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[신소재 신기술(124)] COF 소재, 탄소 포집 능력 극대화⋯소량으로도 효과 탁월
- 소량의 물질로 대기 중 이산화탄소를 효과적으로 제거하는 새로운 탄소 포집 기술이 미국에서 개발됐다. 이산화탄소를 비롯한 온실가스는 배출은 쉽지만, 이를 다시 포집하는 것은 어려운 과제였다. 대기 중 탄소를 제거하는 기술은 기후 위기의 영향을 줄이는 중요한 방법이지만, 아직 많은 기술이 설계 단계에 있거나 효율성이 낮아 실질적인 효과를 거두기가 어려웠다. 미국 캘리포니아 버클리캠퍼스(UC Berkeley) 연구팀은 대기 중 이산화탄소(CO₂)를 직접 포집하는 과정을 단순화하는 새로운 기술을 개발했다고 홈페이지를 통해 발표했다. 해당 내용은 IFL사이언스에서 다루었다. 현재 이산화탄소를 포집하는 기술은 크게 자연 기반 기술과 인공 기술로 나눌 수 있다. 먼저 자연 기반 기술에는 나무를 심고 관리하는 방법이 있다. 가장 오래되고 검증된 방법이지만 토지 이용에 제약이 있고 효과가 나타나기까지 시간이 오래 걸린다는 단점이 있다. 또한 토양의 탄소를 제거해 대기 중 이산화탄소 농도를 낮추는 방법과 해조류 등을 통해 해양의 이산화탄소 흡수 능력을 향상시키는 해양 기반 기술이 있다. 인공 기술 중 직접 공기 포집(DAC)은 공기 중 이산화탄소를 직접 포집해 저장하거나 활용하는 기술이다. 이는 토지 사용 면적이 적고, 이산화탄소를 직접 제거해 효과가 빠르다. 그밖에 이산화탄소를 암석이나 광물과 반응시켜 탄산염 형태로 저장하는 기술, 바이오에너지 탄소 포집 및 저장(BECCS) 등이 있다. 나사(NASA) 과학자들에 따르면 인간 활동의 여파로 현재 이산화탄소 수치는 산업혁명 이전보다 50% 더 높다. COF 소재란? UC버클리 연구팀이 이번에 개발한 새로운 탄소 포집 기술인 다공성 소재 '공유 결합 유기 골격(COF)'은 기존 DAC 기술의 한계 중 하나인 물이나 기타 오염 물질에 의한 분해 없이 주변 공기에서 CO₂를 포집한다. 이 기술의 핵심은 '공유 결합 유기 골격-999(COF-999)'라는 소재이다. COF-999는 규칙적인 내부 기공을 가진 단단한 결정 구조로, 이산화탄소와 상호 작용하는 아민(amine, NH₂ 그룹)으로 내부가 장식되어 있다. 아민은 이산화탄소를 흡착한 후 방출하는 사이클을 통해 탄소를 포집하고 저장하는 데 사용될 수 있다. 이 기술은 기존 탄소 포집 기술의 한계를 극복하는 획기적인 발전으로 평가 받는다. 기존 탄소 포집 기술은 이산화탄소 농도가 높은 곳에서 효과적으로 작동했다. 반면, 연구팀이 개발한 새로운 다공성 물질은 공기 중의 이산화탄소가 다공성 물질 사이를 통과하면서 흡착되는 방식으로, 대기 중의 낮은 이산화탄소 농도를 효율적으로 제거할 수 있다. 연구 책임자인 오마르 야기 교수는 "이 물질을 튜브에 넣고 버클리의 바깥 공기를 통과 시켰더니 공기 중 이산화탄소가 완전히 제거되었다"며 "성능 면에서 비교할 대상이 없을 정도로 획기적인 기술"이라고 강조했다. 소량으로도 높은 탄소 포집 효과 연구팀은 250g의 물질로 1년에 20kg의 이산화탄소를 제거할 수 있을 것으로 예상했다. 팀은 이는 다 자란 나무가 1년 동안 공기 중의 이산화탄소를 제거하는 것과 같은 효과를 지닌다며, 기존 탄소 포집 시스템과 함께 사용하여 효율성을 높일 수 있다고 설명했다. 야기 교수는 "COF-999는 화학적 및 열적으로 안정적인 구조를 가지고 있으며, 에너지 소비가 적고 100회 이상 사용해도 성능 저하가 없다"며 "대기 중 탄소 포집에 가장 적합한 물질"이라고 설명했다. 머신러닝 활용으로 기술 개선 기대 연구팀은 머신러닝 기술을 활용해 이 기술을 더욱 발전시킬 계획이다. 이와 더불어 기후 위기를 늦추기 위해서는 배출량 감소 노력과 파리협정 준수가 중요하다고 강조했다. 이번 연구 결과는 국제 학술지 네이처(Nature)에 게재됐다.
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[신소재 신기술(124)] COF 소재, 탄소 포집 능력 극대화⋯소량으로도 효과 탁월
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구글, AI스타트업 앤스로픽 투자 '논란'⋯영국서 반독점 조사
- 구글이 인공지능(AI) 스타트업 앤스로픽에 대한 투자로 인해 영국 경쟁 당국으로부터 반독점 위반 여부 조사를 받게됐다. 영국 경쟁시장청CMA는 24일(현지시간) 구글과 앤스로픽의 파트너십이 시장 경쟁을 저해할 가능성이 있는지에 대한 공식 조사에 착수한다고 발표했다. CMA는 올해 초부터 해당 거래에 대한 전문가 의견을 수렴해 왔으며, 초기 조사를 진행할 충분한 정보를 확보했다고 밝혔다. 앤스로픽은 오픈AI의 연구원들이 2021년 설립한 AI 스타트업으로, 자체 개발한 대규모 언어 모델 '클로드'로 주목받고 있다. 구글은 지난해 앤스로픽에 20억 달러 이상을 투자하며 파트너십을 체결했다. CMA는 오는 12월 19일까지 이번 파트너십에 대한 승인 여부 또는 추가 조사 진행 여부를 결정할 예정이다. 한편, CMA는 지난달 아마존의 앤스로픽 투자에 대해서는 경쟁 저해 우려가 없다고 판단하여 승인했다. 아마존은 구글보다 더 큰 규모인 40억 달러를 앤스로픽에 투자한 바 있다. 이번 CMA의 조사는 최근 급성장하고 있는 AI 시장에서의 경쟁 상황과 독과점 문제에 대한 관심이 높아지고 있음을 보여준다. 향후 CMA의 조사 결과에 따라 구글과 앤스로픽의 파트너십은 물론, AI 시장 전체에 상당한 영향을 미칠 것으로 예상된다. CMA는 지난달 아마존의 앤스로픽 투자를 승인하면서 "샌프란시스코에 본사를 둔 앤스로픽의 매출과 아마존의 영국 내 시장 점유율이 영국의 합병 규정에 따라 심층 조사가 필요할 만큼 크지 않다는 사실을 발견했다"고 밝혔다. 이번 조사에 대해 구글 측은 "구글은 세계에서 가장 개방적이고 혁신적인 AI 생태계 조성을 위해 노력하고 있다"며 "앤스로픽은 다양한 클라우드 서비스 업체를 자유롭게 이용할 수 있으며, 구글은 앤스로픽에 독점적인 기술 사용권을 요구하지 않는다"고 강조했다. 앤스로픽 측 또한 "우리는 규제 당국과 협력하고 있으며, 구글의 투자와 협력에 대한 모든 정보를 제공할 것"이라며 "앤스로픽은 독립적인 회사로, 다른 기업들과 전략적 파트너십이나 투자로 인해 경영 활동 등에 영향을 받지 않는다"고 설명했다.
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구글, AI스타트업 앤스로픽 투자 '논란'⋯영국서 반독점 조사
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대만 TSMC, 중국 화웨이에 자사 반도체 넘긴 고객에 출하중단
- 세계 최대 파운드리(반도체 위탁생산)업체인 대만 TSMC는 이달 특정 고객용으로 제조한 반도체가 최종적으로 중국 통신업체 화웨이(華為技術)로 넘어간 것을 발견하고 이들 고객들에게 반도체 출하를 중단했다. 23일(현지시간) 블룸버그통신 등 외신들은 소식통을 인용해 대만 TSMC가 지난 10월 중순 자산 반도체가 화웨이 제품에 탑재된 것을 깨닫고 이 고객에게 반도체 출하를 중단했다고 보도했다. TSMC가 이 고객에게 반도체 출하를 중단한 것은 화웨이에 대한 기술유출의 방지를 목표로 한 미국의 제재조치에 위반할 가능성이 있기 때문이었다. TSMC는 이후 미국정부와 대만당국 양측에 이같은 사실을 통지했다. 익명의 소식통은 TSMC가 미국정부와 대만당국에 통지하고 이 문제에 관해 더욱 철저한 조사를 벌이고 있다고 전했다. 중국측에 반도체를 넘긴 이 고객이 화웨이를 대신해 규정을 위반한 것인지, 어디에 거점을 두고 있는지는 현재로서는 알 수 없다. 실리콘밸리에 본사를 둔 매체인 '더 인포메이션'은 최근 화웨이용으로 반도체를 제조하지 않았는지 미국정부가 TSMC에 대해 문의했다고 보도했다. 이번 TSMC의 문제발각으로 중국내 반도체개발에서 중국정부가 큰 기대를 주고 있는 화웨이가 어떻게 첨단 반도체를 입수했는지 새로운 의문이 생기고 있다. 캐나다 조사회사 테크인사이츠는 최근 화웨이의 최첨단 반도체 '어센드 910B'를 분해한 결과 TSMC의 반도체를 발견했다고 밝혔다. 테크인사이츠가 공식 리포트를 공표하기 전에 TSMC에 이 결과를 전했으며 TSMC가 이같은 사실을 몇 주 전에 미국 상무부에 보고했다는 것이다. TSMC는 지난 21일 이 문제로 자발적으로 상무부와 연락했다고 설명했다. TSMC는 2020년 9월 중반 이후 화웨이에 반도체를 공급하지 않았다고 설명했다. TSMC는 "현시점에서 당사가 어떠한 조사 대상이 되고 있다고는 인식하고 있지 않다"고 덧붙였다. 미국 상무부는 지난 22일 상무부 산업안전보장국이 미국의 수출규제위반의 가능성을 지적했다는 보도에 대해 파악하고 있다고 밝혔다. 상무부는 수출 규제 위반의 가능성이 보도되고 있다는 것을 알고 있지만 조사가 진행되고 있는지 여부에 대해서는 코멘트할 수 없다고 말했다. 미국 정부는 지난 2019년 안보상의 이유로 화웨이를 수출규제 리스트에 올렸다. 화웨이가 어떤 방식으로 TSMC 반도체를 얻었는지는 명확하지 않다.
