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2024-11-25 (월)

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[기후의 역습(63)] 영구동토층 해빙으로 북극-아북극 산불 급증

극심한 기후 변화로 영구동토층인 북극 지역에 산불이 급증할 것이라는 암울한 연구 결과가 나왔다. 국제 기후 과학자 및 영구동토층 전문가 팀의 연구에 따르면, 새로운 기후 컴퓨터 모델 시뮬레이션 결과 지구 온난화로 인해 영구동토층 해빙이 가속화되고, 이로 인해 북부 캐나다 및 시베리아의 아북극 및 북극 지역에서 산불이 급격히 증가할 것으로 예상된다고 네이처닷컴과 PHYS 등 다수 외신이 24일(현지시간) 보도했다. 최근 관측 결과 따뜻하고 건조한 기후 조건으로 인해 이미 북극 지역의 산불이 심화되고 있는 것으로 나타났다. 미래 인위적 온난화가 산불 발생에 미치는 영향을 이해하고 시뮬레이션하기 위해서는 가속화된 영구동토층의 해빙의 역할을 고려하는 것이 중요하다. 영구동토층 해빙은 토양의 수분 함량을 크게 좌우하며, 이는 산불 발생의 핵심요소다. 최근 기후 모델들은 지구 온난화, 북부고위도 영구동토층 해빙, 토양 수분 및 화재 사이의 상호작용을 완전히 고려하지 않았다. 이번 새로운 연구는 가장 포괄적인 지구 시스템 모델 중 하나인 '커뮤니티 지구 시스템 모델'에서 생성된 영구동토층 및 산불 데이터를 사용했다. 이 모델은 토양 수분, 영구동토층 및 산불 사이의 결합을 통합적으로 파악하는 최초의 모델이다. 온실가스 배출 증가의 인위적인 영향과 자연 발생적인 기후 변화를 더 잘 구분하기 위해 과학자들은 1850년부터 2100년까지의 기간(SSP3-7.0 온실가스 배출 시나리오)을 다루는 50개의 과거-미래 시뮬레이션 앙상블을 사용했다. 이 시뮬레이션은 최근 한국의 부산 IBS 기후물리센터와 미국 콜로라도 볼더 국립대기연구센터 과학자들이 IBS 슈퍼컴퓨터 Aleph에서 수행했다. 이 앙상블 모델링 접근 방식을 통해 연구팀은 21세기 중후반까지 아북극 및 북극 지역에서 인위적인 영구동토층 해빙이 상당히 광범위하게 진행될 것임을 입증했다. 많은 지역에서 과도한 토양 수분이 빠르게 배출되어 토양의 수분이 급격히 감소하고, 이후 지표면 온난화 및 대기 건조가 발생한다. 부산에 있는 IBS 기후물리학 연구원의 연구 주저자이자 박사후 연구원인 김인원 박사는 "이러한 조건은 산불을 심화시킬 것"이라고 말했다. 연구팀은 이러한 조건들이 산불을 심화시킬 것이라고 경고했다. 모델 시뮬레이션 결과 21세기 후반에는 불과 몇 년 만에 사실상 화재가 거의 없는 상태에서 매우 강렬한 화재로 갑작스럽게 전환되는 것으로 나타났다. 이러한 미래 산불 추세는 대기중 이산화탄소 농도 증가로 인해 고위도 지역의 식물 바이오매스가 증가할 가능성이 높다는 사실로 인해 더욱 악화될 것으로 전망된다. 이른바 '이산화탄소 비료 효과'는 추가적인 화재 연료를 제공한다는 것. 참고로 이산화탄소 비료 효과는 대기 중 이산화탄소 농도가 증가하면 식물의 광합성 속도가 빨라져 성장이 촉진되는 현상을 말한다. 쉽게 말해 이산화탄소는 식물에게 비료와 같은 역할을 한다고 볼 수 있다. 식물이 더 빠르게 성장하면 화재가 발생할 경우 연료가 추가되는 것과 같은 효과를 내 화재 위험이 더 높아질 수 있다. 공동연구자인 노르웨이 트론헤임에 있는 노르웨이 과학기술대학의 한나 리 부교수는 "복잡한 영구동토층 환경이 미래를 더 잘 시뮬레이션하기 위해서는 확장된 관측 데이터 세트를 사용하여 지구 시스템 모델에서 소규모 수문학적 과정을 더욱 개선해야 할 필요성이 있다"고 강조했다. 이번 논문의 공동 저자이자 ICCP 책임자 겸 부산대학교 명예 교수인 악셀 팀머만 박사는 "산불은 이산화탄소, 검은 탄소 및 유기 탄소를 대기중으로 방출하여 기후에 영향을 미치고 북극 영구동토층 해빙 과정에 피드백을 줄 수 있다"고 지적했다. 팀머만 교수는 "하지만 화재 배출과 대기 과정 사이의 상호작용은 아직 지구 시스템 컴퓨터 모델에 완전히 통합되지 않았으며, 이러한 측면을 추가로 고려하는 것이 다음 단계가 될 것"이라고 밝혔다. 이번 연구는 국제학술지 네이처 커뮤니케이션스에 게재됐다. 실제로 2023년 캐나다 북부에서 미국 플로리다 주 크기의 지역을 태운 기록적인 산불이 발생했다. BBC에 따르면 2023년 캐나다 산불은 엄청난 이산화탄소를 배출했다. 과학자들은 캐나다의 한대 삼림이 지구 온난화를 유발하는 탄소를 포집하는 데 중요한 역할을 하기 때문에 이례적으로 화재가 발생하면 전 세계 기후 변화 예측에 영향을 미칠 수 있다고 우려하고 있다. 지난 8월 28일 캘리포니아 공과대학과 캐나다, 네덜란드 등 국제 연구팀이 네이처 저널에 발표한 자료에 따르면, 캐나다 화재로 인한 총 배출량을 약 647테라그램의 탄소로 계산했다. 1테라그램은 백만 미터톤이다. 이는 지난 10년 동안 약 29테라그램에서 82테라그램 사이를 오르내렸던 캐나다의 전형적인 산불 배출량을 훨씬 웃도는 수치다. 또한 이는 캐나다의 연간 총 탄소 배출량보다 5배 많으며, 작년에 740테라그램의 탄소를 배출한 인도와 비슷한 수준이었다. 2023년 캐나다 산불보다 더 많은 탄소량을 배출한 나라는 중국, 미국, 인도뿐이었다. 인류의 생존을 위협하는 탄소 배출량을 실질적으로 감소하기 위해 각국 정부와 기관이 더욱 머리를 맞대야 할 시기다.
- IT/바이오
2024-09-25
인간 뇌조직에서 미세 플라스틱 첫 검출⋯잠재적 위험성 제기

인간 뇌조직에서 미세 플라스틱이 처음으로 검출되어 잠재적인 건강 위험에 대한 우려가 높아지고 있다. 국제 연구팀이 15명의 사망자 뇌 조직 중 8명의 후각 신경구(코에서 냄새 정보를 받아 들이는 뇌조직 덩어리)에서 미세 플라스틱을 발견했다고 사이언스얼라트와 CNN 등 다수 외신이 보도했다. 이는 뇌 혈전에서 미세 플라스틱이 발견된 이후 뇌조직 자체에서 미세 플라스틱을 보고한 첫 번째 연구다. 베르린 자유 대학의 박사후 미세 플라스틱 연구원이자 이번 연구의 주저자인 루이스 페르난도 아마토-로렌소는 CNN에 "이 구조에 존재하면 뇌의 다른 영역으로 전이될 수 있다"고 밝혔다. 아마토-로렌소는 입자의 크기와 모양이 섬유보다 작기 때문에 뇌와 척수를 여러 유해 물질로부터 보호하는 막인 혈액뇌장벽의 미세아교세포를 우회할 가능성이 더 높다고 덧붙였다. 이전 연구에서 미세 플라스틱과 나노 플라스틱은 우리 몸의 폐 조직과 모유와 태반, 고환 등 생식기에서도 발견됐다. 아울러 플라스틱 페트 병에 든 생수 등 마시는 물에서도 미세 플라스틱이 검출돼 경종을 울렸다. 연구팀은 출판된 논문에서 나일론의 현미경 사진을 게재했으며 "미세 플라스틱은 다양한 인체 조직에서 발견됐지만 인간의 뇌에서 존재한다는 사실은 기록되지 않았으며, 이는 잠재적인 신경 독성 효과와 미세 플라스틱이 뇌 조직에 도달하는 메커니즘에 대한 중요한 의문을 제기한다"고 기술했다. 이번 연구는 지난 16일 미국의학협회 저널 '자마 네트워크 오픈(JAMA Network Open)'에 발표됐다. 검출된 미세 플라스틱은 주로 입자 및 섬유 형태였으며, 폴리프로필렌이 가장 많이 발견됐다. 입자 크기는 5.5마이크로미터(㎛)에서 26.4마이크로미터 사이로, 평균적인 인간 머리카락 너비(약 8만 나노미터)의 1/4도 되지 않았다. 이보다 작은 것은 나노 플라스틱으로 10억분의 1미터 단위로 측정해야 한다. 폴리프로필렌은 포장재부터 자동차 부품, 의료 기기에 이르기까지 가장 널리 사용되는 플라스틱 중 하나이다. 이전 연구에서는 대기 오염 입자가 후각 경로를 따라 올라가는 것을 발견했지만, 이번 연구에서는 미세 플라스틱이 후각구 바로 아래 쪽의 작은 구멍을 통해 뇌까지 동일한 경로를 이용할 수 있음을 시사한다. 연구팀은 "코와 후각구에서 미세 플라스틱이 확인된 것은 취약한 해부학적 구조와 함께 후각 경로가 외인성 입자가 뇌로 들어가는 중요한 진입 지점이라는 개념을 강화한다"고 설명했다. 미세 플라스틱의 건강 영향은 아직 명확하지 않지만. 뇌 내 합성 물질 농도 증가는 긍정적인 신호가 아니다. 최근 연구에 따르면 미세 플라스틱은 신경 손상 및 신경 질환 위험 증가와 연관 있을 수도 있다. 또한 대기 오염과 인지 문제 사이의 연관성은 이미 잘 알려져 있다. 만약 미세 플라스틱이 비강으로 유입된다면 문제를 악화시킬 가능성이 있다. 연구팀은 "파킨슨병과 같은 일부 신경 퇴행성 질환은 초기 증상으로 비강 이상과 관련이 있는 것으로 보인다"고 말했다. 생분해성이 더 높은 플라스틱을 생산하려는 지속적인 노력에도 불구하고, 플라스틱 생산량은 지난 20년 동안 두 배로 늘었다. 지난 9월 4일 '네이처' 저널에 게재된 또다른 연구에 따르면 전 세계는 매년 5700만톤의 플라스틱 오염을 발생시키고 있다. 영국 리즈대학교 연구팀은 매년 발생하는 오염 물질은 약 5200만톤으로, 뉴욕시 센트럴 파크를 엠파이어스테이트 빌딩 높이만큼 플라스틱 쓰레기로 채울 수 있는 수준이라고 밝혔다. 5200만톤의 플라스틱 쓰레기를 서울의 여의도에 쌓으면 높이는 약 1만5600km에 이른다. 이는 지구 반지름(약 6371km)의 두 배가 넘는 엄청난 높이다. 참고로 지구에서 가장 높은 에베레스트 산의 해발 고도는 약 8846미터이다. 이번 연구는 플라스틱 오염의 심각성을 다시 한 번 강조하며, 미세 플라스틱의 건강 영향에 대한 추가 연구의 필요성을 제기한다.
- IT/바이오
2024-09-20
[신소재 신기술(110)] 캐나다 연구진, 햇빛 이용해 온실가스를 '유용한 화학물질'로 전환

