도 사람들이 모여서 이루는 사회현상 전체를 바로 이해하기는 어렵다. 한 가지 물질을 이해하기 위해 아주 작은 단위(원자)로 쪼개어 그들 사이의 상호작용을 이해한다고 할지라도 물질의 특징 전부를 알 수는 없는 것과 같은 이치다. 그러나 개별 입자를 바라보는 시각에서 몇 발자국 물러나 이들이 어떻게 전체를 조직하는가(짜임)를 그려내면 비로소 전체의 거동을 이해할 수 있다. 나무를 알고 나무들이 어떻게 심어져 있는지를 안다면, 이들이 이루는 숲의 형상을 이해할 수 있는 것과 마찬가지다.개개 입자의 거동과 이들