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대만 TSMC, 중국 화웨이에 자사 반도체 넘긴 고객에 출하중단
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[먹을까? 말까?(71)] 과음, 만성 통증 부른다
- 과도한 음주는 만성 통증으로 이어질 수 있다는 연구 결과가 나왔다. 미국 스크립스 연구소 연구팀은 과도한 음주가 알코올 금단 증상으로 인한 만성 통증을 유발할 수 있다는 연구 결과를 발표했다고 메디컬 익스프레스가 전했다. 해당 연구 결과는 국제 학술지 약리학 연구(Pharmacological Research)에 게재됐다. 연구팀은 쥐를 이용한 동물 실험에서 알코올 섭취량과 금단 증상으로 인한 통증 민감도 사이의 연관성을 확인했다. 팀은 과도한 음주를 한 쥐와 적당한 음주를 한 쥐 두 가지 모델을 시험했다. 5주간 알코올을 섭취한 후 일부 쥐는 26일간 금주를 경험했다. 적적량의 알코올을 섭취한 쥐는 금단 증상 후 약 7일만에 통증 민감도가 정상으로 돌아왔지만, 과도한 음주를 한 쥐는 금단 증상 후에도 통증 민감도가 높게 유지되거나 영구적인 통증을 경험했다. 신경계내 화학 물질 변화와 관련 연구팀은 이러한 만성 통증이 신경계 내 호학 물질인 엔도카나비노이드(endocannabinoid)의 변화와 관련 있다는 사실을 밝혀냈다. 특히 엔도카나비노이드의 일종인 2-AG가 알코올 금단으로 인한 통증 치료에 유용한 약물 표적으로 활용될 수 있음을 시사했다. 마리사 로베르토 스크립스 연구소 신경과학과 교수는 "장기간의 알코올 섭취는 일시적으로 통증 만감도를 변화시키지만, 음주를 중단하면 회복될 수 있다"면서도 "하지만 과도한 음주는 알코올로 인한 변화를 되돌릴 수 없게 만들어 약물 치료가 필요할 수 있다"고 설명했다. 알코올 사용 장애, 코로나19 팬데믹 이후 증가 추세 미국에서는 약 2900만 명이 알코올 사용 장애(AUD)를 겪고 있으며, 코로나19 팬데믹 이후 그 수가 증가했다. 알코올 사용 장애는 신경병증성 통증을 유발하며, 알코올 금단 증상이 나타날 때 통증이 더 심해지는 경향이 있다. 특히 여성은 남성보다 알코올 사용 및 금단 증상 중 신경병증성 통증을 더 자주 경험하는 것으로 알려져 있다. 참고로 미국 인구조사국에 따르면 2024년 1월 1일 기준 미국 인구는 약 3억 3580만명이다. 즉, 미국 인구의 8.64%가 알코올 사용 장애를 겪고 있다는 뜻이다. 2-AG 조절 약물, 알코올 금단 관련 통증 치료제 가능성 제기 연구팀은 쥐의 등쪽 뿌리 신경절을 분석한 결과, 과도한 음주를 한 쥐에서 알코올 금단 후 2-AG 수치가 감소한 것을 발견했다. 2-AG 수치 감소는 통증 민감도 증가와 직접적인 연관성을 보였다. 이번 연구는 알코올 금단으로 인한 만성 통증의 메커니즘을 밝히고, 2-AG 조절 약물이 알코올 사용 장애 환자의 이질 통증에새로운 치료법이 될 수 있음을 제시했다는 점에서 의의가 있다. 연구팀은 향후 성별에 따른 차이를 추가로 연구하고, 2-AG 대사를 조절하는 분자들의 치료 가능성을 평가할 계획이다. 이번 연구는 지난 8월 적당한 음주도 건강에 해롭다는 연구 결과 이후에 나온 것이다. 미국의사협회저널(JAMA)은 지난 8월 12일 적당한 음주는 노년층에게 아무런 이점을 제공하지 않으며 오히려 질병 관련 사망 위험을 높이는 것으로 나타났다고 밝혔다. 이는 하루 한 두잔의 술, 특히 와인이 건강에 좋다는 통념을 뒤집는 것으로 주목된다.
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[먹을까? 말까?(71)] 과음, 만성 통증 부른다
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미국 아칸소주, '하얀 석유' 리튬 대량 발견…'전기차 혁명' 가속화?
- 미국 중남부 아칸소주(州)에서 현재 전 세계 수요량을 충족시키고도 남을 양의 리튬이 발견됐다. 21일(현지시간) 미 일간 뉴욕타임스(NYT) 보도에 따르면 미 지질조사국(USGS)과 아칸소주 정부는 미국 중남부 아칸소주에 대량의 리튬이 매장된 것으로 판단된다고 발표했다. USGS 소속 연구원들은 수질 테스트 및 머신 러닝을 이용한 연구 결과 아칸소주에 형성된 '스맥오버 지층' 일대에 약 500만∼1900만톤 가량의 리튬이 분포했을 가능성이 있다고 판단했다. 이는 현재 전 세계의 리튬 수요량을 충족시키고도 남을 양이라고 NYT는 전했다. 이 일대에서는 이미 엑손모빌을 포함한 몇몇 에너지 기업들이 리튬 생산을 위한 프로젝트 개발에 나선 상태다. 미국 당국은 이 지역에서 다른 에너지 자원을 추출하고 남은 소금물에서 리튬을 생산할 수 있다고 보고 관련 연구에 돌입해왔다. 전기차 배터리 등에 핵심 소재로 쓰이는 리튬은 대부분 호주와 남미에서 생산되며 가공 및 제조는 대부분 중국에서 이뤄진다. 이에 미국 바이든 행정부는 리튬이온 배터리 생산에 필요한 원자재를 자국 내에서 충당할 수 있도록 관련 작업을 지원해왔다. 데이비드 애플게이트 USGS 국장은 이날 성명에서 "(리튬) 수입을 대체하기 위한 미국 내 생산 증가 가능성은 고용 및 제조, 공급망 탄력성에 영향을 미칠 수 있다"고 말했다. 다만 이번에 발견된 리튬이 실제 생산으로 이어질 수 있을지는 리튬이 용해되어 있는 소금물에서 이를 곧바로 추출하는 기술의 개발 여부에 달린 것으로 보인다. 소금물에서 리튬을 추출하고 있는 칠레 등에서는 리튬이 용해된 소금물을 한 곳에 모아 증발시켜 남은 광물을 수집하는 식으로 리튬을 생산하는데, 이는 시간이 오래 걸릴 뿐더러 인근의 담수 공급 등 환경에도 악영향을 미칠 수 있다. 반면 엑손모빌 등 미국 업체들이 연구 중인 '리튬 직접 추출' 방식은 환경 피해 없이 빠른 속도로 리튬을 생산할 수 있지만 비용이 많이 드는 데다가 아직 기술이 완성되지 않아 대규모로 적용하는 데에는 어려움이 있다.
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- 산업
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미국 아칸소주, '하얀 석유' 리튬 대량 발견…'전기차 혁명' 가속화?
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[우주의 속삭임(73)] 지구에 떨어지는 운석, 대부분 '같은 곳'에서 왔다?
- 밤하늘을 가로지며 떨어지는 유성은 늘 보는 사람들을 매료시킨다. 그렇다면 지구에 도달해 밤하늘을 환하게 밝히는 유성은 과연 어디에서 왔을까? 우리 말에 유성과 별똥별이 있다. 일반적으로 비슷한 의미로 혼동하기 쉽지만 유성과 별똥별은 엄밀히 말하면 다른 뜻이다. 우주 공간을 돌아다니는 아주 작은 먼지나 돌멩이를 유성체라고 한다. 유성체가 지구 대기권으로 진입하면서 공기와의 마찰로 인해 빛을 내는 현상을 유성이라고 한다. 유성체가 대기 중에서 완전히 타지 않고 지표면까지 떨어진 것을 운석, 우리말로는 별똥별이라고 부른다. 매년 약 1만7000개의 유성이 지구 대기권에 진입하며, 그중 일부는 지표면에까지 도달한다. 과학자들은 이러한 운석을 통해 우주의 비밀을 탐구한다. 운석의 기원은 달이나 화성 등 다양하지만 대부분은 소행성에서 유래한다고 PHYS가 전했다. 최근 네이처(Nature)지에 발표된 두 연구는 이러한 운석의 기원을 더욱 명확히 밝혀냈다. 체코 카렐 대학교의 미로슬라프 브로즈(Miroslav Brož)와 유럽 남방 천문대의 미카엘 마셋(Michaël Marsset)이 이끄는 연구팀은 대부분의 운석이 소수의 소행성, 심지어는 특정 소행성에서 비롯되었다고 밝혔다. 이는 지구와 태양계 역사를 형성한 사건들에 대한 이해를 넓히는 데 기여한다. 이번 연구 결과는 학술지 네이처(Nature)에 게재됐다. 운석이란 무엇인가? 앞서 설명했듯이 유성이 지구 표면에 도달하면 '운석(meteorite)'이라고 부른다. 운석은 크게 석질운석, 철질운석, 석철질 운석 세 가지로 나뉜다. 석질운석 중 가장 흔한 종류는 '콘드라이트(chondrites)'로, 용융된 액체 방울 형태의 구형 입자를 포함하며 전체 운석의 85%를 차지한다. 대부분은 '일반 콘드라이트'로 철 함량과 광물 성분에 따라 H, L, LL의 세 가지 유형으로 나뉜다. '탄소질 콘드라이트(Carbonaceous chondrites)'는 점토 광물에 다량의 물과 아미노산 같은 유기물을 함유하고 있으며, 용융되지 않는 태양계 초기의 먼지 샘플이다. 반면 '아콘드라이트(achondrites)'는 콘드라이트와 달리 구형 입자가 없으며, 행성체에서 용융 과정을 거쳤다. 운석의 주요 공급원 '소행성대' 태양 주위를 공전하는 작은 천체인 소행성은 운석의 주요 공급원이다. 행성처럼 태양 주위를 돌지만, 행성보다 훨씬 작고 모양도 불규칙적인 경우가 많다. 대부분의 소행성은 화성과 목성 궤도 사이에 있는 '소행성대(Asteriod belt)'에 모여있으며, 목성의 중력에 의해 궤도를 돌고 있다. 목성과의 상호작용은 소행성 궤도를 교란시켜 충돌을 유발하고, 그 결과 발생한 파편들이 모여 '돌무더기 소행성'을 형성한다. 최근 하야부사와 오시리스-렉스 탐사선은 이러한 소행성에서 샘플을 채취해 지구로 가져왔다. 과학자들은 이룰 통해 특정 소행성 유형과 지구에 떨어지는 운석 사이의 연관성을 확인했다. 석질운석과 S형 소행성은 소행성대 안쪽에, 탄소질 콘드라이트와 유사한 C형 소행성은 바깥쪽에 분포한다. 소행성 '코로니스'와 '마살리아' 이번의 새로운 두 연구는 일반 콘드라이트 유형의 기원을 특정 소행성군, 특히 '코로니스'와 '마살리아' 소행성군으로 추적했다. 이는 운석 궤적 분석, 개별 소행성 관측, 모체 궤도 진화 모델링 등의 복잡한 과정을 통해 이루어졌다. 브로즈가 주도한 연구에 따르면 일반 콘드라이트는 3000만년 전에 발생한 지름 30km 이상의 소행성 충돌에서 비롯된 것으로 밝혀졌다. 상세한 컴퓨터 모델링에 따르면 코로니스와 마살리아 소행성군은 적절한 크기의 천체를 가지고 있으며 지구에 운석을 공급할 수 있는 위치에 있다. 특히 코로니스 소행성군의 '코로니스'와 '카린'은 H 콘드라이트의 주요 공급원일 가능성이 높으며 마살리아(L)와 플로라(LL) 계열은 L- 및 LL- 콘드라이트의 주요 공급원이다. 마셋이 주도한 연구는 마살리아에서 발견된 L 콘드라이트 운석의 기원에 대해 자세히 설명한다. 연구팀은 화성과 목성 사이의 소행성대에서 분자의 지문이 될 수 있는 특징적인 빛의 세기인 분광 데이터를 수집했다. 그 결과 지구에 있는 L 콘드라이트 운석의 구성이 마살리아 소행성 계열의 운석과 매우 유사하다는 사실이 밝혀졌다. 그런 다음 과학자들은 컴퓨터 모델링을 사용하여 약 4억 7000만 년 전에 발생한 소행성 충돌이 마살리아 소행성군을 형성했음을 보여주었다. 우연히도 이 충돌로 인해 스웨덴의 오르도비스기 석회암에서 풍부한 화석 운석이 발견되기도 했다. 이러한 연구 결과는 지구에 떨어지는 운석의 기원을 밝히고 태양계 형성 과정에 대한 이해를 높이는 중요한 역할을 한다. 또한 향후 운석의 기원 소행성을 탐사하는 임무의 기초 자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
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[우주의 속삭임(73)] 지구에 떨어지는 운석, 대부분 '같은 곳'에서 왔다?