햇빛을 활용해 유해한 온실 가스인 메탄과 이산화탄소를 상온에서도 유용한 화학물질로 전환하는 기술이 개발됐다. 캐나다 맥길 대학교 연구팀이 햇빛을 이용해 온실가스인 메탄과 이산화탄소를 유용한 화학물질인 '녹색 메탄올'과 '일산화탄소'로 전환하는 혁신적인 기술을 개발했다고 사이테크데일리가 전했다. 이 기술은 기후변화 문제 해결과 지속 가능한 산업 발전에 기여할 것으로 기대된다. 연구팀은 금, 팔라듐, 질화갈륨, 혼합물을 촉매로 사용해 햇빛에 노출시키면 이산화탄소의 산소 원자가 메탄 분자에 결합하여 '녹색 메탄올'을 생성하는 반응을 유도했다. 이 과정에서 부산물로 일산화탄소로 생성된다. 녹색 메탄올은 재생 가능한 에너지원이나 바이오매스를 활용하여 생산되는 친환경 메탄올이다. 일반적인 메탄올은 화석 연료를 통해 생산되는데, 이 과정에서 많은 양의 온실 가스가 배출된다. 반면, 녹색 메탄올은 탄소 배출을 최소화하거나 아예 배출하지 않는 방식으로 생산되기 때문에 탄소 중립을 위한 중요한 에너지원으로 주목받고 있다. 녹색 메탄올은 선박이나 자동차의 연료로 사용가능하며, 기존 화석 연료보다 탄소 배출량이 적다. 또한 플라스틱이나 합성 섬유 등 다양한 화학제품의 원료로 사용된다. 게다가 수소보다 안전하고 쉽게 저장하고 운송할 수 있어 에너지 저장 매체로도 활용될 수 있다. 맥길 화학과 박사후 연구원 후이 수(Hui Su)는 "자동차에서 나오는 배기가스나 공장에서 나오는 배출물이 햇빛의 도움으로 차량용 청정 연료, 일상적인 플라스틱의 구성 요소, 배터리에 저장된 에너지로 전환되는 상상을 해보자"며 "이것이 바로 새로운 화학 공정이 가능하게 하는 변화의 종류"라고 말했다. 연구팀의 새로운 빛 기반 화학 공정은 상온에서 한 번의 반응으로 메탄과 이산화탄소를 녹색 메탄올과 일산화탄소로 전환한다. 팀은 전환된 두 가지 모두 화학 및 에너지 분야에서 높은 가치를 지닌다고 말했다. 연구를 이끈 차오준 리 교수는 "풍부한 태양 에너지를 활용하여 두 가지 온실 가스를 유용한 제품으로 재활용할 수 있다. 이 과정은 상온에서 진행되며 다른 화학 반응에서 사용되는 고온이나 유해 화학 물질이 필요하지 않다"고 설명했다. 이번 연구 결과는 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션즈'에 게재됐다. 맥길 대학교 연구팀은 이 기술이 탄소 중립 목표 달성과 환경 문제를 지속 가능한 미래를 위한 기회로 전환하는데 기여할 것이라고 전망했다.
- IT/바이오
2024-09-19
[퓨처 Eyes(50)] 핵시계, 초정밀 시간 측정의 새로운 지평을 열다

상상을 초월하는 정확성, 10억년에 단 1초의 오차도 허용하지 않는 시계가 현실로 다가왔다. 과학자들이 기존 원자시계를 뛰어넘는 핵시계 개발에 성공하며, GPS, 인터넷 동기화, 금융 거래 등 다양한 분야에 혁신을 예고했다. 미국 물리과학 연구기관인 JILA와 국립표준기술원(NIST) 펠로우이자 콜로라도 볼더 대학교 물리학 교수인 준 예(Jun Ye)와 그의 팀이 이끄는 국제 연구팀이 핵시계로 알려진 획기적인 시간 측정 장치를 개발했다. 원자시계 넘어 핵시계로, 시간 측정의 새로운 지평 현재 가장 정확한 시계는 원자시계다. 원자시계는 원자 내 전자의 에너지 변화를 이용해 1초를 정의하고, 1초에 수십억 번 진동하는 신호를 통해 시간을 측정한다. 이번에 개발된 핵시계는 원자핵 내부의 에너지 변화를 이용한다는 점에서 원자시계와 차별화되는 새로운 유형의 시간 측정 장치다. 핵시계는 원자 전체가 아닌 원자핵의 진동을 측정한다. 원자핵은 원자보다 훨씬 작지만, 더 많은 '틱(tick)'을 가지고 있어 더 정확한 시간 측정이 가능하며, 전자기장과 같은 외부 교란에도 안정적이다. 새로운 연구에서 JILA와 그의 연구팀은 핵시계의 모든 필수 부품을 만들었다. 즉 시계의 '틱(tick)'을 제공하는 토륨-229 핵전이, 핵의 개별 양자 상태 사이에 정밀한 에너지 점프를 생성하는 레이저, 이러한 '틱'을 직접 측정하는 주파수 빗 등이다. 연구팀은 이러한 노력으로 이전 파장 기반 측정기보다 100만배 높은 수준의 정밀도를 달성했다. 또한 연구팀은 자외선 주파수를 세계에서 가장 정확한 스트론튬 원자시계 중 하나에 사용되는 광학 주파수와 직접 비교해 핵 전이와 원자시계 사이의 직접적인 주파수를 연결하는데 최초로 성공했다. 이러한 직접적인 주파수 연결과 정밀도 향상은 핵시계를 개발하고 기존 시간 유지 시스템과 통합하는 데 있어 매우 중요한 단계다. 더 작지만 더 강력한 핵시계, 정확성의 한계를 뛰어넘다 원자시계는 수십억 년에 몇 초의 오차만 발생할 정도로 정확하지만, 외부 환경의 영향을 받을 수 있다. 반면, 핵시계는 원자핵의 안정성 덕분에 외부 간섭에 덜 민감하고, 더 높은 주파수에서 진동하여 더 정밀한 시간 측정이 가능하다. JILA 연구팀은 토륨-229 원자핵에 자외선 레이저를 쏘아 핵입자를 여기시키고 '광 주파수 빗' 기술로 핵의 에너지 펄스 주파수를 측정하는 데 성공했다. 이는 일반 시계의 추가 진자 운동을 하는 것과 유사한 원리로, 1초당 더 많은 파동 사이클을 측정하여 더욱 정확한 시간 측정을 가능하게 한다. 이번 연구 결과는 지난 9월 4일자 세계적인 학술지 "네이처' 표지 기사에 게재됐다. 연구팀에는 JILA, 비엔나 양자 과학 기술 센터, IMRA America Inc.의 연구자들이 포함됐다. 물리학의 획기적인 발전, 핵시계 현실화에 한 걸음 더 이번 연구는 핵시계 개발에 중요한 이정표를 세웠다. 1976년 토륨 핵의 저에너지 특성을 발견, 2003년 토륨-299 핵시계 활용 가능성 제시, 2023년 토륨-229 결정 삽입 기술 개발 등 오랜 연구 끝에 마침내 핵시계 프로토타입이 탄생한 것이다. 특히 연구팀은 토륨-229 핵의 에너지 변화를 정밀하게 측정하고, 이를 통해 생성된 신호를 높은 정확도로 측정하는 데 성공했다. 이는 핵시계의 실현 가능성을 입증하는 중요한 성과로 평가받는다. 핵시계, 시간 측정 넘어 과학 혁신 이끌 것 핵시계는 아직 초기 단계지만 상용화될 경우 공식 국제시간 측정뿐만아니라 물리학 연구, 우주 탐사 등 다양한 분야에 혁신을 가져올 것으로 기대된다. 특히 암흑 물질 탐색, 자연 상수 검증 등 기본 물리학, GPS 정확도 향상, 통신 네트워크 안정화 등에도 활용될 수 있다. 연구팀은 "이번 연구는 핵시계의 가능성을 보여주는 중요한 발검음"이라며 "레이저 정렬 및 주파수 조정 등을 통해 정확도를 더욱 향상시킬 수 있을 것"이라고 밝혔다. 또한 "2~3년 안에 핵시계가 원자시계의 정확성을 능가할 것"이라고 전망했다. 핵시계는 휴대성과 안정성도 뛰어나 통신, 인터넷, GPS 등 일상생활에도 영향을 미칠 것으로 예상된다. 물리학 전문가들은 "핵시계는 시간 측정의 새로운 패러다임을 제시하는 혁신적인 기술"이라며 "기초과학 연구부터 첨단 기술 개발까지 다양한 분야에 파급 효과를 가져올 것"이라고 평가했다. 핵시계, 미래를 향한 새로운 추 원자시계는 이미 지진, 중력장, 시공간 연구에 중요한 도구로 활용되고 있다. 핵시계는 이러한 분야에 더 큰 발전을 가져올 수 있으며, 휴대성과 사용 편의성도 높을 것으로 예상된다. 핵시계와 원자시계를 함께 사용하면 기본 물리 상수의 변화 여부를 확인하고 암흑 물질 연구에도 새로운 가능성을 열 수 있다. JILA와 NIST 물리학자 준 예는 "수십억년 동안 켜두어도 1초도 잃지 않는 손목시계를 상상해보라"며 "아직은 그 수준에 이르지 못했지만 이 연구를 통해 그 수준의 정밀도에 더 가까워졌다"고 말했다. 더 정확하고 안정적인 시간 측정을 향한 인류의 도전은 끝없이 계속된다. 핵시계 기술의 발전은 단순히 시간 측정의 정확성을 높이는 것을 넘어, 더 빠른 인터넷 속도, 더 안정적인 네트워크 연결, 더 안전한 디지털 통신을 제공할 수 있다. 또한 대규모 입자 가속기 없이 입자 물리학 이론을 검증할 수 있으며, 우주 구조 탐사 등 우리가 우주와 자연을 이해하는 방식을 근본적으로 바꿀 수 있는 잠재력을 지니고 있다.
- 포커스온
2024-09-12
[기후의 역습(56)] 극한 기상 급증, 20년 내 15억 명 피해 불가피

