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2024-11-22 (금)

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[퓨처 Eyes(49)] 신개념 하이드로겔, 초기 관절염 치료 및 진행 억제 가능성 제시

중국 과학자들이 관절염 치료의 새로운 지평을 열 혁신적인 생체 재료 개발에 성공했다. 이번 연구는 퇴행성 관절염으로 고통받는 전 세계 수억 명 환자들에게 새로운 희망을 제시할 것으로 기대된다. 관절염은 뼈 사이의 완충 역할을 하는 연골이 점차 파괴되면서 발생하는 질환이다. 연골 손상은 윤활 감소와 마찰 증가를 초래하여 결국 관절에 돌이킬 수 없는 손상을 입힌다. 특히 성인의 연골은 자연적으로 치유되지 않아 치료가 어려운 난제로 꼽혀왔다. 관절염, 삶의 질 저하시키는 질환 세계보건기구(WHO)에 따르면, 전 세계 관절염 환자 수는 꾸준히 증가하여 1990년부터 2019년까지 113% 증가한 5억 2800만 명에 달한다. 인구 고령화와 현대인의 생활 방식 변화가 관절염 증가세를 부추기고 있다. 국내에서도 관절염 문제는 심각하다. 국민건강보험공단 통계에 따르면, 무릎 관절염 환자 수는 지난해 기준 4년간 6.7% 증가했다. 특히 60대 이상 노년층에서 무릎 관절염 발병률이 높게 나타났다. 무릎 관절염은 초기에는 간헐적인 통증으로 시작되지만, 방치할 경우 심각한 통증, 다리 변형, 보행 장애까지 이어질 수 있다. 손상된 연골, 정밀하게 치료한다 이번에 중국 연구팀이 개발한 기술은 '하이드로겔 마이크로스피어(HMS)'와 항체를 결합하여 연골 윤활을 회복시키는 획기적인 치료법이다. 홍콩 매체 사우스차이나 모닝 포스트(SCMP)에 따르면 상하이 고등 연구소와 창사 샹야 국립 병원 연구팀은 손상된 조직 복구에 널리 사용되는 '하이드로겔 마이크로스피어'를 활용하여 관절염 치료의 새로운 접근법을 제시했다. 이번 연구 결과는 첨단 소재 분야 학술지 '어드밴스트 머티리얼즈(Advanced Materials)'에 게재됐다. 이 혁신적인 마이크로스피어는 천연 단백질에서 추출한 젤라틴 메타크릴레이트와 합성 고분자인 폴리(설포베타인 메타크릴레이트)를 결합하여 만들어졌다. 이 두 물질의 조합은 세포 성장과 수분 공급에 이상적인 환경을 제공한다. 연구팀은 나아가 손상된 연골에 결합하고 마이크로스피어에 부착되는 표적 항체를 개발하여 치료 효과를 극대화했다. 이 새로운 치료법은 기존 생체 윤활제와 달리 염증 부위를 정확하게 표적하여 치료할 수 있다는 장점을 가진다. '하이드로겔 마이크로스피어'는 작고 균일한 구형의 하이드로겔 입자이다. 쉽게 말해, 아주 작은 크기의 물을 많이 머금을 수 있는 3차원 젤리 공을 떠올리면 된다. 크기는 일반적으로 마이크로미터(㎛) 단위로 매우 작다. 구조는 3차원 망상구조를 가진 친수성 또는 양친매성 고분자 사슬이 가교되어 형성된다. 쉽게 비유하자면, HMS는 작은 스펀지처럼 물을 흡수하여 촉촉함을 유지하고, 필요한 물질을 머금고 있다가 서서히 방출하는 역할을 한다. 이러한 특성 덕분에 약물 전달, 조직 공학, 세포 배양 등 의료 분야에서 다양하게 활용될 수 있는 잠재력을 가지고 있다. 쥐 실험 통해 초기 골관절염 치료 효과 입증 연구팀은 개발한 생체 물질을 쥐에게 주입하여 초기 골관절염 치료 효과를 검증했다. 그 결과, 이 치료법은 골관절염 증상을 완화하고 추가적인 관절 손상을 예방하는 데 효과적인 것으로 나타났다. 특히, 새로운 생체 재료는 표준 식염수 주입과 비교했을 때 마찰을 줄이고 관절 윤활을 개선하는 측면에서 기존 치료법보다 뛰어난 성능을 보였다. 