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[기후의 역습(75)] 2024년 북극 해빙, 사상 최저치 기록…지구 위기 심화
- 북극과 남극은 2024년 대규모의 빙하를 잃었으며, 북극 해빙(바다위 빙하)은 기록상 7번째로 낮은 수준에 도달했다고 사이테크데일 리가 전했다. 극지방 얼음의 지속적인 감소는 얼음 반사에 의해 일어나는 광범위한 생태계 변화와 지구 온난화를 심화시킨다. 북극 해빙은 지난 여름 북반구에서 거의 역사적으로 가장 낮은 수준으로 후퇴, 지난 9월 11일 올들어 최소 수준으로 녹았다. 이는 나사(NASA) 및 국립 눈과 얼음 데이터 센터(NSIDC: National Snow and Ice Data Center)에서 밝혀낸 것으로, 수십 년 동안 지속되어 온 북극해의 얼음 감소 추세를 극명하게 드러내고 있다. 북극 해빙은 연중 계절 변화에 따라 확장과 수축을 반복한다. 전문가들은 이러한 변화를 관측해 북극이 기온과 해수 온도 상승, 계절에 따른 얼음의 변화를 추적한다. 지난 46년 동안 위성에서 수집한 데이터 관측은 일관된 패턴을 보여준다. 여름철에는 당연히 더 많이 녹고 겨울철에는 얼음 형성이 과거에 비해 크게 줄어들었다는 사실이다. ◇ 북극 해빙 감소의 영향 해빙 변화를 실시간 추적한 결과, 극지 야생동물 서식지의 손실과 변화부터 북극 지역사회와 국제무역로에 미치는 영향에 이르기까지 광범위한 영향이 드러났다. 올해 북극 해빙은 최소 428만 평방킬로미터까지 줄었다. 이는 1981~2010년 여름이 끝날 무렵의 평균인 622만 제곱킬로미터보다 약 194만 제곱킬로미터 정도 줄어든 수치다. 이는 알래스카주보다 더 넓은 면적이다. 해빙 면적은 얼음 비중이 최소 15% 이상인 바다의 총면적을 말한다. 참고로 알래스카 주는 미국에서 가장 큰 주이며 서울 면적의 약 770배, 한반도 전체 면적의 약 7.7배에 달하는 엄청난 크기이다. ◇ 해빙의 추세와 측정 위성 기록에서 7번째로 낮았던 올해의 최소치는 2012년 9월에 기록된 역대 최저치인 339만 제곱킬로미터보다 높은 수준이었다. 해빙 면적은 해마다 변동이 있을 수 있지만, 1970년대 후반 위성의 기록이 시작된 이후 감소 추세를 보였다. NSIDC에 따르면, 그 이후로 해빙 손실은 연간 약 7만 7800제곱킬로미터에 달했다. 과학자들은 현재 미국 국방기상위성 프로그램의 위성에 탑재된 수동 마이크로파 센서 데이터와 나사 및 국립해양대기청(NOAA)이 공동으로 운영하는 님버스-7 위성의 과거 데이터를 사용해 해빙 범위를 측정한다. 나사 고다드 우주비행센터의 빙하권 과혁연구실 소장인 네이선 커츠는 해빙이 줄어들 뿐만 아니라 점점 젊어지고 있다고 지적한다. 커츠는 "현재 북극해의 얼음 대부분은 얇으며 1년차 얼음으로, 더운 계절을 견뎌내기 어렵다. 3년 이상 된 얼음은 훨씬 적다"고 말했다. 위성의 우주 고도계로 수집한 얼음 두께 측정 결과, 가장 오래되고 두꺼운 얼음의 대부분이 이미 사라졌다. 나사의 제트추진연구소에서 실시한 새로운 연구에 따르면 해안에서 멀리 떨어진 북극 중앙의 가을 해빙은 현재 두께가 약 1.3m로, 1980년의 최고치인 2.7m에 비해 크게 얇아졌다. ◇ 남반구의 얼음 상태도 위험 남극 지역의 해빙도 2024년에 낮아졌다. 과학자들은 남반구의 가장 어둡고 추운 계절, 얼음이 광범위하게 늘었어야 할 시기에 해빙이 기록적으로 낮았음을 발견했다. 남극 대륙 주변의 얼음은 지난 9월 19일 올해 최대 면적에 도달했을 가능성이 높다. 그 때를 기준한 얼음의 증가는 1716만 제곱킬로미터에서 멈췄다. 올해의 최대 얼음 면적은 위성 기록 기존으로 두 번째로 낮았으며 지난해 9월에 기록된 겨울철 최저 기록인 1696만 제곱킬로미터보다 높았다. 1981~2010년 사이의 평균 최대 면적은 1871만 제곱킬로미터였다. 2024년의 미미한 증가는 최근의 하락 추세를 연장하고 있다. 2014년 이전까지만 해도 남극의 해빙은 10년마다 약 1%씩 증가하고 있었다. 2014년 이후 얼음 성장은 급격히 감소했다. 과학자들은 이런 역전의 원인을 파악하는데 주력하고 있다. 이어지는 얼음 손실은 남극해의 상황이 장기적으로 변하고 있음을 암시하며, 이는 전 지구적 기후 변화로 인한 것으로 보인다. 남극해에 지구 온난화가 본격화되고 있는 것이다. 북극과 남극 모두에서 얼음 손실이 상황을 악화시키고 있다. 해빙은 태양 에너지의 대부분을 우주로 반사하는데, 얼음이 녹은 바닷물은 태양빛의 90%를 흡수하기 때문이다. 햇빛에 노출된 바다가 많아질수록 수온이 상승하고 해빙 성장은 더욱 지연된다. 해빙 손실은 북극의 열을 올리고 있으며, 북극의 기온은 전 세계 평균의 약 4배 상승했다.
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- 포커스온
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[기후의 역습(75)] 2024년 북극 해빙, 사상 최저치 기록…지구 위기 심화
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[우주의 속삭임(72)] 화성, 얼음 아래 생명체 존재 가능성⋯NASA 연구 결과 발표
- 화성에 과연 생명체가 존재할 수 있을까? 화성은 태양계에서 지구와 가장 닮은 행성으로, 붉은색 표면과 극지방의 만년설, 과거 물이 흘렀던 흔적 등 다양한 특징을 가지고 있다. 화성은 표면에 산화철이 풍부해 붉게 보인다. 이 때문에 '붉은 행성'이라는 별명을 가지고 있다. 과거에 물이 존재했던 흔적이 발견되면서 생명체가 존재했거나, 존재할 가능성이 제기되고 있다. 미국 항공우주국(나사·NASA)은 최근 홈페이지를 통해 화성 표면의 얼음 아래에 미생물이 서식할 수 있는 환경이 조성될 수 있다는 가능성을 제시했다고 밝혔다. NASA 연구진은 컴퓨터 모델링을 통해 화성의 얼음을 투과하는 햇빛의 양이 얼음 아래 얕은 물웅덩이에서 광합성을 일으키기에 충분하다는 것을 보여주었다. 지구에서도 얼음 내부에 형성된 유사한 물웅덩이에서 조류, 균류, 미세한 시아노박테리아(남조류) 등 광합성을 통해 에너지를 얻는 다양한 생명체가 발견됐다. 이 연구의 주요 저자인 NASA 제트추진연구소의 아디티아 쿨러는 "우주 어딘가에서 생명체를 찾고 있다면, 화성의 얼음층은 가장 근접하기 쉬운 장소 중 하나일 것"이라고 말했다. 화성 먼지 쌓인 얼음층 주목 연구진은 화성의 먼지가 섞인 얼음층에 주목했다. 나사에 따르면 화성에는 얼어붙은 물과 얼어붙은 이산화탄소라는 두 가지 얼음이 존재한다. 쿨러와 그의 동료 연구진은 네이처 커뮤니케이션즈 지구와 환경(Nature cummunications Earth & Environment)에 게재된 논문에서 과거 수백만년 동안 화성의 빙하기에 눈과 먼지가 섞여 표면에 떨어져 형성된 얼음층을 조사했다. 먼지 입자는 깊은 곳까지 햇빛이 도달하는 것을 막을 수 있지만, 표면 근처에서는 햇빛을 흡수해 얼음을 녹이고 얕은 웅덩이를 만들 수 있다. 지구에서도 먼지가 섞인 얼음에서 '크라이오코나이트(Cryconite) 구멍' 이라는 작은 공간이 형성되는 현상이 흔히 관찰된다. 바람에 날린 먼지 입자가 얼음에 쌓이고 햇빛을 흡수하면서 얼음이 녹아 물 웅덩이가 만들어지는 것이다. 어두운 먼지는 주변 얼음보다 더 많은 햇빛을 흡수해 얼음이 따뜻해지고 표면 아래 몇 피트까지 녹을 가능성이 있다. 이러한 물웅덩이는 조류 등 단순한 생명체에게 생존에 필요한 환경을 제공한다. 연구진은 이러한 현상이 화성에서도 일어날 수 있으며, 먼지가 섞인 얼음층 아래 3m 깊이까지 광합성이 가능할 정도의 햇빛이 도달할 수 있다고 분석했다. 또한, 얼음층은 얕은 물웅덩이의 증발을 막고 유해한 방사선으로부터 생명체를 보호하는 역할도 할 수 있다. 연구진은 화성의 북반구와 남반구의 위도 30도에서 60도 사이 지역에서 이러한 얼음층이 존재할 가능성이 높다고 예측했다. 쿨러는 앞으로 실험실에서 화성의 먼지가 섞인 얼음을 재현해 추가 연구를 진행하고, 화성에서 얕은 물웅덩이가 존재할 가능성이 높은 지역을 지도로 만들어 미래의 탐사 목표를 설정할 계획이다.