온실가스 배출량을 극적으로 줄이지 않으면 전 세계 인구의 4분의 3이 향후 20년 동안 극심한 기온과 강우량의 강력하고 빠른 변화로 큰 위험에 처할 것이라는 연구 결과가 나왔다고 PHYS가 전했다. 이 연구 결과는 네이처 지구과학지에 실렸다. 국제기후연구센터(CICERO: Center for International Climate Research) 학자들이 주도하고 영국 레딩 대학교의 지원을 받아 수행한 연구에 따르면, 2050년까지 탄소 중립을 실현한다는 파리 협정 목표를 달성할 만큼 배출량을 줄일 경우에도 인류의 20%가 극심한 기상 위험에 직면할 수 있다. 그러나 조치가 부족할 경우에는 전체 인구의 70%가 극단적인 기상의 위기에 처할 것으로 예상된다. 이 연구는 지구 온난화가 기상 변화와 결합됨에 따라 극심한 기온과 강우량이 10년 동안 매우 빠르게 변할 것임을 암시한다. 현재까지 극심한 기상 변화가 개별 국가에 미치는 영향을 조사한 연구는 거의 없다. 연구팀을 이끈 칼리 아일리스 박사는 "우리는 전 세계 평균 수준에 비해 기후 또는 기상 변화 관련성이 높은 지역에 초점을 맞추고 있다. 향후 수십 년 동안 극심한 변화를 겪을 것으로 예상되는 지역에 집중하고 있다"고 말했다. ◆ 전례 없는 상황 연구팀이 대규모 기후 모델 시뮬레이션을 사용해 도출한 '위험한 70%의 인구'는 대부분 열대 및 아열대 지역에 집중되어 있었다. 이들 대부분이 탄소 고배출 상황에서 향후 20년 동안 극심한 온도와 극한의 강수량 변화를 경험할 것으로 예상됐다. 강력한 배출 완화가 이루어져야만 숫자가 20%(약 15억 명)로 줄어들 것으로 보인다. 이 같은 급격한 변화는 상상하기 어려운 악조건과 극한 사건의 위험을 증가시킨다. 예를 들어, 열파는 사람과 가축 모두에 고온 스트레스와 높은 사망률, 생태계 위기, 농업 수확량 감소, 발전소 등 열원의 냉각 어려움, 운송 중단 등을 광범위하게 일으킬 수 있다. 또 극한의 강수량 집중은 홍수를 일으키고 정착지를 파괴하며 인프라, 작물 및 생태계의 피해, 침수 등으로 이어진다. 사회는 특히 여러 위험이 동시에 현실화될 때 취약해지는 것이다. ◆ 정화의 위험 연구팀원인 레딩 대학교의 로라 윌콕스 박사는 "아시아 전역에서 대기 오염을 빠르게 정화하면 따뜻한 극한 기온이 동시에 가속하고 이 지역의 여름철 몬순(우리의 장마에 해당)에 영향을 미친다는 사실도 발견했다"고 밝혔다. 건강상의 이유로 공기 정화가 중요하지만, 이는 거꾸로 지구 온난화에 영향을 미친다는 의미다. 윌콕스는 공기 정화 작업이 지구 온난화와 결합돼 향후 수십 년 동안 큰 변화를 일으킬 수 있다고 우려했다. 연구는 급격한 기후 변화의 가능성에 초점을 맞추지만, 그 결과가 기후 적응에 중요한 의미를 갖고 있다고 강조한다. 최선의 경우에만 15억 명에게 영향을 미치는 것으로 축소될 것이며, 이를 위해 향후 10~20년 사이에 매우 공격적으로 대응해야 한다는 지적이다.
- 포커스온
2024-09-11
[신소재 신기술(107)] AI 모델 활용한 대규모 지진 예측⋯윤리적 문제는 숙제

과학자들이 인공지능(AI) 모델 기술을 활용해 지진 사전 예측 가능성을 제시했다. 알래스카 페어뱅크스 대학(UAF) 연구팀이 AI 기계 학습을 활용해 조기 징후를 감지해 대규모 지진 발생 몇 달 전에 예측할 수 있다는 연구 결과를 발표했다고 사이테크데일리가 7일(현지시간) 전했다. 연구팀은 알래스카와 캘리포니아에서 발생했던 두 차례의 대규모 지진 사례를 분석, 지진 발생전 광범위한 지역에서 발생하는 미세한 지각 활동을 감지해 며칠에서 몇 달전 지진 발생 가능성을 예측할 수 있음을 시사했다. 팀은 기계 학습 기반 탐지 방법을 개발하고, 컴퓨터 알고리즘을 통해 데이터에서 비정상적인 지진 활동을 탐색했다. 특히 2018년 11월 일어난 규모 7.1 강도의 앵커리지 지진과 2019년 규모 6.4~7.1의 캘리포니아 릿지크레스트 지진 발생 전 약 3개월동안 해당 지역의 15~25%에 걸쳐 비정상적인 저강도 지진이 발생했음을 확인했다. 이를 바탕으로 앵커리지 지진 발생 3개월 전부터 30일 이내에 대규모 지진이 발생한 확률이 최대 80%까지 급증했으며, 릿지크레스트 지진 발생 40일전부터 유사한 확률 증가 패턴이 나타났음을 밝혀냈다. 연구에 따르면 대지진이 발생하기 전 대부분 규모 1.5 미만의 지진 활동이 포착됐다. 연구팀은 이러한 저강도 전조 활동의 원인으로 단층 내 공극 유체 압력의 증가를 제시했다. 공극 유체 압력은 암석 내부의 유체 압력을 말한다. 높은 공극 유체 압력은 단층의 기계적 특성을 변화시켜 지역 응력장의 불균일한 변화를 초래하고, 이것이 비정상적인 저강도 지진 활동을 유발한다는 것이다. 연구팀은 기계 학습이 지진 연구에 긍정적인 영향을 미치고 있으며, 방대한 지진 데이터 분석을 통해 지진 발생 전조를 파악하는 데 중요한 역할을 할 수 있다고 강조했다. 그러나 연구팀은 알고리즘의 실시간 적용 및 새로운 지역에서의 활용을 위해 추가적인 검증이 필요하며, 지진 예측의 불확실성으로 인한 윤리적, 실질적인 문제들을 해결해야 한다고 지적했다. 특히 잘못된 예측으로 인한 사회적 혼란과 경제적 손실 가능성을 경고하며, 정확한 예측을 통한 인명 및 재산 피해 최소화와 균형을 맞추는 것이 중요하다고 말했다. 머신 러닝을 기반으로 한 지진 감지 방법은 8월 28일 학술 '네이처 커뮤니케이션스'에 게재됐다. 이 연구는 UAF 지구물리학 연구소의 타르실로 지로나 조교수가 주도했다. 독일 뮌헨의 루트비히 막시밀리안 대학교의 지질학자 키리아키 드리모니가 연구 공동 저자이다. 지로나는 "저희 논문은 고급 통계 기법, 특히 머신 러닝이 지진 카탈로그에서 얻은 데이터 세트를 분석해 대규모 지진의 전조 현상을 식별할 수 있는 잠재력을 가지고 있음을 보여준다"고 말했다.
- IT/바이오
2024-09-09
[기후의 역습(50)] 작년 캐나다 산불, 인도 1년치 탄소 배출량과 맞먹어 '충격'

작년에 캐나다를 강타한 기록적인 산불은 지구상의 거의 모든 나라에서 배출한 탄소보다 더 많은 탄소를 대기 중에 방출했다고 영국 독립 미디어 인디펜던트가 전했다. 캐나다의 단일 산불이 지구 온난화의 가장 큰 원인을 제공했다는 분석이다. 나사(NASA)의 제트 추진 연구소가 지난주 말 발표한 분석에 따르면, 미국 노스다코타와 거의 같은 면적의 산림을 태운 캐나다 산불은 약 6억 4000만 톤의 이산화탄소를 방출한 것으로 추정됐다. 이 분석 결과는 '네이처' 저널에 발표됐다. 연구에 따르면 캐나다 산불로 배출된 탄소보다 많은 양을 배출한 나라는 중국, 미국, 인도뿐이었다. 3개국의 화석 연료 연소가 다른 국가를 압도하고 있는데, 캐나다 산불이 이에 버금갔다는 얘기다. 전 세계적인 탄소 배출로 인해 지구의 대기 중 온실가스 농도는 2023년에 인류 역사상 가장 높은 수준에 도달했다. 캐나다 산불은 2023년 5월에 발생해 기록적으로 높은 기온과 건조한 기상 조건으로 수개월 동안 꺼지지 않고 퍼지면서 캐나다 인근 전역에 걸쳐 맹위를 떨쳤다. 역대 최대 규모의 산불로 기록되기도 했다. 산불은 캐나다 브리티시 컬럼비아에서 노바스코샤까지 4500만 에이커 이상을 태웠다. 연기는 캐나다 전역으로 퍼져 국경 남쪽까지 도달했으며, 뉴욕을 비롯한 미국 대도시의 하늘을 노랑 또는 주황색으로 물들였다. 지역 주민들은 불길한 대기를 온몸으로 겪어야 했다. 캐나다에서 소방관 8명이 사망하고 수만 명이 대피했다. 나사는 연구에서 위성 관측과 슈퍼컴퓨터를 사용해 화재의 영향을 파악했다. 특히, 2017년부터 지구를 공전하고 있는 유럽우주국(ESA)의 센티넬 5P 위성에 부착된 대류권 관측 장비(TROPOspheric Monitoring Instrument)를 이용해 대기 중의 가스와 미세 입자를 측정하고 매핑할 수 있었다. 한편 기후 위기로 인해 급등하는 기온과 극심한 가뭄으로 인해 발생하는 산불의 빈도와 심각성은 날로 증가할 것으로 예상된다. 캐나다를 포함한 세계 북부 산림에 대한 위협은 심각하다는 지적이다. 산림은 일반적으로 주요 탄소 흡수원 역할을 하며, 일부에서는 특히 배출하는 탄소보다 더 많은 양을 대기 중에서 흡수한다. 그러나 미국 해양대기청(NOAA)은 극심해지는 산불로 탄소 흡수원으로서의 산림의 효과는 갈수록 약해지고 있다고 우려했다.
- 포커스온
2024-09-03
[우주의 속삭임(48)] NASA, 지구 '양극성 전기장' 세계 최초 발견