보고에 따르면 마찰 계수는 표준 식염수 주입에 비해 '3분의 1' 이상 감소했다. 이번 연구는 특히 초기 단계 관절염 치료에 대한 유망한 접근 방식을 제시한다. 표적 윤활 제공과 추가적인 관절 손상 예방을 통해 관절염 치료의 새로운 패러다임을 열 것으로 기대된다. 연구팀은 "개발된 주입형 표적 윤활 HMS와 정밀 표적 윤활 HMS는 특히 초기 단계의 골관절염 진행을 늦추는 데 유망하고 편리한 기술"이라고 강조했다. 관절염 치료의 새 지평 열리나 앞서 미국 노스웨스턴대학교 연구팀은 손상된 무릎 연골을 재생하는 새로운 생체 활성 물질을 개발하고, 양을 이용한 실험에서 성공적인 결과를 얻었다. 이 새로운 생체 재료는 연골 성장 및 유지에 필수적인 단백질인 TGFb-1에 결합하는 생체 활성 펩타이드와 연골 및 관절의 윤활 활액에 존재하는 천연 다당류인 히알루론산으로 구성되어 있다. 노스웨스턴 연구팀은 새로운 생체 재료 물질을 동물 모델인 양의 손상된 무릎 연골에 적용한 결과, 6개월 이내에 새로운 연골이 생성되는 것을 확인했다. 새로 생성된 연골은 통증 없는 기계적 탄력성을 가능하게 하는 천연 생체 고분자인 콜라겐 II와 프로테오글리칸을 포함하고 있었다. 해당 연구 결과는 미국 국립과학원회보(PNAS)에 게재됐다. 관절은 일단 망가지면 자연적으로 재생되지 않아 그동안 치료의 한계가 있었다. 그러나 이처럼 연골을 재생시키기 위한 전 세계 과학자들의 노력이 합쳐지면 관절염 치료를 더욱 앞당길 수 있을 것으로 기대된다.
- 포커스온
2024-09-05
[우주의 속삭임(50)] 목성 위성 '가니메데' 고대 소행성 충돌로 자전축 이동

목성의 최대 위성인 가니메데가 과거 거대한 소행성 충돌로 자전축이 이동했다는 연구 결과가 나왔다. 목성은 태양계의 다섯번째이자 가장 큰 행성이다. 목성은 95개의 자연위성을 가지고 있으며 갈릴레이 위성으로 알려져 있는 이오, 유로파,가니메데, 칼리스토가 가장 큰 네 개의 위성이다. 최근 과학 학술지 '사이언티픽 리포츠(Scientific Reports)'에 게재된 연구에 따르면, 약 40억년 전 가니메데에 충돌한 소행성은 지구에서 공룡 멸종을 초래한 소행성보다 20배 이상 컸던 것으로 추정된다. 이 충돌로 인해 가니메데 표면에는 거대한 고랑 지형이 형성되었으며, 위성의 자전축까지 변화시켰다는 것이 연구팀의 설명이다. 해당 내용에 대해서는 영국 일간지 가디언을 비롯해 뉴스위크, 기즈모도 등 다수 외신이 조명했다. 일본 고베 대학의 히라타 나오유키 연구원은 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 가니메데 표면의 고랑 구조를 형성할 수 있는 소행성의 크기를 추정했다. 그 결과, 충돌 당시 생성된 임시 크레이터는 지름이 약 1400~1600km에 달했으며, 이는 가니메데의 자전축을 현재 위치로 이동시킬만큼 강력한 충돌이었음을 시사한다. 히라타 연구원은 "이 거대 충돌은 가니메데의 초기 진화에 상당한 영향을 미쳤을 것"이라며, "앞으로 얼음 위성의 내부 진화를 적용한 추가 연구가 필요하다"고 밝혔다. 한편, 유럽우주국(ESA)의 목성 얼음 위성 탐사선 '주스(JUICE)'가 2031년 목성계에 도착 후 2034년 가니메데를 6개월간 관측할 예정이다. 이를 통해 가니메데의 지질학적 역사는 물론, 생명체 존재 가능성에 대한 단서를 찾을 수 있을 것으로 기대된다. 가니메데와 유로파는 얼음 표면 아래 바다가 존재할 가능성이 제기되어 왔으며, 2021년에는 가니메데 대기에서 수증기가 발견되기도 했다. '주스' 미션은 이러한 얼음 위성들의 비밀을 밝히고, 태양계 내 생명체 존재 가능성을 탐색하는 중요한 역할을 수행 할 것이다.