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- IT/바이오
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[우주의 속삭임(72)] 화성, 얼음 아래 생명체 존재 가능성⋯NASA 연구 결과 발표
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[기후의 역습(73)] 과학계, 해양 열파 견디는 산호초 번식 성공…"온실가스 감축 시급"
- 선택적 번식을 통해 내열성이 강한 산호가 탄생할 것으로 보인다. 뉴캐슬 대학교의 코랄어시스트 랩(Coralassist Lab) 연구진이 주도해 성체 산호를 선택적으로 번식시켜 내열성을 강화하는 방법을 세계 최초로 찾아냈다고 PHYS가 전했다. 연구에는 호주 빅토리아 대학교, 영국 런던의 호니먼 박물관 및 정원, 팔라우 국제 산호초 센터, 더비 대학교, 엑서터 대학교 등이 협력했다. 찾아낸 방법은 성체 산호가 강렬한 해양 열파에서도 살아남을 수 있는 능력을 키우는 것이다. 번식 노력은 성공적이었으며, 성체 산호 자손의 내열성을 향상시키는 것이 단일 세대에서도 가능하다는 사실을 보여주었다. 이 연구 결과는 네이처 커뮤니케이션 저널에 게재됐다. 물론 연구의 초기이기 때문에 기후 변화로 예상되는 미래의 해양 열파에 비하면 개선폭은 미미했다는 자평이다. 연구진은 지구 온실가스 배출량을 빠르게 줄이는 것만이 온난화를 완화하고 산호가 적응할 수 있는 기회를 제공하는 절대적인 요건이라고 강조했다. 뉴캐슬 대학교의 리엄 락스 박사는 "산호의 선택적 번식은 가능하지만, 만병통치약은 아니며 번식 효과를 극대화하기 위해 더 많은 연구가 필요하다"면서 "동시에 온실가스 배출을 급속히 감축하는 것이 필요하다"라고 강조했다. 뉴캐슬 대학교의 산호초 생태학 교수인 제임스 게스트 박사는 "연구 결과는 선택적 번식이 산호 개체군 회복력을 향상시키는 실행 가능한 도구가 될 수 있음을 보여준다"고 설명했다. 그러나 여전히 극복해야 할 과제가 많다는 지적이다. 인위적인 개입의 효과는 긴급한 기후 조치에 의해 결정되기 때문에 변수가 많다. 생물에 대한 선택적 육종은 바람직한 특성을 가진 동식물을 생산하기 위해 인간에 의해 수천 년 동안 실행돼 왔다. 이번에는 자연 보호, 특히 산호초 생존을 위한 방법으로 고려되고 있다. 해양 생태계는 기후 변화 영향의 최전선에 있다. 산호는 특히 해양 생태계의 중심에 있는데, 해양 열파에는 매우 민감하다. 기후 변화는 산호의 대량 백화 및 사망을 유발할 수 있다. 이미 전 세계적으로 산호초 감소가 심각한 상황이다. 연구진은 산호의 두 가지 다른 특성에 대한 선택적 번식 실험을 수행했다. 하나는 짧고 강렬한 열 노출(10일, 섭씨 3.5도 상승)에 대한 내성이고 다른 하나는 자연 해양 열파에 더 일반적인 덜 강렬하지만 장기간 노출(1개월, 섭씨 2.5도 상승)에 대한 내성이었다. 연구진은 낮은 열 내성보다는 높은 열 내성을 가진 부모 군체를 선택하면 자손의 내성이 증가한다는 것을 발견했다. 이 결과는 10일 및 1개월 노출 모두에 적용됐다. 연구 결과 이론적으로 열 내성은 한 세대 내에 주당 약 섭씨 1도씩 향상될 수 있다. 그러나 이 수준의 내성 향상은 끊임없는 온난화에 적응하기에 충분하지 않을 가능성이 크다. 연구 결과, 단기 스트레스 내성을 위한 선택적 번식은 장기간 열 스트레스 노출에서 자손 산호가 생존할 수 있는 능력을 향상시킨다는 증거를 보여주지는 않았다. 유전적 상관관계가 발견되지 않았기 때문에, 이러한 특성은 독립적인 유전적 통제 하에 있는 것으로 보인다. 이는 중요한 의미를 갖는다. 개입이 번식을 위한 내열성 군체를 효과적으로 식별할 수 있는 저렴하고 빠른 분석의 이점을 얻을 수 있기 때문이다. 그러나 이러한 분석법이 자연적인 해양 열파에 대한 성체 산호군의 생존을 예측하지 못할 경우 관리 개입에 심각한 문제가 된다. 코랄어시스트 랩의 아드리아나 휴마네스 박사는 "선택적 번식을 성공적으로 구현하기 전까지 많은 작업이 남아 있다. 어떤 특성을 우선시하고 그 특성이 유전적으로 어떻게 연관되는지 결정하기 위해서는 더 깊은 이해가 필요하다"고 강조했다.
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- IT/바이오
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[기후의 역습(73)] 과학계, 해양 열파 견디는 산호초 번식 성공…"온실가스 감축 시급"
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[기후의 역습(72)] "지구 온난화 맞긴 맞는데"…통계가 드러낸 '불편한 진실'
- 최근 몇 년 동안 전 세계적으로 기록적인 폭염이 발생한 것을 감안하면 지구 온난화가 극심한 현실인 것으로 보인다. 통계학자를 포함한 국제 연구진이 이를 검증하는 연구를 진행했다고 전문 사이트 PHYS가 전했다. 연구진은 지난 반세기 동안 지구 온난화가 통계적으로 감지할 수 있는 속도로 증가했는지, 또는 급증했는지를 조사했다. 영국 랭커스터 대학교 통계학자와 미국 UC 산타크루즈 캠퍼스의 연구진이 주도한 국제 연구진에 따르면 지구가 점점 뜨거워지고 있는 것은 맞지만, 통계적으로 볼 때 안정적인 속도로 진행되고 있다는 결론이다. 통계적으로 '급속도'라고 정의할 수 있는 가속화된 속도는 아니라는 것이다. 이 연구 결과는 최근 커뮤니케이션스 지구와 환경(Communications Earth & Environment) 저널에 게재됐다. 최근 몇 년 동안 전 세계적으로 기록적인 기온과 폭염이 발생했다. 데이터에 따르면 2023년은 1850년 측정과 기록이 시작된 이래 가장 더운 해였다. 역사상 가장 더웠던 10년이 모두 최근 10년 동안 발생했다. 이러한 기록적인 온도는 지구 온난화 속도가 급증했는지에 대한 논쟁을 불러일으켰다. 일부 전문가는 최근 15년 동안 가속화되었다고 주장했다. 그러나 이번 연구진의 연구 결과는 '급증' 또는 '가속'이라고 정의할 수 있는 통계적 증거가 부족하다는 사실을 보여준다. 연구진을 이끈 UC 산타크루즈의 해양 과학부문 클로디 불뢰외 교수는 "최근 기록적인 온도가 발생한 것은 엄연한 사실이고 지구 온난화가 가속화되고 있을 가능성은 여전히 있다. 그러나 우리는 가속도의 규모가 통계적으로 너무 작거나 아직 강력하게 감지할 수 있는 충분한 데이터가 없다는 것을 발견했다"고 밝혔다. 연구진은 나사(NASA)와 미국해양대기청(NOAA) 등 지구 표면의 평균 온도를 추적하는 4대 주요 기관의 지구 표면 온도 평균을 엄밀하게 분석했다. 온도 추적은 1850년부터 시작됐다. NOAA에 따르면 1850년 이후 지구 온도는 10년마다 화씨 0.11도(0.0556℃)씩 상승했다. 연구는 기후 변화를 모니터링하기 위해 널리 사용하는 '지구 평균 표면 온도(GMST)'를 분석했다. GMST는 시간이 지남에 따라 상승하는 경향이 있는데, 주요 화산 폭발 및 엘니뇨 현상 등 지구 온도에 영향을 미치는 자연 현상으로 인해 장기적인 추세를 중심으로 변동하는 문제점도 보인다. 따라서 온난화 속도의 자연적 변동성과 진정한 근본적 변화를 구별하는 것은 통계학적 과제다. 연구진은 일시적인 변동이 상당 기간에 걸쳐 유지하면 온난화 급증을 통계적으로 감지할 수 있다고 간주했다. 온도 그래프의 기울기가 급격히 상승하고 상당 기간 유지되면 뚜렷하게 관측된다. 연구진은 단기 평균 온도 변동을 고려하고 다양한 통계적 방법을 사용, 조사 대상 연도의 온난화 증가 수준을 파악해 임계값을 결정했다. 임계치를 넘어서면 온난화가 '급속히' 진행되었음을 나타낸다. 연구진은 1970년대 이후 최근까지의 온도 기록 분석에 이 임계값을 적용, 온도 변화 추세가 임계치를 넘었는지 확인했다. 그 결과 임계값을 넘었던 해는 없었던 것으로 드러났다. 랭커스터 대학교의 레베카 킬릭 통계학 교수는 "일반적으로 사용되는 통계적 접근 방식을 적용해 보았을 때 온난화가 가속화되고 있다는 엄격한 통계적 증거는 없다"고 지적했다. 연구진은 분석 결과가 지구 온난화 급증의 한가운데에 있다는 통계적 증거를 보여주지는 않지만, 기후 변화의 현실까지 반박하는 것은 아니라고 강조했다. 보고서는 "지구는 인간 활동으로 인해 현재 가장 뜨겁다. 우리의 분석도 지구가 분명히 지속적으로 온난화되고 있음을 보여준다"고 지적했다.