미국 항공우주국(나사·NASA)이 최근 인듀어런스(Endurance) 임무를 통해 지구의 양극성 전기장을 밝혀냈다. 이는 지구의 대기 역학을 이해하고 다른 생명체가 살 수 있는 행성을 탐사하는 데 중요한 역할을 할 것으로 기대된다. 나사는 홈페이지를 통해 국제 연구팀이 NASA의 준궤도 로켓 관측을 통해 지구의 중력 및 자기장과 함께 근본적인 역할을 하는 것으로 추정되는 '양극성 전기장'을 세계 최초로 측정하는 데 성공했다고 밝혔다. 과학전문매체 사이테크데일리, 라이브사이언스 등은 지구 양극성 전기장에 대해 중점적으로 다루었다. 60여 년 전 처음 감지된 뒤 가설로 제시된 이 전기장은 지구 극지방에서 끊임없이 우주로 방출되는 하전 입자의 흐름인 '극풍(Polar Wind)'의 주요 원동력이다. '양극성 전기장'은 지구의 상층 대기, 즉 극지방에서 발생하는 약한 전기장이다. 이 전기장은 대기 중의 이온과 전자의 움직임에 영향을 주어 극풍이라는 현상을 일으킨다. 극풍은 대기 중의 하전 입자들이 지구의 자기력선을 따라 우주 공간으로 빠져나가는 현상이다. 이 전기장은 양방향 즉 '양극성'인데, 이는 두 방향으로 모두 작동하기 때문이다. 이온은 중력에 의해 가라앉을 때 전자를 아래로 당긴다. 동시에 전자는 이온이 우주로 탈출하려고 할때 이온을 더 높은 높이로 들어올린다. 나사는 "양극성 장은 상층 대기의 대전된 입자를 원래 도달할 수 있는 높이보다 더 높은 곳까지 끌어 올리며 아직 탐구되지 않는 방식으로 우리 지구의 진화에 영향을 미쳤을 수 있다"고 설명했다. 양극성 전기장은 지구의 중력 및 자기장처럼 지구의 근본적인 특성 중 하나로 여겨지지만 그 존재를 직접 측정하기는 매우 어려웠다. 나사는 최근 인듀어런스 임무를 통해 처음으로 양극성 자기장의 존재를 확인하고 그 강도를 측정하는 데 성공했다. 이를 통해 과학자들은 지구 대기의 탈출 과정과 이온층의 형성 과정을 더 잘 이해할 수 있게 됐다. 앞서 과학자들은 이 전기장이 고도 약 250km(약 150마일)에서 대기 중의 원자가 음전하(-)를 띤 전자와 양전하를 띤 이온으로 분리되기 시작한다는 가설을 세웠다. 전자는 엄청나게 가벼워서 에너지를 조금만 가해도 우주로 날아갈 수 있다. 반면, 이온은 전자보다 최소 1836배 무겁고 땅을 향해 가라앉는 경향이 있다. 중력만 작용한다면 한 번 분리된 두 개체군은 시간이 지남에 따라 서로 멀어질 것이다. 하지만 전자와 이온은 서로 반대 전하를 띠고 있기 때문에 전기장에 형성되어 전하가 분리되는 것을 방지하고 중력의 영향을 일부 상쇄한다. 이 전기장은 상층 대기의 하전 입자들을 더 높은 고도로 끌어 올려 지구의 진화 과정에 아직 밝혀지지 않은 영향을 미쳤을 가능성이 있다. 아원자 규모에서 생성되는 가설의 전기장은 매우 약해서 수백마일 이상에서만 그 효과가 느껴질 것으로 예상됐다. 수십년 동안 이 전기장을 감지하는 것은 기존 기술의 한계를 넘어서는 일이었다. 글린 콜린슨과 그의 팀은 2016년 지구의 양극장을 측정할 수 있는 새로운 기기를 발명하기 시작했다. 나사의 인듀어런스는 2022년 5월 11일 발사돼 약 768km(약 477.23마일) 고도에 도달한 뒤 19분 후 그린란드해에 낙하했다. 인듀어런스는 양극성 자기장 데이터를 수집한 약 518km(322마일) 고도 범위에서 0.55볼트에 불과한 전위 변화를 측정했다. 멜린랜드 주에 있는 나사 고다드 우주빙행센터의 인두어런스 수석연구원이자 이 논문의 주저자인 글린 콜린슨은 "0.55볼트는 거의 아무 것도 아니며 시계 배터리 정도에 불과하다"면서 "하지만 이 정도면 극지방의 바람을 설명하기에 적당한 양이다"라고 설명했다. 극풍에서 가장 풍부한 입자인 수소 이온은 이 전기장에서 중력보다 10.6배 강한 외력을 경험한다. 나사 고다드의 지구력 프로젝트 과학자이자 논문의 공동 저자인 알렉스 글로서는 "이는 중력에 대항하기에 충분하며, 실제로 초음속으로 우주로 발사하기에 충분하다"고 말했다. 콜린슨은 "이것은 마치 대기를 우주로 들어올리는 컨베이어 벨트와 같다"고 덧붙였다. 연구팀은 이번 발견을 통해 지구 대기의 복잡한 움직임과 진화 과정을 이해하고, 지구 역사뿐 아니라 다른 행성의 비밀을 밝히고 생명체 존재 가능성을 판단하는 중요한 단서를 얻을 수 있을 것으로 전망했다. 이번 연구 결과는 2024년 8월 28일 학술지 '네이처(Nature)'에 게재됐다.
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2024-09-02
[기후의 역습(43)] 오래된 나무, 탄소 흡수 가속화…숲 보존 중요성 강조

오래된 나무가 많은 숲이 이산화탄소를 더 많이 흡수하고 저장한다는 연구 결과가 나왔다. 영국 버밍엄 대학교 연구팀은 오래된 나무가 지구 온난화 주범인 이산화탄소 흡수 속도를 높일 수 있다는 연구 결과를 발표했다고 BBC가 전했다. 연구팀은 오래된 참나무(오크나무) 숲을 7년 동안 높은 수준의 이산화탄소를 노출시킨 결과, 나무들이 목재 생산량을 늘려 온실가스를 흡수하고 지구 온난화를 방지하는 효과를 확인했다. 이번 연구는 기후 변화 대응을 위한 오래된 나무들이 있는 숲을 보호하고 유지하는 것의 중요성을 보여준다. 현재 전세계적으로 6초마다 축구장 면적의 숲이 사라지고 있는 것으로 추정된다. 연구 공동 저자인 롭 맥켄지는 "이번 연구는 오래된 숲이 우리에게 엄청난 역할을 하고 있음을 보여주눈 희망적인 증거"라며 기존 숲을 신중하게 관리해야 하며 절대 벌목해서는 안 된다"고 강조했다. 이번 연구 결과는 버밍엄 대학교의 대규모 '대기 이산화탄소 농축(FACE)' 실험에서 나왔다. FACE 실험은 2016년부터 진행 중이며, 52에이커(약 6만3600평) 규모의 스태퍼드셔 숲에서 기후 변화가 산림에 미치는 영향을 실시간으로 파악하는 것을 목표로 한다. 52에이커는 축구장 약 30개를 합친 넓이에 해당한다. 연구팀은 180년 된 영국 오크나무 숲에 약 40m 높이의 파이프 라인을 설치하고 매일 온실 가스인 이산화탄소를 배출해 나무의 변화를 관찰했다. 7년간의 모니터링 결과 오크나무는 이산화탄소 농도 증가에 따라 생산성이 향상됐다. 즉 목재 생산량이 약 10% 증가해 이산화탄소를 장기간 흡수하고 대기 온난화를 방지하는 효과를 보였다. 나무는 이산화탄소를 흡수해 새로운 잎, 뿌리 또는 바이오매스를 생산하는 데 사용한다. 잎과 뿌리는 상대적으로 짧은 기간 동안 탄소를 저장하지만, 이번 연구에서는 대부분의 이산화탄소가 수십년 동안 저장될 수 있는 형태로 변환되었음을 확인했다. 연구 결과는 학술지 '네이처 기후 변화(Nature Climate Change)'에 게재됐다.
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2024-08-15
[우주의 속삭임(42)] 금성 대륙, 초기 지구와 유사점 암시