- IT/바이오
2024-09-04
[우주의 속삭임(49)] 블랙홀과 암흑물질, 빅뱅 이전부터 존재했다?

블랙홀과 암흑물질의 비밀은 빅뱅 이전의 우주에 ‘비밀스러운 다른 모습’이 있었을 수 있다는 새로운 '바운싱' 우주론을 암시하고 있다는 새로운 연구가 발표돼 주목된다고 라이브사이언스가 전했다. 연구에서 제시하는 '바운싱'은 빅뱅 이전에 수축했다가 팽창으로 '튀어오르는 상황'을 의미한다. 우주론과 우주미립자 저널(Journal of Cosmology and Astroparticle Physics)에 최근 게재된 연구에 따르면 우주는 빅뱅 이전에 먼저 응축되는 기간을 겪었으며, 이로 인해 암흑물질의 수수께끼 같은 본질을 설명할 수 있는 블랙홀이 생성되었을 가능성이 있다. 연구에서 제시된 이론은 "우주는 초기 형성 단계에 먼저 수축해 극도로 밀도가 높은 상태에 도달한 후, 다음 단계에서 반등해 팽창, 즉 빅뱅 단계에 진입해 오늘날의 우주가 형성됐다"는 제안이다. 빅뱅 전에 수축이 먼저 일어났고, 이로 인해 밀도가 증가해 변동하면서 빅뱅 및 현재 관찰되는 가속 팽창으로 이어졌다는 것. 연구진은 수축의 정도를 오늘날보다 약 50배 작은 크기까지 응축되었다고 추정했다. 이는 우주가 빅뱅이라는 단일 사건에서 유래해 그 후부터 빠르게 팽창했다는 전통적인 우주론에 도전하는 것이다. 연구에 따르면 '수축 후 반등'은 블랙홀과 암흑물질에 대한 이해에 심오한 결과를 가져올 수 있다. 또 연구는 우주의 수축 단계에서 밀도 변동으로 인해 작은 블랙홀이 생겨났을 수 있다고 추정하고 있다. 이러한 원시 블랙홀은 반등을 견뎌내고 현재의 팽창 단계로 지속돼 우주 물질의 약 80%를 차지하는 암흑물질을 구성할 수 있다. 암흑물질은 여전히 수수께끼로 남아 있는 영역으로 빛을 반사, 흡수 또는 방출하지 않는다. 프랑스 국립 과학연구센터(CNRS)의 패트릭 피터 박사는 "작은 원시 블랙홀은 우주의 아주 초기 단계에서 생성될 수 있으며, 블랙홀이 극도로 작지 않다면 지금도 여전히 존재할 것이다. 이는 호킹(톡톡 튐) 복사로 인한 붕괴가 블랙홀을 제거하기에 충분치 않을 것이기 때문이다. 소행성 질량과 거의 비슷한 무게를 가진 블랙홀은 암흑물질 규명에 기여하거나 심지어 완전히 해결할 수도 있다"고 설명했다. 이 튀는 우주론 이론이 사실로 입증된다면, 특히 블랙홀과 암흑물질과 관련해 우주에 대한 이해에 혁명을 일으킬 수 있다. 원시 블랙홀의 존재는 빛과의 상호 작용이 부족해 과학자들이 오랫동안 이해하지 못했던 암흑물질의 본질에 대한 설득력 있는 정보를 제공할 수 있다. 한편, 천문학계는 '레이저 간섭계 우주 안테나(LISA)와 아인슈타인 망원경' 등 다가올 중력파 검출기가 이러한 원시 블랙홀이 생성되는 동안 방출된 중력파를 식별할 수 있는 기능을 갖추기를 희망하고 있다. 이 중력파가 감지된다면 이런 블랙홀이 암흑물질을 구성한다는 가설을 뒷받침하는 중요한 증거가 될 수 있다.