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- 포커스온
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[기후의 역습(72)] "지구 온난화 맞긴 맞는데"…통계가 드러낸 '불편한 진실'
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[신소재 신기술(120)] 염수 폐수를 콘크리트로 변환하는 혁신 기술 나왔다
- 핀란드의 오울루 대학교(University of Oulu) 연구진이 알칼리 활성화를 통해 농축 염수를 안정화해 콘크리트로 변환하는 새로운 처리 기술을 개발했다고 전문 매체 아조빌드가 전했다. 개발된 기술은 염수 폐수를 시멘트 바인더에 통합하는 혁신적 솔루션이라는 평가다. 이 연구 결과는 담수화(Desalination) 저널에 게재됐다. 연구 보고서에 따르면 광산 및 산업에서 나오는 염수 폐수를 결합, 광산 매립과 같은 다양한 용도에 사용할 수 있는 다른 유형의 시멘트 바인더를 만들 수 있다. 일종의 신소재 콘크리트인 셈이다. 이를 통해 매우 농축된 소금 용액을 고체 형태로 안전하게 결합, 비용을 절약하고 환경을 개선할 수 있다. 광업, 재가공 및 배터리 생산과 같은 여러 산업 분야에서는 일반적으로 나트륨, 황산염 및 염화물 등 세 가지 요소가 포함된 염수 폐수를 대량으로 생산한다. 이러한 분야는 녹색 친환경 및 디지털 전환이 특히 필요하다. 이러한 염 자체는 환경에 위험하거나 해롭지는 않다. 동일한 염분이 바닷물에도 널리 퍼져 있다. 그러나 발트해의 낮은 염도, 특히 내륙 담수에서는 생물군에 해로울 수 있다. 예를 들어, 지난 2012년 핀란드 광산업체 탈비바라(Talvivaara)의 광산 사고 이후 소금에 오염된 호수는 영구적으로 성층화돼 호수 바닥의 산소 결핍을 초래할 수 있다는 사실이 밝혀졌다. 제안된 기술은 칼슘, 실리콘, 알루미늄이 풍부한 원료를 소금물 및 소량의 수산화나트륨과 결합한다. 결과적으로 콘크리트 바인더로 사용할 수 있는, 충분한 강도를 가진 페이스트가 생산된다. 농축 염수, 나트륨, 황산염 및 염화물의 주요 성분은 고체 구조에서 매우 잘 안정화되고 수용성을 잃는 것으로 밝혀졌다. 수용성을 잃는다는 것은 물에 녹지 않아 견고함을 유지한다는 의미다. 이 연구에서는 또한 알칼리 활성 페이스트의 강도가 염도가 높을수록 증가한다는 사실도 발견했다. 단점은 소금이 부식을 일으킬 수 있기 때문에, 이러한 종류의 콘크리트에는 표준 강철 보강재를 사용할 수 없다는 것이다. 염분에 강한 소재가 필요하다. 채취하고자 하는 금속이나 소재를 분리한 후 광산에 남아 있는 폐기물, 즉 광산 잔여물은 별도의 저장지로 옮겨진다. 이 잔여물에는 종종 알칼리 활성화에 필요한 원소인 칼슘, 실리콘, 알루미늄이 대량으로 포함되어 있다. 광산 잔여물은 콘크리트 및 건설 부문에서 점차 활용이 늘면서 인기를 얻고 있다. 신소재와 광산 수질 정화 연구를 진행하고 있는 오울루 대학교가 이번에 제시한 해법은 건설 부문에 새로운 바람을 일으킬 가능성이 높다고 한다. 한편 이번 연구는 유럽연합(EU)의 '차세대(NextGeneration) EU 프로그램'이 공동으로 자금을 지원하는 카이파(KaiPa) 프로젝트의 일부로 수행됐다.
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- IT/바이오
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[신소재 신기술(120)] 염수 폐수를 콘크리트로 변환하는 혁신 기술 나왔다
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[우주의 속삭임(70)] 달 내부에 녹은 암석층 존재 가능성…중력 측정 분석 결과 뒷받침
- 달의 지각 아래 내부 구조는 무엇으로 이루어져 있을까. 지구 내부에는 녹은 암석층이 존재하며, 이는 지표면의 지각판 운동을 일으키는 원인으로 알려져 있다. 과학자들은 그동안 달에도 지구처럼 핵과 고체 외층 사이에 녹음 암석층이 존재하는 지에 대한 연구를 진행해왔다. 미 항공우주국(나사·NASA) 고다드 우주 비행 센터와 애리조나 대학의 연구팀은 최근 지구와 태양의 중력에 대한 달의 반응을 분석한 결과, 달 내부의 깊은 곳에 녹은 암석층이 존재할 가능성을 뒷받침하는 새로운 증거를 제시했다. 해당 내용에 대해서는 사이언스얼라트와 스페이스닷컴 등이 보도했다. 이번 연구를 통해 지구의 바닷물이 달과 태양의 중력에 의해 주기적으로 상승하고 하강하는 것처럼, 달도 조석력의 영향을 받는다는 것이 밝혀졌다. 다만, 지구처럼 바다가 없기 때문에 달의 조석 현상은 미묘하지만 모양과 중력의 변화를 통해 확인할 수 있다. 연구 결과 달의 맨틀은 조수처럼 오르락내리락하는 두껍고 끈적끈적한 영역을 갖고 있는 것으로 드러났다. 달의 조석력에 반응하는 방식은 내부 구조와 밀접한 관련이 있다. 연구팀은 지구와 태양에 대한 달의 조석 반응으로 분석하면 표면 아래에 무엇이 있는 지 단서를 얻을 수 있다는 점에 주목했다. 기존 연구에서는 한 달 동안 달의 조석 변화를 측정했지만, 이번 연구에서는 나사의 위성 기반 GRAIL(Gravity Recovery and Interior Laboratory) 미션과 달 정찰 궤도선(Lunar Reconnaissance Orbiter)을 통해 1년 동안의 데이터를 수집했다. 연구팀은 달의 월별 및 연간 형태 변화, 중력장 변화, 평균 밀도 등의 정보를 종합해 내부 구조를 시뮬레이션했다. 그 결과 달의 맨틀 하부에 부드러운 층을 포함했을 때 관측된 중력 측정값을 더 정확하게 재현할 수 있었다. 이는 달 내부 깊은 곳에 점성을 가진 물질 층이 존재할 가능성이 높음을 시사한다. 연구팀은 달 내부의 이러한 녹은 층이 티타늄이 풍부한 광물인 일메나이트(ilmenite)로 구성되었을 것으로 추측하고 있다. 하지만 이 층의 열원이 무엇인지, 정확한 구성 성분은 무엇인지 등이 여전히 풀어야 할 과제로 남아 있다. 해당 연구는 AGU 어드밴시스(AGU Advances)에 게재됐다. 한편, 일메나이트는 티타늄과 철의 산화 광물로 화학식은 FeTiO3이다. 일메나이트는 티타늄의 주요 광석이며, 이산화 티타늄(TiO2) 생산의 주원료다. 이산화 티타늄은 페인트, 잉크, 플라스틱, 종이, 선크림, 식품, 화장품 등 다양한 분야에서 사용된다. 일메나이트는 러시아의 일멘 산맥에서 처음 발견되어, 이름이 붙여졌다. 아폴로 우주선이 가져온 달에서 채취한 암석에서 상당량의 일메나이트가 발견됐다.