현재의 금성과 지구는 완전히 다른 환경이다. 지구는 풍부한 자원과 부드럽고 안전한 대기, 출렁이는 바다, 온화한 기온, 식물로 뒤덮인 육지가 있다. 반면 금성은 독가스 구름에 산성비가 내리고, 기압이 강하며, 단테의 지옥이라고 하는 것이 어울릴 만큼 섭씨 수백 도에 달하는 고온으로 타오른다. 이러한 차이는 행성의 표피뿐 아니라 내부까지 이어진다. 금성은 지구의 지각 구조와 다르다. 금성에는 지구처럼 서로 마찰하고 안정적인 기후를 유지하는 데 도움이 되는 지각판 영역이 없다. 금성에 지각판이 없다는 것은 지구와 많은 차이를 나타내는 강력한 요인으로 생각되지만, 금성의 과거가 지질학적인 면에서 어떻게 전개되었는지는 실제로 잘 알려지지 않았다. 대표적으로, 테세라(tesserae)로 알려진 금성 표면의 가장 오래된 광대한 고원은 지각적 특징이 있는 것처럼 보이지만, 그것이 어떻게 생겨났는지는 수수께끼로 남아 있다. 그런데 호주 모나시대학교 연구팀의 새로운 분석에 따르면, 금성의 테세라는 수십억 년 전 지구에 최초의 대륙이 만들어진 것과 매우 유사한 과정을 통해 형성되었을 수 있다고 사이언스얼라트가 전했다. 이 연구는 네이처 지오사이언스에 실렸다. 모나시대학교의 파비오 카피타니오 교수는 "이 연구는 금성이 어떻게 진화하는지에 대한 이해를 높이기 위해 진행됐다. 결과는 의외였다. 우리는 섭씨 460도의 뜨거운 표면 온도와 함께 지각판 구조가 없는 금성이 그렇게 복잡한 지질학적 특징을 가지고 있을 것이라고는 예상하지 못했다"고 밝혔다. 지구와 유사한 면이 발견됐다는 것이다. 지구의 지각판은 다른 행성에 비해 매우 복잡하다. 지각판은 여러 조각으로 나뉘어 있고, 조각들은 느슨한 상태에서 서로 마찰하고, 섭입(한쪽 판이 다른 판의 아래로 밀려 들어가는 현상) 과정에서 서로 아래로 미끄러지고 재배열될 수 있다. 지진도 그 과정에서 일어나며 대륙의 재구성도 이로 인해 이루어진다. 지구 대륙 지각의 가장 오래된 부분은 크레이튼(분화구)으로 알려진 지역이다. 대륙 지각판은 일반적으로 해양판보다 약하지만, 암석이 더 오래되고 밀도가 높으며 강한 지역이 있다. 알려진 크레이튼은 약 35개이며, 지질학자들은 이것이 먼저 형성되어 지구의 용융된 내부를 통해 위로 밀려 올라와 굳어지면서 대륙이 형성되었을 것으로 추정한다. 금성에 대한 우리의 지식은 제한적이다. 금성은 인간의 탐사를 허용하지 않지만, 1989~1994년 사이의 15년 동안 나사(NASA)의 마젤란 우주선은 레이더로 황산 구름 아래 금성의 표면을 자세히 지도화했다. 카피타니오 연구팀은 이 데이터를 활용, 금성에서 이슈타르 테라(Ishtar Terra)로 알려진 테세라 지역을 중점적으로 조사했다. 컴퓨터 시뮬레이션을 이용, 수십억 년 전 태양계가 아직 형성의 초기 단계에 있을 때 테세라 지역이 어떻게 형성되었는가를 탐구했다. 분석 결과 테세라는 크레이튼과 같은 방식으로 형성됐을 가능성이 있는 것으로 나타났다. 즉, 금성의 용융된 내부에서 위로 솟아올라 표면으로 분출돼 금성 지각으로 굳어졌을 수 있다는 것이다. 카피타니오는 "이 발견은 금성과 초기 지구와의 연관 가능성에 대한 새로운 관점을 제공한다"라며 "금성에서 발견된 특징은 지구의 초기 대륙 형성과 놀라울 정도로 유사하며, 이는 금성의 과거 역학이 이전에 생각했던 것보다 지구의 역학과 더 유사했을 수 있음을 시사한다"고 말했다. 이는 금성의 진화를 이해할 수 있는 실마리를 제공한다. 지구와 금성이 별도의 지각 활동에 따라 갈라졌다 해도, 크레이튼 형성 과정 이후 판구조론이 형성되기 전에 일어났다는 것을 보여준다. 이 시기가 중요한 이유는, 언제 그리고 어떻게 서로 다른 행성 특성이 나타나는지가 지구와 같은 암석 행성에서 생명체 거주 가능성이 어떻게 발전했는지에 대한 큰 단서가 될 수 있기 때문이다. 금성과 지구가 언제 어디에서 일치했는지를 찾는 등 두 행성의 유사한 특징을 연구함으로써 지구의 초기 역사에 대한 비밀을 풀 수 있을 것이라는 기대다.
- IT/바이오
2024-08-12
[기후의 역습(40)] 그레이트 배리어 리프, 400년 만의 최악 폭염에 신음

호주 북동부에 위치한 세계 최대의 산호초 지대인 그레이트 배리어 리프(Great Barrier Reef)가 기후 변화로 인해 큰 위기에 처해 있음이 수세기 된 산호의 몸체에서 채취한 샘플을 연구한 결과 밝혀졌다고 BBC가 전했다. 연구를 주도한 호주 과학자 팀은 지난 10년 동안 그레이트 배리어 리프의 광대한 산호초 지대와 그 주변의 기온이 400년 만에 가장 높은 것으로 기록됐다고 말했다. 극심한 더위로 인해 지난 9년 동안만 해도 5건의 대량 산호 백화 사건이 발생했다고 한다. '네이처' 저널에 발표된 연구에 따르면 기후 변화로 인한 기온 상승이 이제 이 세계적인 자연의 경이로운 경관에 실존의 위협을 가하고 있다. 연구팀의 울런공 대학교 헬렌 맥그리거 교수는 "과학은 그레이트 배리어 리프가 심각한 위험에 처해 있음을 경고하고 있다. 우리는 과학의 지시에 따라야 한다"고 말했다. 새로운 위협의 증거는 산호 자체에서 나오고 있다. 수년에 걸쳐 해양 과학자들은 산호에서 채집한 샘플을 조사, 산호가 발달하면서 산호초 주변 환경이 어떻게 바뀌는 지에 대한 화학적 증거를 찾았다. 산호는 식물이 아닌 동물로서, 수세기 동안 살 수 있으며 자연 환경에 대한 화학적 지표를 남긴다. 연구팀은 수천 개의 산호 몸체에서 얻은 데이터를 재검토하고, 영국 해들리센터(Hadley Centre)에서 수집한 과거 해수 온도 기록과 대조하는 작업을 수행했다. 그 결과 지난 10년 동안 그레이트 배리어 리프 주변의 최근 10년의 기온은 지난 400년 중 가장 높았다. 울런공 대학교 수석 연구원인 벤자민 헨리 박사는 "그레이트 배리어 리프에서 최근 일어나고 있는 사태는 불행히도 산호초에 끔찍한 일이다. 지구 온난화를 제한해야만 이 산호초와 전 세계의 다른 산호초가 현재 상태에서 살아남을 수 있는 희망의 빛이 생긴다"라고 말했다. 산호는 특정한 온도의 범위 내에서 생존하고 성장할 수 있다. 그렇게 성장하는 산호는 다른 해양 생물에게 서식지를 제공한다. 산호는 조류와 공생 관계를 맺고 있는데, 조류는 산호 내부에 살면서 산호에 먹이를 제공하고 산호의 밝은 색을 내는 특수한 해양 식물이다. 산호의 백화는 해수 온도가 너무 높아지고 산호가 조류를 배출하면서 탈색해 흰색으로 변할 때 발생한다. 결국 다른 조류가 흰색 산호 표면에서 자라면서 갈색으로 변한다. 산호는 백화돼도 시간이 지나면서 회복할 수 있지만, 열이 내려가지 않으면 회복할 기회가 없어진다. 맥그리거 교수는 그러나 아직 상황이 파국적이지는 않다고 희망을 놓지 않았다. 그레이트 배리어 리프는 현재 유네스코 세계문화유산에 등록되어 있다. 과학자들은 이 연구가 유엔기구의 의식 전환에 기여해 산호초를 공식적인 멸종 위기 종으로 지정되는 계기가 되기를 희망했다. 맥그리거 교수는 "이는 세계에 문제의 심각성에 대한 거대한 신호를 보내고 있다. 우리는 이미 무엇을 해야 할지 알고 있다. 지구 온도 상승을 제한하기 위한 국제 협정에 따라 실질적인 행동을 지속적으로 해 나가야 한다"고 강조했다.
- 포커스온
2024-08-09
[신소재 신기술(93)] 미국 버팔로대학, 세계 최고 성능 초전도체 와이어 개발…에너지 혁신 앞당겨

미국에서 세계 최고 성능의 초전도체 와이어가 개발됐다. 미국 버팔로 대학교 화학생물공학과 아미트 고얄 교수 연구팀이 세계 최고 성능의 초전도(HTS) 와이어 개발에 성공했다고 Phys. org, 인터레스팅엔지니어링 등 다수 외신이 전했다. 이번에 개발된 와이어는 섭씨 영하 268도에서 영하 196도 사이의 온도에서 작동한다. 이는 다른 초전도체의 작동 온도인 절대 영도보다는 높지만 여전히 극저온 환경이다. HTS 와이어는 전력 손실 없이 전기를 전송할 수 있어 미래 에너지 시스템의 핵심 요소로 주목받고 있다. 해상 풍력 발전소의 전력 출력을 두 배로 높이고, 초전도 자기에너지 저장 시스템을 구축하는 등 에너지 인프라 분야에서 다양한 활용이 기대된다. 또한, 최근에는 핵융합 원자로, 차세대 이미징 및 분광 기술에도 적용되고 있다. HTS 와이어는 비교적 높은 온도에서 작동하는 장점이 있지만, 제조 비용이 높다는 단점이 있었다. 버팔로 대학교 연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 기존의 이온 빔 보조 증착(IBAD) 기술과 나노기둥 결함 기술을 결합한 새로운 방식을 개발했다. 나노기둥 결함 기술은 절연 또는 초전도 물질을 초전도체에 통합하여 더 높은 초전류 흐름을 가능하게 하는 기술이다. 연구팀은 희토류 바륨 구리 산화물(REBCO) 와이어에 펄스 레이저 증착 시스템을 사용하여 HTS 필름을 제작했다. 또한 캐나다 맥마스터 대학교와 이탈리아 살레르노 대학교와의 협력을 통해 원자 해상도 현미경 및 초전도 특성 측정을 수행했다. 이번에 개발된 HTS 와이어는 5 켈빈(-268℃)에서 77 켈빈(-196℃)까지 모든 자기장 및 온도에서 최고의 임계 전류 밀도와 고정력을 달성했다. 특히, 4.2 켈빈에서 외부 자기장 없이 제곱센티미터당 1억 9000만 암페어의 전류를 전달했으며, 7 테슬라의 자기장에서는 제곱센티미터당 9000만 암페어를 전달했다. 또한, 상용 핵융합 반응 온도인 20 켈빈에서는 외부 자기장 없이 제곱센티미터당 1억 5000만 암페어, 7 테슬라 자기장에서는 제곱센티미터당 6000만 암페어 이상의 전류를 전달하는 데 성공했다. 이러한 성과는 0.2 마이크론 두께의 HTS 필름으로 달성되었다는 점에서 더욱 주목할 만하다. 일반적으로 이 정도의 전류를 전달하려면 10배 더 두꺼운 HTS 와이어가 필요하다. 이 연구의 책임 저자인 아미트 고얄 박사는 "이러한 결과는 산업이 상업용 코팅 도체의 가격 대비 성능 지표를 크게 개선하기 위해 증착 및 제조 조건을 더욱 최적화하는 데 도움이 될 것"이라면서 "가격 대비 성능 지표를 더욱 유리하게 만드는 것은 초전도체의 수많은 대규모 예상 응용 분야를 완전히 실현하는 데 필요하다"고 말했다. 이번 연구는 학술지 '네이처 커뮤니케이션'에 게재됐다.
- 포커스온
2024-08-09
심해 플라스틱 오염, 식량 사슬 위협…인류 건강까지 위태롭다