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- IT/바이오
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[우주의 속삭임(70)] 달 내부에 녹은 암석층 존재 가능성…중력 측정 분석 결과 뒷받침
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[퓨처 Eyes(53)] 세계 최초, 나노 크기 물방울 생성 실시간 포착
- 수소와 산소를 결합하는 과정을 통해 나노크기의 물방울 생성 장면이 처음으로 포착됐다. 미국 노스웨스턴 대학교 연구팀이 은백색 금속인 팔라듐(Pd)을 이용해 수소와 산소를 결합, 나노 크기의 물방울을 실시간으로 생성하는 과정을 세계 최초로 관찰하고 촬영하는 데 성공했다. 이 연구는 심우주 탐사에서 물을 생산하는 혁신적인 기술로 활용될 가능성을 제시하며 주목받고 있다. PHYS.org, IFL사이언스, 사이언스 얼러트 등 다수 외신이 이 같은 내용을 중점적으로 다루었다. 팔라듐 반응으로 나노 물방울 생성 물(H₂O)의 성분은 간단하다. 수소 원자 2개와 산소 원자 1개를 섞으면 지구 생명체 유지에 가장 중한 물 분자가 만들어진다. 연구팀은 팔라듐 반응을 직접 관찰하기 위해 20나노미터(1나노미터는 10억분의 1미터) 너비의 팔라듐 조각 표면에 수소와 산소 원자를 추가하고 멤브레인을 사용해 이어지는 상호작용을 포착했다. 팔라듐은 수소를 흡수하고 저장하는 능력이 뛰어난 금속으로, 수소가 팔라듐 구조 내부로 들어가 산소와 빠르게 결합하면서 물을 생성한다. 이번 연구에서는 벌집 모양의 나노 반응기와 초박막 유리 멤브레인을 사용해, 팔라듐 표면에서 수소와 산소가 결합해 물방울을 형성하는 과정을 실시간으로 시각화했다. 연구팀은 고진공 투과 전자 현미경을 이용해 이 극미세 반응을 관찰했다. 벌집 모양의 나노 반응기는 기체 분자를 가두어 서로 반응하게 한 후, 그 과정을 초박막 멤브레인을 통해 실시간으로 관찰할 수 있는 기술을 구현했다. 이를 통해 연구팀은 팔라듐이 수소와 산소를 빠르게 물로 변환하는 나노 단위의 과정을 확인했다. 전자 에너지 분광법을 통한 분석 연구팀은 팔라듐 표면에서 생성된 나노 크기의 물방울을 전자 에너지 분광법(EELS)을 사용해 분석했다. 이 방법은 전자를 시료에 쏘아 전자의 에너지 손실을 측정함으로써 시료의 화학적 결합 상태를 파악하는 기술이다. 이를 통해 연구팀은 팔라듐 표면에서 발생하는 물 분자의 결합 상태와 생성 과정을 정밀하게 관찰할 수 있었다. 이는 또한 인도의 달 탐사선 찬드라얀 1호가 달에서 물의 존재를 확인하는데 사용된 것과 동일한 기술이기도 하다. 2008년 발사된 찬드라얀 1호는 얼름, 헬륨-3을 포함한 달의 자원을 조사했다. 물은 인류 생존에 중요한 요소로 과학자들은 달의 남극에서 상당한 양의 물을 발견했으며, 미래의 우주 임무에서 달의 물을 활용하는 점에 주목하고 있다. 게다가 지난 2023년 8월 23일 찬드라얀 3호가 달에서 물이 풍부한 지역으로 알려진 남극 지역에 세계 최초로 착륙해 달 탐사의 새로운 이정표를 세웠다. 우주에서 물 생성 응용 가능성 이번 연구는 심우주 탐사에서 물을 현지에서 생산할 수 있는 가능성을 열었다. 팔라듐을 이용해 수소를 미리 우주선에 저장해두면, 우주 비행사들은 산소만 추가해 식수를 생산할 수 있는 방법을 제시한 것이다. 이는 달, 화성,목성 탐사와 같은 장기 우주 미션에서 중요한 자원 확보 방식으로 활용될 수 있다. 연구의 시니어 저자인 노스웨스턴 대학교 비나약 드라비드 교수는 "나노 규모의 물방울을 직접 시각화함으로써, 극한의 반응 조건 없이도 가스와 금속 촉매를 사용해 빠르게 물을 생성할 수 있는 최적의 조건을 파악할 수 있었다"고 밝혔다. 그는 "이 기술은 우주 환경뿐만 아니라, 수소 연료 전지와 같은 에너지 생산 기술에도 중요한 영향을 미칠 것"이라고 덧붙였다. 팔라듐의 촉매 역할과 수소 에너지 팔라듐은 연성과 전성이 뛰어나 가공하기 쉽고, 내부식성이 강하며 고온에서도 안정적이다. 특히 촉매 활성이 뛰어나 다양한 화학 반응에 활용되며, 수소를 흡수하는 능력 덕분에 최근 수소 에너지와 연료 전지 분야에서 그 중요성이 더욱 커지고 있다. 이번 연구는 팔라듐이 수소와 산소를 결합해 물을 생성하는 속도가 수소와 산소의 주입 순서에 따라 크게 달라진다는 사실을 밝혀냈다. 이는 우주 공간과 같은 특수 환경에서 물을 효율적으로 생산하는 기술 개발에 기여할 것으로 기대된다. 영화 '마션'의 현실화 연구팀은 영화 '마션'에서 주인공 마크 와트니(맷 데이먼 분)가 화성에서 로켓 연료를 태워 수소를 추출하고 산소와 결합해 물을 만든 장면을 언급하며, "우리 기술도 극한 환경 없이 팔라듐과 기체만으로 물을 생성할 수 있다"고 설명했다. 이는 우주 탐사에서 더 간단하고 효율적인 물 생산 방법을 제시한 것이다. 이 연구 결과는 미국 국립과학원회보(PNAS)에 게재되었으며, 향후 우주 탐사 및 수소 에너지 분야에서 중요한 응용 가능성을 제시하고 있다.
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- 포커스온
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[퓨처 Eyes(53)] 세계 최초, 나노 크기 물방울 생성 실시간 포착
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[우주의 속삭임(69)] 화성, 왜 생명체가 살 수 없게 됐나?
- 현재 화성의 게일 분화구를 탐사하고 있는 나사(NASA)의 탐사선 큐리오시티가 초기 화성의 기후가 생명체가 살기에 적합했던 상황(표면에 광범위한 물이 있다는 증거)에서 어떻게 생명체가 살기에 부적합한 곳으로 바뀌었는지에 대한 새로운 세부 정보를 제공하고 있다고 나사가 홈페이지를 통해 밝혔다. 화성 표면은 매우 차갑고 오늘날 생명체가 살기에는 부적합하지만, 전문가들은 나사의 화성 탐사선은 먼 과거에 화성에 생명체가 살았을 수 있는지에 대한 단서를 찾고 있다. 그런 가운데 연구진이 큐리오시티에 탑재된 장비를 이용해 게일 분화구에서 발견된 탄소가 풍부한 광물(탄산염)의 동위원소 구성을 측정했고, 화성의 고대 기후가 어떻게 변화했는지에 대한 새로운 정보를 찾아냈다. 메릴랜드주에 소재한 나사 고다드 우주비행센터의 데이비드 버트 박사는 최근 미국 국립과학원회보에 발표된 연구 논문에서 "이 탄산염의 동위원소 값은 극심한 양의 증발이 있었음을 알려주며, 탄산염은 일시적인 액체 상태의 물만을 지탱할 수 있는 기후에서 형성되었을 가능성이 높다“라고 말했다. 그는 "채취한 탄산염 샘플은 화성 표면에서 생명체가 살았던 고대 환경(생물권)과 일치하지는 않지만, 탄산염이 형성되기 전 생물권이 있었을 가능성을 배제하지는 않는다"고 덧붙였다. 즉, 화성은 탄산염이 생성되기 전 물이 풍부했을 때에는 생물권이 있었을 가능성이 있지만, 갑작스러운 액체 상태 물의 대규모 증발로 인해 물이 마르고 그 과정에서 탄소가 풍부한 탄산염이 만들어졌을 가능성이 있다는 것이다. 동위원소는 원자 번호는 같지만, 질량이 다른 원자를 말한다. 물이 급속도로 증발함에 따라 가벼운 탄소와 산소는 대기 중으로 빠져나가고, 무거운 탄소 원자는 남아 더 많은 양이 축적되어 결국 탄산염 암석과 결합됐다. 과학자들이 탄산염에 관심을 갖는 이유는 기후에 대한 기록, 즉 증거로 작용할 수 있기 때문이다. 이러한 광물은 물의 온도와 산성도, 물과 대기의 구성을 포함, 광물이 형성된 당시 환경의 특징을 그대로 보존한다. 이 논문은 게일 분화구에서 발견된 탄산염에 대한 두 가지 형성 가능성을 제안하고 있다. 첫 번째는 탄산염이 게일 분화구 내에서 일련의 습윤-건조 순환을 통해 만들어졌다는 것이다. 두 번째는 탄산염이 게일 분화구에서 극저온 조건 아래 매우 염분이 많은 물에서 형성됐을 것이라는 가능성이다. 공동 연구자인 나사의 제니퍼 스턴 박사는 "이러한 형성 메커니즘은 서로 다른 생명체 거주 가능성 시나리오를 제시하는 두 가지 다른 기후 체제를 보인다"며 "첫 번째 시나리오인 습윤-건조 순환은 더 살기 좋은 환경과 덜 좋은 환경 사이의 교차를 나타낸다. 반면, 두 번째 시나리오에서 화성 중위도의 극저온 기온은 대부분의 물이 얼어 있고 염분이 많아 거주 가능성이 낮은 환경을 보인다"고 말했다. 첫 번째 시나리오에서 생명체의 거주 가능성이 높음을 시사한다. 고대 화성에 대한 이 같은 기후 시나리오는 특정 광물의 존재, 대규모의 모델링 및 암석층 형성의 식별을 기반으로 제안됐다. 이 결과는 시나리오를 뒷받침하는 암석 샘플의 동위원소 증거를 추가한 최초의 결과다. 화성 탄산염의 중금속 동위원소 값은 지구의 탄산염 광물보다 매우 높으며, 화성 광물에서 기록된 가장 무거운 탄소 및 산소 동위원소 값이다. 연구진에 따르면 습윤-건조 또는 차갑고 염분이 많은 두 가지 기후 시나리오는 모두 중금속 탄소와 산소가 풍부한 탄산염을 형성하는 데 필요하다. 이 발견은 큐리오시티 탐사선에 실린 화성 샘플분석(SAM) 및 레이저분광기(TLS) 장비를 사용해 이루어졌다. SAM은 샘플을 섭씨 900도까지 가열한 다음 TLS를 사용해 가열 단계에서 생성되는 가스를 분석한다. 한편, 이 작업에 대한 자금 지원은 나사의 화성 탐사 프로그램을 통해 지원됐다.
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- IT/바이오
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[우주의 속삭임(69)] 화성, 왜 생명체가 살 수 없게 됐나?
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[신소재 신기술(118)] 충격파를 눈으로 볼 수 있는 획기적인 고분자 기술
- 초음속 항공기에서 나는 소닉 붐과 유사한 충격파를 눈으로 볼 수 있는 획기적인 기술이 미국에서 개발됐다. 사진=픽사베이 파동의 한 종류인 충격파를 눈으로 볼 수 있는 획기적인 기술이 개발됐다. 미국 국립표준기술연구소(NIST), 서던 미시시피 대학교, 애리조나 주립대학교, 렌슬러 폴리테크닉 연구소, 그리고 미국 육군 공병대의 연구진들이 고속 충격 시 발생하는 충격파를 시각화할 수 있는 혁신적인 고분자(폴리머·Polymer) 소재를 개발했다고 NIST가 7일(현지시간) 발표했다. 이 획기적인 기술은 뇌 손상 연구, 첨단 제조, 우주 탐사 등 다양한 분야에서 소재가 에너지를 흡수하고 극한 환경에 반응하는 방식에 대한 이해를 혁신적으로 증진시킬 것으로 기대된다. 학술지 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)에 게재된 이 연구는 기계적 힘을 받으면 빛을 내는 분자 메카노포어(mechanophore)를 포함하는 고분자가 고속 발사체 충돌에 대한 반응을 시각적으로 기록하는 방법을 보여준다. 특히 이 메카노포어는 이전에는 접근이 불가능했던 소재 내부의 변형을 포착하는 데 성공했다. 연구진은 분자 수준의 반응과 첨단 이미징 기술을 결합해 초음속 항공기의 소닉붐과 유사하게 재료 내에서 음속보다 빠르게 이동하는 음향파인 마하 콘(Mach cone)의 형성을 시각화할 수 있었다. NIST 재료 과학 및 공학 부서의 연구원인 폴레트 센텔라스(Polette Centellas)는 "이 고분자는 충격중에 에너지가 재료를 통해 어떻게 이동하는지 '볼 수 있게' 해준다"며 "이는 우주선 차폐에서부터 첨단 보호 장비에 이르기까지 극한 조건을 더 잘 견딜 수 있는 재료를 설계할 수 있는 새로운 가능성을 열어준다"고 말했다. 이 연구는 고분자에서 이전에 충분히 탐구되지 않았던 에너지 소산 메커니즘인 충격파 감쇠를 밝혀냈다. 전통적으로 재료의 에너지 흡수는 주로 재료가 구부러지거나 파손되는 소성 변형을 통해 발생한다고 여겨졌다. 그러나 이 연구는 고속 충격에서 충격파가 에너지 소산에 중요한 역할을 한다는 것을 보여준다. 이번 발견은 고속 충격 관리가 중요한 국방에서 의료에 이르기까지 다양한 산업 분야에서 내수성이 더욱 뛰어나고 강한 소재를 개발하는 데 혁신을 가져올 것으로 기대된다.