오염원인 플라스틱이 생태계와 먹이사슬을 위협하고 있다. 버려진 플라스틱은 수백 년 동안 바다에 머물러 바다를 오염시키고 있으며, 플라스틱 오염의 영향은 인간이 접근하지 못했던 심해의 일부에서도 커지고 있다. 사람들은 대부분 자신이 생명 유지를 위해 무엇을 먹고 있는지에 대해서는 심각하게 생각하지 않는다. 전문가들이 사람이 섭취하는 해산물들 상당수가 사람들에게 새로운 위험으로 다가오고 있다고 우려하고 있다고 PHYS가 전했다. 엑서터 대학교의 연구팀은 해저에서 수집된 동물 종에 대한 플라스틱의 영향을 연구한 결과 플라스틱이 해양 환경에 큰 위험을 미치며, 인간 건강까지 위태롭게 하고 있다고 밝혔다. 모든 플라스틱은 결국 지구상에서 최고의 생물적 다양성을 갖고 있는 해저로 가라앉아 바다를 오염시키게 된다. 이 연구 결과는 네이처 커뮤니케이션즈(Communications) 저널에 발표됐다. 보고서는 해양 생물이 폐 플라스틱에 노출되는 위험 수준이 지역적인 오염을 그대로 반영할 뿐만 아니라, 생물 종이 주변 환경과 작용하는 먹이사슬 관계도 변화시킨다고 지적하고 있다. 엑서터 대학의 애덤 포터 박사는 "우리는 지구 해저와 그곳에 사는 종에 대해 거의 알지 못한다. 하지만 플라스틱 오염의 영향은 인간이 접근한 적이 없는 심해의 일부 지역에서도 커지고 있다"고 경고했다. 연구팀은 황해나 지중해와 같이 플라스틱 오염 수준이 높은 지역에 사는 동물이 가장 많은 플라스틱을 몸에 포함하고 있다는 것을 발견했다. 미세플라스틱은 93%가 해저 동물에서 발견되었으며, 포식자, 잡식 동물, 청소부로 불리는 퇴적물 섭식자(게, 성게, 오징어 등) 등이 플라스틱을 섭취할 가능성이 가장 높았다. 연구팀원 재스민 가드볼드 교수는 조개, 벌레, 새우와 같은 해저에 사는 유기체는 환경적으로 특별히 중요하지 않은 것처럼 보일 수 있지만, 바다를 넘어 지구의 전체 자원을 조절하고 재활용하는 데 필수적이며 해양 생태계 먹이 사슬의 기반을 형성한다고 밝혔다. 해산물이 미세플라스틱을 섭취한다면, 해산물을 섭식하는 사람들도 결국은 미세플라스틱을 먹는 것과 다름 없다. 미세플라스틱은 인체 건강에 큰 영향을 미치며 그 중에서도 특정 유형의 암, 심장병, 신장병, 알츠하이머병, 생식 문제 등과 관련이 있다고 보고 있다. 연구 결과는 과학계와 정책입안자가 첫 번째 글로벌 플라스틱 조약을 체결하기에 앞서 행동하고 지식 격차를 메우는 데 도움이 될 것으로 기대된다. 사람이 몇 초 사용하고 버리는 플라스틱이 수백 년 동안 바다에 남아 먹이 사슬을 타고 결국 인간의 생명을 위협하는 것임을 인지해야 한다는 경고다. 엑서터 대학 타마라 갤러웨이 교수는 "유일한 진정한 보존 전략은 플라스틱, 특히 일회용 플라스틱 생산과 사용을 중단하는 것"이라고 지적했다. 일회용 물병과 플라스틱 비닐 봉지를 버리고, 일회용 건강 및 미용 제품을 교체하고, 플라스틱이 없는 포장으로 브랜드를 지원하는 등의 조치를 취함으로써 바다로 유입되는 플라스틱의 양을 줄이는 노력을 기울여야 한다는 지적이다.
- 생활경제
2024-08-08
옥스퍼드대 연구팀 "대상포진 백신 싱그릭스, 치매 예방 효과 가능성 제시"

대상포진 백신을 맞으면 치매 진단 시기를 늦출 수 있다는 연구 결과가 발표됐다. 26일(현지시간) 의학 학술지 '네이처 메디슨(Nature Medicine)'에 게재된 연구에 따르면, 영국 옥스포드 대학교 연구팀은 미국에서 신형 대상포진 백신 '싱그릭스(Shingrix)'를 접종한 약 10만 명과 구형 백신 '조스타박스(Zostavax)'를 접종한 약 10만 명의 건강 기록을 비교 분석해 이같은 결과를 얻었다고 BBC가 전했다. 연구 결과, 싱그릭스 접종군은 조스타박스 접종군에 비해 백신 접종 6년 후 치매 진단 시기가 평균 164일 늦춰지는 것으로 나타났다. 싱그릭스 백신은 치매 진단을 최소 17% 감소시키는 것으로 나타났으며, 특히 여성에게서 더 큰 효과가 관찰됐다. 옥스포드 대학 연구진은 싱그릭스 백신을 접종한 사람들이 다른 백신을 접종한 사람들보다 치매 없이 5~9개월 더 오래 살 수 있다고 밝혔다고 인디펜던트는 전했다. 연구 저자 폴 해리슨 교수는 "공중 보건 수준에서 164일이 지연되더라도 이는 사소한 발견이 아니다"라면서 "(연관성이 입증된다면) 우리에게 의미가 있다고 느낄 만큼 충분히 큰 효과"라고 말했다. 대상포진은 수두-대상포진 바이러스 재활성화로 발생하는 질환으로, 주로 고령층에서 발병률이 높다. 대상포진 백신은 약 18년 전에 여러 국가에 도입됐으며, 백신이 치매를 예방하는 데 도움이 될 수 있다는 증거가 늘어나고 있엇지만 결정적인 증거는 없었다. 영국에서는 65세, 70~79세, 면역력이 약한 50세 이상에게 무료 대상포진 백신 접종을 제공하고 있으며, 현재 구형 백신을 싱그릭스로 교체하는 중이다. 자선단체인 영국 알츠하이머 연구소의 세노아 스케일스 박사는 "대규모 그룹을 대상으로 실시한 이 연구는 싱그릭스 대상포진을 맞은 사람들이 치매 위험이 감소할 수 있음을 시사한다"고 말했다. 스케일스 박사는 "그러나 백신이 어떻게 위험을 줄이는지, 백신이 치매 위험을 직접적으로 감소시키는 지, 아니면 다른 요인이 작용하는 지는 명확하지 않다"며 치매 위험 증가와 확실히 연관된 다른 요인으로는 흡연, 고혈압, 과도한 음주 등이 있다고 덧붙였다. 연구팀은 대상포진 백신 접종과 치매 발병 지연사이의 연관성을 규명하기 위해 추가 연구가 필요하다고 밝혔다. 백신 성분이 면역 반응을 촉진하는 과정에서 치매 발병을 지연시키는 효과를 낼 수 있다는 가설 등이 제기됐다. 해리슨 교수는 이 연구가 시급히 해결해야 할 여러 가지 의문을 던져준다고 말했다. 그는 "한 가지 가능성은 헤르페스 바이러스가 치매를 촉진할 수 있는 여러 요인 중 하나일 수 있다는 것"이라며 "바이러스의 재활성화를 막는 백신은 향후 몇 년 동안 치매를 유발하는 과정이 무엇이든 지연시킬 수 있다"고 말했다.
- 생활경제
2024-07-26
과학자들 "태양의 영향, 지구 깊숙한 곳까지 미친다"

지금까지의 통설은 화산 폭발이나 지각판 충돌과 같은 지구 내부의 변화가 지구 표면 환경에 영향을 미친다는 것이었다. 약 6600만 년 전의 대량 멸종과 빙하기 등은 주로 이러한 지구 내부의 변형에 의해 주도되는 것이라는 판단이었다. 그런데 태양의 복사열이 지구의 깊은 내부까지 영향을 미칠 수 있다는 새로운 연구 결과가 발표돼 주목된다고 PHYS, 신화통신 등이 전했다. 이는 중국과 루마니아 연구팀이 수행한 것으로, 보고서는 '네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)'에 발표됐다. 이 연구는 중국과학원, 중국 지질대학교, 부쿠레슈티 대학교의 지질학 및 지구물리학 연구소(IGG) 연구원들이 수행했다. 연구팀에 따르면 태양 복사열은 위도에 따라 달라지며, 해양 생물의 분포에 영향을 미치는 해수면의 온도 구배를 생성한다. 물체 내부를 열전도 할 때, 평행한 양면의 온도가 일정하고 물체 내부가 일정할 경우 물체 내부의 온도 분포는 직선이 되는데, 이 직선을 온도 구배라고 한다. 탄소가 풍부한 유기체는 해양판을 통해 지구 내부로 운반된다. 이 과정은 아크 마그마의 산화환원 상태에 큰 영향을 미친다. 아크 마그마의 산화환원 상태는 화산 아크에서 형성된 마그마 내 환원(산소를 잃거나 전자를 얻는 것)과 산화(산소를 얻거나 전자를 잃는 것) 상태 사이의 균형을 의미한다. 연구팀은 전 세계 지질학자들이 수집한 지구와 바다 깊은 곳의 마그마 샘플을 포함, 수천 개의 마그마 샘플에서 얻은 데이터를 분석했다. 팀은 아크 마그마의 산화환원 상태를 결정하기 위해 감람석 광물과 암석 내의 작은 용융물 함유물을 조사했다. 연구에 따르면 저위도 지역의 마그마는 고위도 지역보다 산화가 덜한 것으로 나타났다. 해저 연구의 추가 증거에 따르면 저위도 지역에서 탄소 퇴적물이 더 많이 감소한 것으로 나타났다. 이 탄소는 황과 상호작용하여 황화물을 형성한 다음 맨틀로 운반되어 관찰된 산화환원 패턴에 영향을 미쳤다. 연구팀원인 IGG 연구원 완 보는 "예상치 못한 이 패턴은 태양 복사열의 영향을 받는 지구 표면 환경과 기후가 맨틀과 같은 지구 깊은 곳에 직접적이고도 중요한 영향을 미친다는 것을 시사한다"라고 말했다. 구리, 주석, 리튬과 같은 많은 금속 광석은 산화환원 조건에 민감하다. 글로벌로 산화환원 상태의 공간적 및 시간적 분포를 이해하는 것은 이러한 중요한 자원의 위치와 가용성을 예측하는 데 중요한 의미를 갖는다. IGG 연구원인 휴 팽양은 "관찰된 패턴은 자원을 탐색하고 다양한 위도에서 지하 환경에 미치는 영향을 이해하는 데 새로운 방향을 제시한다"고 말했다.
- IT/바이오
2024-07-26
구글, AI 날씨 및 기후 모델 정확도 향상