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- IT/바이오
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[신소재 신기술(118)] 충격파를 눈으로 볼 수 있는 획기적인 고분자 기술
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[우주의 속삭임(68)] 샤플리 초은하단 발견으로 우리가 속한 우주 경계 확장
- 하와이 대학교의 연구진이 라니아케아(Laniākea) 초은하단의 일부인 우리 은하가 실제로는 더 거대한 샤플리 중심 구역(Shapley concentration)을 중심으로 하는 훨씬 더 큰 초은하단 안에 존재할 수 있다고 밝혔다. 사이테크데일리에 따르면, 5만 6000개의 은하에 대한 연구를 통해 규명된 하와이 대학교 천문학연구소가 이끈 국제 연구진의 발견은 우리가 속해 있는 우주의 이웃이 종래 추정됐던 것보다 10배 더 샤플리 초은하단으로 확장될 수 있음을 시사하며, 우주 구조에 대한 기존의 모델 이론에도 이의를 제기하는 것이다. 10년 전, 천문학계는 우리 은하계가 5억 광년에 걸쳐 펼쳐진 라니아케아라는 거대한 초은하단의 분지에 위치하고 있다고 결론지었다. 그러나 새로운 데이터는 이 결론이 피상적일 수 있다는 의문을 제기했다. 연구진 분석에 따르면, 우리가 샤플리 집중 지역을 중심으로 하는, 10배 더 큰 부피를 가진 훨씬 더 거대한 구조의 일부일 가능성이 60%에 달한다. 이 영역은 엄청난 양의 질량과 중력으로 가득 차 있다. 이 발견은 최근 네이처 천문학(Nature Astronomy)에 게재됐다. 연구진의 브렌트 툴리 박사는 "우주는 거대한 거미줄과 같으며, 중력에 의해 서로 끌어당기는 노드에 모여 있다"면서 "물이 유역 내에서 흐르는 것처럼 은하도 우주의 인력 분지 안에서 흐른다. 이러한 더 큰 분지의 발견은 우주 구조에 대한 우리의 이해를 근본적으로 바꿀 수 있다"고 설명했다. 우주의 기원은 130억 년 전으로 거슬러 올라간다. 그때 밀도의 미세한 차이가 우주를 형성하기 시작했으며, 중력의 영향으로 오늘날 우리가 보는 거대한 구조로 성장했다. 그러나 우리 은하가 하와이어로 광대한 천국을 의미하는 라니아케아보다 훨씬 더 큰 인력 분지(Basin of Attention)의 일부라면, 이는 우주 구조의 초기는 현재의 모델을 훨씬 넘어서 성장했음을 시사한다. 천문학연구소의 에산 쿠르키는 "이 발견은 도전해야 할 과제를 제시한다. 우리의 우주 탐사는 아직 이 거대한 분지의 전체를 그리기에 충분하지 않을 수 있다"고 말했다. 거대한 시각으로 관찰하고 있지만, 이 시각조차도 우리 우주의 전체를 포착하기에 충분히 크지 않을 수 있다는 것이다. 연구진은 이러한 대규모 구조가 은하의 운동에 미치는 영향을 조사하고 평가한다. 이러한 두 구조 사이에 있는 은하계는 주변의 거대한 구조로부터 나오는 중력의 균형이 은하계의 운동을 결정하는 중력의 줄다리기에 휘말리게 된다. 연구진은 우리의 우주 전체에 걸쳐 은하계의 속도를 매핑함으로써, 각 초은하단이 지배하는 우주 영역을 정의할 수 있다고 밝혔다. 연구진은 우주가 우리가 상상했던 것보다 훨씬 더 광대하고 상호 연결된 시스템의 일부일 가능성에 무게를 두고 우주의 가장 큰 구조를 매핑하는 조사를 이어나갈 계획이다.
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[우주의 속삭임(68)] 샤플리 초은하단 발견으로 우리가 속한 우주 경계 확장
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[기후의 역습(68)] 스위스·이탈리아, 알프스 빙하 녹아내려 국경 재편
- 스위스와 이탈리아가 기후 변화로 인해 빙하가 녹아 알프스산맥의 일부 국경을 다시 그어 재편했다고 BBC가 전했다. 국경을 다시 그린 지역의 하나는 유럽에서 가장 높은 산 중 하나인 마테호른(Matterhorn) 아래이며, 이곳에는 인기 스키 리조트가 여럿 산재해 있다. 스위스-이탈리아 국경의 많은 부분은 빙하 능선이나 영구적으로 눈이 쌓여 있는 지역에 걸쳐 있는데, 최근 빙하가 급속히 녹아내리면서 자연적으로 만들어진 국경까지 이동하고 있는 것. 이 때문에 두 나라는 모두 국경을 바로잡기 위해 노력하고 있다. 변경된 국경 안에 대해 스위스는 이를 공식적으로 승인했다. 그러나 이탈리아는 아직 변경안을 승인하지 않았다. 변경된 국경은 2023년 5월 스위스-이탈리아 공동 위원회가 합의한 초안에 따른 것이다. 지난해 9월 발표된 통계에 따르면 스위스의 빙하는 2023년 전체 체적(부피)의 4%를 상실했다. 이는 2022년의 6%의 최고 기록에 이은 두 번째로 큰 빙하 손실이었다. 스위스 빙하 모니터링 네트워크(Glamos)는 매년 연례 보고서를 발표하는데, 보고서는 기록적인 손실이 연속적으로 매우 더웠던 여름과 2022년 겨울의 매우 적은 강설량 때문이라고 밝혔다. 연구진은 이런 날씨 패턴이 계속된다면 해빙이 더 가속화될 것이라고 우려했다. 스위스는 변경된 국경선을 승인하면서 이것이 양국의 경제적 이익에 따라 작성되었다고 밝혔다. 국경을 명확히 결정하면 양국이 특정 자연 지역을 유지 관리하는 책임을 담당하게 된다. 책임소재와 권리가 분명해지는 것이다. 스위스-이탈리아 국경은 로사 고원(Plateau Rosa), 카렐(Carrel) 피난처, 고바 디 롤린(Gobba di Rollin) 지역에서 변경된다. 이 지역은 모두 마테호른과 체르마트(Zermatt)를 포함한 인기 스키 리조트 근처에 있다. 이탈리아가 공식 서명하게 되면 새로운 국경이 발효된다. Glamos는 지난해 스위스 빙하가 너무 빨리 줄어들고 있어 지구 온난화 수준이 파리 기후 협정에 따른 섭씨 1.5도 목표 범위 내에서 유지되더라도 빙하 보존은 불가능할 것이라고 경고했다. 전문가들은 전 세계적인 동참과 공격적인 온실가스 감축 조치가 없으면 더 큰 빙하가 한 세대 안에 사라질 수 있다고 우려한다. 최근 몇 년 동안 스위스 빙하가 녹으면서 여러 발견도 있었다. 지난해 7월, 마테호른 근처에서 발견된 유해는 1986년 실종된 독일 등반가로 확인됐다. 체르마트 위의 테오둘 빙하를 건너던 등반가들은 얼음에서 하이킹 부츠와 크램폰을 발견했다. 2022년에는 지난 1968년에 추락한 비행기의 잔해가 알레치 빙하에서 나왔다. 실종된 영국 등반가 조나단 콘빌의 시신은 2014년 마테호른의 산악 보호구역에 물품을 배달하던 헬리콥터 조종사에 의해 발견됐다.
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- 경제
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[기후의 역습(68)] 스위스·이탈리아, 알프스 빙하 녹아내려 국경 재편
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미국 유방암 발병률 증가세 지속, 사망률은 감소 추세
- 미국에서 50세 미만의 젊은 여성들 사이에 유방암 발병률이 증가하고 있는 것으로 나타났다. 미국암협회(ACS)가 최근 발표한 2024년 유방암 통계에 따르면, 2012년부터 2021년까지 여성 유방암 발병률은 매년 1%씩 증가하는 추세다. 특히 50세 미만 젊은 백인 여성의 발병률 증가가 두드러지게 나타났다. 유방암 사망률은 꾸준히 감소하고 있지만, 흑인 여성의 사망률이 백인 여성보다 높아 인종 간 격차 해소가 시급한 과제로 지적됐다. 연구 결과는 미국암학회에서 발간하는 학술지 암 저널(CA: A Cancer Journal for Clinicians)에 게재됐다. 젊은층 발병률 증가, 아시아계 여성도 위험 50세 미만 여성의 유방암 발병률은 연평균 1.4% 증가하며, 50세 이상 여성(0.7%)보다 가파른 증가세를 보였다. 아시아계 미국인 및 태평양 섬 주민 여성(AAPI)의 발병률 증가폭도 컸다. 50세 미만 AAPI 여성의 경우 연평균 2.5% 증가하며, 2021년 백인 여성과 함께 가장 높은 유방암 발병률을 기록했다. 사망률은 감소 추세⋯인종 간 격차 심각 1989년 최고치를 기록한 이후 유방암 사망률은 지속적으로 감소해 2022년까지 44%나 줄었다. 하지만 흑인 여성은 백인 여성보다 유방암 발병률은 5% 낮지만, 사망률은 38% 높았다. 이는 흑인 여성의 조기 진단율이 낮고, 진행된 단계에서 암이 발견되는 경우가 많기 때문이다. 아메리카 인디언 및 알래스카 원주민 여성(AIAN)의 유방암 사망률 또한 지난 30년 동안 감소 추세를 보이지 않았다. ACS의 최고 과학책임자인 윌리엄 다후트 박사는 "여성이 유방암으로 사망할 가능성이 훨씬 낮다"고 지적했지만 특히 아시아계 미국인, 태평양 섬주민, 아미리카 원주민 및 흑인 여성의 경우 놀라운 격차가 여전히 존재한다고 말했다. 다후트 박사는 보도자료에서 "이러한 격차는 모든 여성이 고품질 검진과 치룔르 받을 수 있도록 체계적인 노력을 통해 바로 잡아야 한다"고 밝혔다. 미국암협회, 유방암 연구 및 취약 계층 지원에 힘써 미국암협회는 유방암 치료제 개발, 흑인 여성 대상 유방암 연구, 저소득층 여성을 위한 유방암 검진 프로그램 지원 등 유방암 발병률 감소 및 인종 간 격차 해소를 위해 노력하고 있다. 미국암협회는 올해 약 31만720명의 여성이 침습성 유방암 진단을 받고, 그 중 약 4만2250명이 사망할 것으로 예상했다. 유방암 치료법 발전과 조기 진단으로 사망률은 감소하고 있지만, 여전히 유방암 발병률은 증가하고 있다. 전문가들은 젊은 여성들에게서 유방암 방병률이 증가하는 이유는 매우 복잡하며 아직도 연구중이라며 유방암 예방을 위해 정기적인 검진과 건강한 생활 습관 유지가 중요하다고 강조했다.