구글이 주축이 된 연구팀이 개발한 AI(인공지능) 적용 날씨 및 기후 예측 모델이 기존의 물리학 기반 기후 모델과 융합함으로써 중장기 기상 예측 정확도를 대폭 향상시켰다고 악시오스가 보도했다. 분석 결과 보고서는 '네이처' 저널에 발표됐다. 발표에 따르면 구글 리서치와 구글 딥마인드, MIT, 하버드 대학교 및 유럽 일기예보 센터 연구팀이 협력해 개발한 기계 학습과 신경망을 사용하는 기후 모델 '뉴럴GCM(NeuralGCM)'이 현재 사용되는 모델 및 1~10일의 중단기 일기 예보에 대한 다른 기계 학습 기반 모델보다 더 정확한 것으로 나타났다. 또한 수십 년에 걸쳐 장기적인 기후 조건을 예측하는 데서도 탁월한 기술임을 입증했다. 이 발전은 AI 기반 기상 및 기후 예측 분야가 얼마나 빠르게 발전하고 있는지를 보여준다는 지적이다. AI 모델은 기존 컴퓨터 분석 모델에 비해 엄청난 컴퓨팅 성능과 시기적인 적절성을 제공한다는 것이다. 개발에 참여한 구글 리서치의 스티픈 호이어 박사는 "새로운 AI 기반 기후 모델은 오픈소스이며, 노트북에서 상대적으로 빠르게 실행되도록 설계됐다"고 밝혔다. 그러나 전통적인 기상 예측 모델은 세계에서 가장 강력한 슈퍼컴퓨터를 사용하는데, 그럼에도 불구하고 대기와 해양의 작동에 대한 물리적 법칙을 설명하는 수만 줄의 코드를 처리하는 데 몇 시간이 걸린다. 개발된 AI 모델은 수십년 동안의 과거 날씨 데이터를 기계 학습으로 훈련했다. 대규모 날씨 패턴을 설명하는 물리 방정식을 사용했으며, 본질적으로 글로벌 순환 모델과 물리 집약적 접근 방식, AI 기반 작업을 결합하고 있다. 오클라호마 대학의 아론 힐 기상학 교수는 "새 기후 모델의 가장 큰 참신함 중 하나는 기후 예측에서 사용하는 대규모 물리학을 그대로 유지하면서 모델링을 AI로 대체한 방법"이라고 설명했다. 엔비디아나 마이크로소프트 등 다른 회사가 만든 AI 기후 예측 모델은 전통 물리학을 완전히 배제하고 있다는 것이다. 힐은 AI와 기계 학습 기술이 기상 및 기후 연구에서 빠르게 뿌리내리고 있다고 부연했다. 그러나 AI 예측 모델은 여전히 NOAA(국립해양대기청) 등 국제적인 기관에서 운영하지 않고 있다. 이는 기상 예측 전문가들이 AI 기반 예측 시스템에 대해 아직 온전히 신뢰하지 못하기 때문이다. 현재는 AI 예측 결과의 정확도를 확인하는 단계에 있다. 호이어는 "공공 기후 예측 관련 기관의 시스템이 빠르게 발전하고 AI 기후 모델 채택 가능성을 보여주고는 있지만, 아직 전통적인 날씨 및 기후 모델을 대체하지는 못하고 있다"면서도 "AI 기후 예측 시스템에 더 적극적인 투자가 이루어져야 한다"고 강조했다. 호이어는 최근의 연구에 대해 "날씨와 기후 시뮬레이션 엔진에 AI를 사용할 수 있다는 사실 자체는 현장의 많은 사람들에게 확인됐다"며 기후 예측에 AI가 깊이 개입할 시점이 다가오고 있다고 전망했다.
- IT/바이오
2024-07-25
[우주의 속삭임(31)] 화성 지진 활동, 운석 충돌과의 연관성 확인

화성에서 일어나는 지진이 대부분 화성 지하의 지각운동에 의해 일어나지만, 많은 경우 운석 충돌의 여파로 인해 발생한다는 주장이 국제 천문학 연구팀에 의해 제기됐다고 ARS테크니카가 전했다. 이 연구 논문은 학술지 '네이처'에 발표됐다. 국제 연구팀은 지난 2019년 화성에 도착해 탐사를 이어온 나사(NASA)의 인사이트(InSight) 착륙선 데이터를 분석, 인사이트의 지진계 SEIS가 인근에서 6건의 지진을 감지했음을 발견했다. 특히 이 지진은 운석이 화성 대기를 통과하면서 발생한 음향 신호와 연결되어 있었다. 연구팀은 6개 지진 모두가 VF(초고주파) 신호의 완전히 새로운 종류의 지진임도 확인했다. 화성에서 VF 지진을 야기하는 충돌은 불과 몇 초 안에 발생한다. 이는 지각 활동으로 일어나는 것보다 훨씬 짧은 시간이다. 이 데이터는 화성에 유성이 충돌하면서 발생하는 지진을 이해하는 중요한 지진학 정보다. 지진 데이터를 이용해 운석 충돌에 의한 분화구가 얼마나 많이 생기는지를 파악한 것도 이번 연구가 처음이라고 한다. 연구팀은 화성 표면에 있는 분화구와 운석에 의해 만들어진 달의 분화구를 비교 분석하는 방법을 사용했다. 이를 비교함으로써 화성에서의 대략적인 운석 영향을 추정했다. 달 분화구의 모델은 화성의 조건에 맞게 조정됐다. 운석이 화성에 충돌하면 지각 변동에 의한 지진과 마찬가지로 지진파가 생성되며, 파동은 맨틀과 지각을 통과할 때 지진계로 감지할 수 있다. SEIS 지진계가 포착한 큰 파동의 지진은 폭 150m의 분화구와 연결되었다. 운석 충돌과의 연관성이 확인된 것이다. 인사이트 착륙선의 다른 센서에 의해 감지된 다른 음향 신호와 함께 SEIS는 5개의 화성 지진을 더 감지해 냈다. 데이터를 통해 감지된 6개의 운석 충돌에 의한 지진은 초당 3km 이상의 고속인 운석 하강 속도로 인해 지각 변동에 의한 지진보다 훨씬 빠르게 발생했다. 특히 일반 지진에서 나타나는 고주파(HF) 등급보다 훨씬 더 높은 VF파 지진이었다. 연구팀이 화성 궤도관측선 MRO(Mars Reconnaissance Orbiter)의 카메라(CTX)를 사용해 SEIS가 포착한 지진 위치를 이미지화한 결과 새로운 분화구가 인지됐다. 농구공만한 크기의 작은 운석에 의해 형성된 소규모 지진과 작은 분화구도 있을 것으로 추정됐지만 MRO로 관측하기는 어려웠다. 화성에는 거의 매일 운석이 충돌하지만, 대부분은 크기가 작아 관측선에 기록될 정도의 지진으로 연결되지는 않는다. 연구팀은 SEIS 데이터를 사용해 지진파가 인사이트 우주선에 도달하는 데 걸리는 시간과 VF 지진의 크기에 따라 분화구의 직경을 추정하는 한편 SEIS가 포착한 지진의 빈도도 도출할 수 있었다. 이 결과를 화성 표면 전체에 적용하면 매년 약 280~360회의 VF 지진이 발생하는 것으로 밝혀졌다. 운석 충돌 속도를 파악하면 우주선의 화성 탐사 위험을 방지할 수 있으며, 미래에 이루어질 화성의 유인 탐사와 우주비행사를 보호할 수 있다. 화성에서 운석 충돌이 다소 빈번하게 발생하는 기간이 있으므로, 이 시기를 미션 기간에서 제외하는 것이 가능하다. 지구의 경우 운석은 대부분 대기권에서 타버리기 때문에 그다지 위험하지 않다. 반면 화성은 대기가 지구에 비해 훨씬 얇아 더 많은 운석이 대기권을 통과할 수 있다. 유성우를 피할 수 있는 우산도 없어 운석 충돌에 대비하는 것은 화성 관측에 매우 중요하다.
- IT/바이오
2024-07-19
[우주의 속삭임(29)] 달에서 지하동굴 발견, 미래 달 탐사 기지 기대

닐 암스트롱과 버즈 올드린이 55년 전 달에 착륙한 지점에서 멀지 않은 곳에서 동굴이 발견됐다. 이 동굴은 미래의 우주 비행사들이 거주할 수 있을 것으로 기대되며, 이런 동굴은 최소 수백 개에 달할 것으로 추정된다고 CBS뉴스 등이 보도했다. 이탈리아 천문학자팀은 최근 달에서 가장 깊은 곳으로 알려진 '고요한 바다(Sea of Tranquility)'에서 거대한 동굴의 증거가 나타났다고 보고했다. 이 동굴은 아폴로 11호의 착륙 지점에서 불과 400km 떨어진 곳에 위치해 있다. 동굴은 이미 발견된 200개 이상의 다른 구덩이와 마찬가지로, 용암 동굴이 붕괴되면서 만들어졌다. 연구팀은 나사(NASA)의 달 정찰 궤도선에 의한 레이더 측정을 분석하고 그 결과를 지구의 용암 동굴과 비교해 이를 밝혔다. 연구 결과는 '네이처 천문학' 저널에 실렸다. 연구팀에 따르면, 레이더 정보는 동굴의 입구 부분만을 보여주고 있지만, 동굴은 폭이 적어도 40m, 길이도 최대 수십m에 이를 것으로 추정된다. 연구팀원인 트렌토 대학의 레오나르도 카레와 로렌조 브루존은 "달에 존재하는 동굴은 50년 넘게 수수께끼로 남아 있었지만 마침내 그 존재를 증명해 냈다"고 말했다. 연구 결과는 달에 수백 개의 구덩이와 수천 개의 용암 동굴이 있을 수 있음을 시사한다. 네이처는 이 동굴이 달 표면의 가혹한 환경으로부터 우주인에게 은신처를 제공하고 인간의 달 탐사를 장기적으로 지원할 수 있는 '유망한 달 탐사 기지 후보지'가 될 수 있다고 밝혔다. 그러나 기지를 건설하는 것은 더 많은 시간과 노력이 필요할 것이며, 동굴 벽을 보강하는 등 어려운 작업이 수반될 것이라는 지적이다. 영국 우주비행사 헬렌 샤먼은 BBC 뉴스와의 인터뷰에서 "우주인이 20~30년 안에 달의 동굴에서 활동할 수 있겠지만 동굴이 깊어 리프트와 같은 장비가 필요할 것"이라고 말했다. 한편, 동굴 내부의 암석 및 다른 물질들은 오랜 세월 동안 유지되어 왔기 때문에 천문학계가 달이 어떻게 진화했는지, 특히 달의 화산 활동에 대해 이해할 수 있는 단초를 제공할 수 있을 곳으로 보인다. 학계는 지속적으로 달 관련 데이터 아카이브를 추가하고 있다. 중국의 창어 6호 달 탐사선은 몇 주 전 달의 표면에서 암석과 토양 샘플을 수집해 지구로 귀환했다. 중국은 이번에 입수한 샘플이 독특한 지리적 특징을 가진 달의 양면 사이의 차이점을 밝혀줄 것으로 기대하고 있다.
- IT/바이오
2024-07-17
[신소재 신기술(79)] 레이저와 2D 물질로 플라스틱 쓰레기 분해

레이저를 활용해 플라스틱 오염을 해결할 수 있는 방법이 개발됐다. 미국 텍사스 대학교 연구진이 주도하는 국제 연구팀은 레이저를 이용해 플라스틱 분자를 기본 요소로 분해해 재활용하는 기술을 개발했다고 사이테크데일리가 전했다. 매년 수백만톤의 플라스틱 폐기물이 매립지와 바다에 쌓이는 등 플라스틱 오염은 전세계적인 환경 문제로 떠올랐다. 기존의 플라스틱 분해 방법은 에너지 집약적이고 환경적으로 유해해 비효율적인 경우가 많았다. 연구팀은 분해하려는 물질을 전이 금속 디칼코게나이드(TMD)라는 2차원 물질 위에 놓고 빛을 비추는 방식을 활용했다. 이는 기존 기술로는 분해가 어려운 플라스틱 폐기물 해결에 기여할 것으로 기대된다. 연구팀은 이 기술을 통해 플라스틱의 화학 결합을 끊고 새로운 화학 결합을 형성해 발광 탄소점(carbon dot)을 생성했다. 탄소 기반 나노 물질은 다양한 분야에서 활용 가능성이 높다. 특히 이 발광 탄소점은 차세대 컴퓨터 메모리 소자로 활용될 가능성도 있다. 텍사스 오스틴 캠퍼스(UT Austin)의 18개 단과대학 중 하나인 콕렐 공과대학 워커 기계공학부 교수이자 프로젝트 리더 중 한 명인 유빙 정은 "이러한 독특한 반응을 활용하면 환경 오염 물질을 가치있고 재사용 가능한 화학물질로 전환하는 새로운 경로를 탐색해 보다 지속 가능한 순환 경제 발전에 기여할 수 있다"고 말했다. 그는 "이 새로운 발견은 환경 문제를 해결하고 친환경 화학 분야를 발전시키는 데 중요한 의미가 있다"고 덧붙였다. 또한 이번 연구는 탄소-수소 결합 활성화(C-H activation)라는 특정 반응을 이용했다. 이 반응은 유기 분자 내 탄소-수소 결합을 선택적으로 분해해 새로운 화학 결합을 형성하는 과정이다. 연구팀은 TMD를 촉매로 사용해 수소 분자를 가스 형태로 변환시키고, 탄소 분자들이 서로 결합해 정보 저장 점을 형성하도록 유도해 플라스틱 분해를 높였다. 이번 연구는 플라스틱 폐기물 문제 해결을 위한 지속 가능한 방안 모색에 중요한 발걸음을 내디뎠다는 평가를 받고 있다. 하지만 산업적 응용을 위해서는 빛 기반 C-H 활성화 공정의 최적화 및 확장에 대한 추가 연구 개발이 필요하다. 빛 기반 C-H 활성화 공정은 플라스틱 외에도 폴리에틸렌, 계면활성제 등 다양한 고분자 유기화합물에도 적용될 수 있을 것으로 기대된다. 연구 결과는 최근 학술지 '네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)'에 게재됐다. 연구에는 텍사스대학교를 포함해 버클리 캘리포니아 대학교, 일본 도호쿠 대학교, 로렌스 버클리 국립 연구소, 베일리 대학교, 펜실베니아 주립대학교의 연구진이 참여했다.
- 포커스온
2024-07-17
[기후의 역습(25)] 약한 해양 순환, 대기 중 이산화탄소 축적 증가

기후변화가 진행됨에 따라 해양 역전순환(적도 부근의 따뜻한 바닷물이 북쪽으로 흘러가고, 북쪽의 차가운 물이 하층부로 내려가 남쪽으로 흐르는 해류 순환) 흐름이 크게 약화될 것으로 예상된다. 그런 가운데, 해류가 약화되면 바다가 대기에서 이산화탄소를 흡수하는 양이 줄어들고, 결국 대기에 축적되는 이산화탄소가 증가할 것이라는 연구 결과가 나왔다고 PHYS가 전했다. 네이처 커뮤니케이션에 발표된 MIT의 새로운 연구에 따르면, 해류가 약해짐에 따라 심해에서 대기로 방출되는 탄소가 더 많아질 것이며, 따라서 해양 순환과 바다의 장기적인 탄소 저장 능력 사이의 관계가 재정립되어야 할 것으로 보인다. 그 이유는 바다의 철분, 용승하는 탄소와 영양분, 표면 미생물 등의 작용 때문이다. 해류가 종전보다 느리게 순환하면 이들은 궁극적으로 바다가 대기로 다시 배출하는 이산화탄소의 양을 증가시키는 작용을 하게 된다는 것이다. MIT 연구팀을 이끈 조나단 로더데일 박사는 ”기후에 영향을 미치는 해양 순환과 대기 탄소 수준 사이의 관계를 볼 때 미래의 바다가 심해에 탄소를 충분히 저장할 것이라고 기대할 수 없다. 기후 변화 완화를 위해 자연적인 정화에 의존하기보다 탄소 배출을 줄이는 데 더 공격적으로 나서야 한다"라고 밝혔다. 로더데일 연구팀은 해양 영양분, 해양 유기체, 철분을 분석, 이들의 상호 작용이 전 세계 식물성 플랑크톤의 성장에 어떻게 영향을 미치는지를 분석했다. 바다의 식물성 플랑크톤은 해양 표면에 서식하며, 심해에서 용승하는 탄소와 영양분과 철분을 섭취하는 미세한 유기체다. 식물성 플랑크톤이 많을수록 광합성을 통해 대기에서 더 많은 이산화탄소를 흡수할 수 있다. 특히 이는 바다의 탄소 격리에 큰 역할을 한다. 연구팀은 여러 지역 해양의 조건에 맞춰 이를 상자로 구성한 ‘상자 모델’을 개발했다. 각 상자에는 지역별 해양 상황과 유사한 영양분, 철 및 리간드(식물성 플랑크톤의 부산물로 여겨지는 유기 분자)가 담겼다. 팀은 또한 바다의 더 큰 해류 순환을 나타낼 수 있도록 상자 사이에 해류의 순환을 모델링했다. 해류 역전순환을 상자 모델에서 그대로 재현한 것이다. 모델을 바탕으로 실험한 결과 팀은 바다에 철분이 과도해도 남는 철분이 식물성 플랑크톤 성장에는 큰 영향을 미치지 않는다는 것을 밝혔다. 철분은 바다에 용해되지 않으므로 그 자체로는 식물성 플랑크톤이 사용할 수 없었다. 철분은 플랑크톤이 소비할 수 있는 형태로 리간드와 연결될 때 "유용한" 수준에서만 용해됐다. 리간드의 존재가 해양의 이산화탄소 농도를 좌우하는 가장 큰 변수였다. 팀은 상자 모델을 확장해 태평양, 북대서양 등 보다 다양한 환경으로 넓혔고, 다양한 해양 순환의 효과를 포함해 모델 내의 다른 상호 작용도 실험했다. 팀은 다양한 해류 강도에서 플랑크톤 등의 생물 활동과 함께 탄소, 영양소, 철 및 리간드 농도를 분석하고 다양한 시나리오를 비교 분석했다. 실험 결과는 새로운 결과를 보여주었다. 바다의 순환, 즉 해류가 약해질수록 바다가 깊은 곳에서 끌어오는 탄소와 영양분의 양이 적어졌다. 그러면 표면의 모든 식물성 플랑크톤은 자양분이 부족해지고, 그 결과 플랑크톤이 생성하는 리간드 등 부산물도 감소한다. 사용 가능한 리간드가 줄어들면 식물성 플랑크톤은 해수 표면의 철분을 덜 사용하게 돼 개체수가 더욱 감소한다. 대기에서 이산화탄소를 흡수하고 심해에서 용승된 탄소를 소비하는 식물성 플랑크톤이 크게 줄어들 수밖에 없다. 결국 해양 순환이 약해질수록 대기 중에 더 많은 이산화탄소가 축적된다고 보고서는 밝혔다. 해양의 순환은 기후 변화로 인해 크게 약화될 것이라는 우려다. 일부 기후 모델에 따르면, 특히 남극 주변의 빙상이 급속도로 녹아 내리고 있으며, 이로 인해 해양 순환이 30% 둔화될 것으로 예측한다. 이로 인해 해양이 대기에서 흡수하는 이산화탄소가 크게 줄 뿐만 아니라 심해의 이산화탄소 방출을 일으킬 수 있다는 지적이다. 지구 온난화가 증폭된다는 의미다.
- 포커스온
2024-07-10