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미국 유방암 발병률 증가세 지속, 사망률은 감소 추세
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[우주의 속삭임(67)] NASA, 명왕성의 최대 위성 카론에서 이산화탄소 감지
- 태양에서 57억km 떨어진 태양계의 외곽에는 왜소행성인 명왕성이 있다. 호주보다 작은 명왕성은 평균 기온이 섭씨 영하 232도로, 산과 빙하, 분화구로 이루어진 얼음 세계이다. 왜소행성 또는 왜행성은 태양을 공전하는 태양계 내 천체의 일종으로 행성 조건은 충족하지 못하지만 소행성보다는 행성에 가까운 중간적 천체이다. 명왕성 주위에는 스틱스, 닉스, 케르베로스, 히드라, 카론 등 다섯 개의 위성이 돌고 있으며, 이중 카론이 가장 크다. 다른 대부분의 행성계와 달리 카론은 모체인 명왕성와 함께 '쌍성계'로 존재한다. 이는 두 행성이 모두 둘 사이의 공간 한 지점을 공전하는 것을 의미한다. 명왕성과 위성을 둘러싼 수수께끼는 여전히 많다. 그런 가운데 미국 사우스웨스트 연구소의 천문학자 실비아 프로토파파가 이끄는 연구팀이 카론 표면에서 이산화탄소와 과산화수소를 발견했다고 더컨버세이션이 전했다. 연구 결과는 네이처 커뮤니케이션즈에 발표됐다. 나사(NASA)의 제임스 웹 우주 망원경이 포착한 데이터에 기반한 이 발견은 비행성 또는 행성계가 어떻게 형성되었는지에 대한 중요한 단서를 제공한다. ◆ 명왕성 최대 위성 카론 과학자들은 1978년 명왕성의 궤도를 연구하던 중 처음으로 카론을 발견했다. 카론은 명왕성의 작은 쌍둥이와 비슷하다. 명왕성의 약 절반 크기로, 폭이 1200km가 조금 넘는다. 따라서 태양계에서 모체(명왕성)와 비교해 (상대적으로) 가장 큰 것으로 알려진 위성이다. 명왕성 자체는 지구의 달보다 작다. 명왕성의 크기는 달의 약 3분의 2이고 질량은 6분의 1이다. 카론의 질량은 명왕성의 약 8분의 1이다. 카론과 명왕성은 특이한 궤도를 가지고 있다. 카론이 명왕성 주위를 도는(공전) 동안 명왕성도 중심점을 공전한다. 즉 한 지점을 중심으로 카론과 명왕성이 같이 도는 것이다. 그들은 거의 이중 왜성처럼 움직인다. 이는 달과 지구와는 관계와는 다르다. 달은 지구를 중심으로 돌고, 지구는 위치를 바꾸지 않고 태양을 중심으로만 공전한다. 이것이 명왕성이 행성으로 인정받지 않고 왜소행성으로 분류되는 이유 중 하나다. ◆ 카론의 구성 2015년, 나사의 뉴 호라이즌스는 발사된 지 9년이 지난 후 명왕성과 그 위성을 근접 탐사했다. 탐사 결과는 최대 위성 카론이 다양한 화학 물질로 구성되어 있음을 보여주었다. 카론은 얼음이 풍부한 매우 차가운 위성이다. 여기에는 암모니아와 다양한 탄소 기반 화합물도 포함되어 있다. 카론에는 지구의 화산처럼 마그마를 쏟아내는 대신 얼음이 분출되는 극저온 빙화산(cryovolcano)이 있는 것으로 여겨진다. 명왕성의 구성과는 다르다. 카론에서 이산화탄소와 과산화수소를 새로 발견한 것은 인접 해왕성 너머 천체에서 다양한 프로세스가 어떻게 상호 작용하는지에 대한 다양한 정보와 지식을 얻고 미래 가능성도 예상할 수 있다. 그중 이산화탄소는 우리가 이해해야 할 핵심 분자다. 천체의 역사에 대해 많은 것을 알려주기 때문이다. 카론의 경우 이산화탄소는 얼음 표면 아래에서 발생하며, 소행성 및 기타 물체가 카론과 충돌해 분화구를 만들면서 새로운 지하 표면을 노출시키는 것으로 알려져 있다. ◆ 제임스 웹 우주 망원경을 이용한 큰 발견 천문학자들은 제임스 웹 우주 망원경을 이용한 관측을 통해 카론에서 이산화탄소를 감지했다. 2021년에 작동을 시작한 이 우주 망원경은 폭 6.5m의 대형 거울을 장착해 매우 강력하고 민감하다. 제임스 웹은 사람의 눈이나 지구상에 설치된 대부분의 망원경이 감지할 수 없는 빛의 색상인 적외선을 볼 수 있다. 적외선은 행성에서 별, 은하계 등 다른 천체에 존재하는 다양한 분자를 찾는 데 중요한 빛이다. 이런 화합물을 찾기 위해 망원경은 분광법이라는 기술을 사용한다. 빛은 프리즘을 통과할 경우 무지개같이 나뉘는 것처럼, 빛의 파장에 따라 여러 색상으로 분해된다. 합물의 각 원소나 분자 역시 고유한 색상 특징을 가지고 있다. 분광법을 통해 그 색상을 찾아내고 원소의 종류를 판별한다. 분광법을 이용한 새로운 관찰을 통해 카론에서 지금까지 알려진 것과 달리 물, 얼음과 함께 이산화탄소와 과산화수소의 특징이 나타난 것이다. ◆ 고대 수수께끼에 대한 중요한 단서 카론의 형성은 과학계에서는 미스터리다. 가장 유력한 이론 중 하나는 달과 비슷한 방식으로 형성되었다는 것이다. 이 이론에 따르면 약 45억 년 전, 명왕성과 카론이 위치한 카이퍼 벨트에서 큰 물체가 명왕성과 충돌했고, 명왕성의 일부가 떨어져 나가 카론이 형성되었다. 또 명왕성과 충돌한 물체가 카론이었으며, 이들이 서로를 공전하는 궤도에 묶였을 가능성도 있다. 카론의 화학적 구성을 이해하면 카론이 어떻게 형성되었는지에 대한 이해를 높일 수 있다. 그런 의미에서 카론에서 이산화탄소와 과산화수소의 발견은 중요한 진전이다. 카론뿐만 아니라 명왕성 근처의 다른 천체에 대한 단서를 제공할 수도 있다. 카론에 대한 더욱 풍부한 정보들이 태양계의 먼 부분에 대한 이해를 높이는 데 도움이 될 것이라는 기대다.
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[우주의 속삭임(67)] NASA, 명왕성의 최대 위성 카론에서 이산화탄소 감지
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하수구 박테리아, 플라스틱 분해해 '먹이'로 활용⋯플라스틱 오염 해결 가능성 제시
- 하수구에서 서식하는 박테리아가 플라스틱을 분해하는 것으로 밝혀져 플라스틱 오염 해결 가능성을 제시했다. 미국 노스웨스턴 대학 연구팀이 코마모나스(Comamonas) 박테리아가 플라스틱을 분해하여 영양분으로 활용하는 메커니즘을 밝혀냈다고 PHYS.org가 3일(현지시간) 보도했다. 이 연구 결과는 환경 과학 분야 저명 학술지 '환경 과학 및 기술(Environmental Science & Technology)'에 게재됐다. 연구팀은 하수구에서 흔히 발견되는 코마모나스 박테리아가 플라스틱을 작은 조각(나노플라스틱)으로 분해한 다음, 특수 효소를 분비하여 플라스틱을 더 작은 단위로 분해하는 것을 확인했다. 박테리아는 이 과정에서 플라스틱에서 얻은 탄소 원자를 먹이로 사용한다. 코마모나스는 그람 음성균으로, 극성 편모를 이용하여 운동하는 호기성 세균이다. 다양한 유기물을 분해할 수 있는 능력을 가지고 있어, 환경 정화에 중요한 역할을 한다. 연구를 이끈 루드밀라 아리스틸드 교수는 "이번 연구는 하수구 박테리아가 플라스틱을 분해하고, 이를 탄소원으로 사용하는 전체 과정을 체계적으로 보여준 첫 번째 사례"라며 "플라스틱 분해에 관여하는 핵심 효소를 파악했으며, 이를 활용하여 환경 오염을 일으키는 플라스틱을 제거하는 기술 개발에 기여할 수 있을 것"이라고 밝혔다. 플라스틱 오염 문제 해결 기대 플라스틱, 특히 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)는 자연 분해가 어려워 환경 오염의 주범으로 꼽힌다. PET는 전 세계 플라스틱 사용량의 12%를 차지하며, 하수구에 존재하는 미세 플라스틱의 최대 50%를 차지한다. 미세 플라스틱은 크기가 최대 5mm에 달하며, 나노 플라스틱은 그보다 더 작은 크기로 10억분의 1미터 단위로 측정한다. 이번 연구 결과는 코마모나스 박테리아를 이용하여 PET를 포함한 플라스틱 오염 문제를 해결하는 데 새로운 가능성을 제시한다. 미세 플라스틱 생성 과정 이해에 도움 연구팀은 코마모나스 박테리아가 플라스틱을 나노 크기의 입자로 분해하는 것을 확인하고, 이 과정에서 박테리아가 어떤 도구를 사용하는지 밝혀냈다. 아리스틸드 교수는 "이번 연구는 하수 처리 과정에서 미생물 활동으로 나노플라스틱이 생성될 수 있음을 보여준다"며 "하수구에서 강과 호수로 이어지는 플라스틱의 이동 경로를 이해하는 데 중요한 정보를 제공한다"고 강조했다. 연구팀은 이번 연구 결과를 바탕으로 플라스틱 분해 효소의 효율성을 높이는 연구를 진행할 계획이다. 또한, 코마모나스 박테리아를 이용한 플라스틱 오염 정화 기술 개발에도 박차를 가할 예정이다.
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하수구 박테리아, 플라스틱 분해해 '먹이'로 활용⋯플라스틱 오염 해결 가능성 제시
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