- IT/바이오
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.
- IT/바이오
2024-09-02
[우주의 속삭임(47)] 제임스 웹 망원경, 별처럼 탄생한 떠돌이 행성 6개 발견

천문학자들이 제임스 웹 우주 망원경(JWST)을 사용해 별을 공전하지 않고 자유롭게 떠다니는 특이한 우주 천체인 자유 부유 행성을 발견했다. 제임스웹은 지구에서 960광년 거리의 페르세우스 분자 구름에서 홀로 떠도는 6개의 자유 부유 행성을 발견했다고 CNN과, 스페이스닷컴, 라이브사이언스 등 다수 외신이 전했다. 천문학자들은 제임스웹을 통해 별 형성 성운, 즉 가스와 먼지구름인 NGC1333을 들여다 보았다. 이 행성들은 목성 질량의 5~10배에 이르며 항성 주위를 공전하지 않고 성간 가스에서 직접 응축되어 별처럼 형성된 것으로 추정된다. 특히 이 중 하나는 가스와 먼지 원반으로 둘러싸여 있어 위성 또는 '미니 행성'을 형성 중일 가능성도 제기됐다. 일반적으로 별은 가스와 먼지 구름에서 형성된다. 그런 다음 별의 형성에서 남은 물질이 행성의 형성으로 이어진다. 하지만 항성체도 행성과 비슷하게 형성될 수 있다고 연구 저자들은 지적했다. 제임스웹이 자유 부유 행성을 발견한 것은 이번이 처음은 아니다. 지난 2023년에는 오리온 성운에서 목성 질량 이진 천체 또는 점보(JUMBO)라고 알려진 42쌍의 자유 부유 가스 거대 행성을 발견하기도 했다. 이러한 천체는 많은 질량이 가스 행성 및 갈색 왜성과 겹치기 때문에 행성과 별의 경계가 모호하다. 이번에 발견된 6개의 천체는 지구에서 약 960광년 떨어진 북쪽 별자리 페르세우스 자리에 위치한 NGC 1333이라는 반사 성운 및 산개성단 복합체에서 발견됐다. 허블 우주 망원경은 이전에 성운의 이미지를 포착했지만 먼지로 인해 별 형성 과정을 볼 수 없었다. 제임스웹은 목성 질량보다 5배 작은 작은 떠돌이 행성도 감지할 수 있지만 NGC 1333에서는 그런 행성을 찾지 못했다. 이 사실은 자유롭게 떠다니는 행성의 형성 과정에 대한 중요한 정보를 제공한다. 성운 안에는 신생 별, 갈색 왜성(별이나 행성이 아닌 천체), 행성과 같은 질량을 가진 물체가 있었다. 태양계 행성 중에서 가장 큰 목성은 질량이 지구 질량의 약 318배에 해당하는 엄청나게 큰 크기다. 새로 발견된 천체 중 하나는 목성 5개, 즉 지구 1600개 정도의 질량을 가지고 있는 것으로 추정된다. 천체를 둘러싼 먼지가 많은 원반은 별과 비슷하게 형성되었을 가능성이 제기됐다. 두 가지 행성 형성 과정 태양계의 행성들은 원시 행성 원반에서 물질이 쌓여 점점 더 커지는 '상향식 과정'을 통해 탄생했다. 반면, 행성을 행성하는 다른 방식은 '하향식 과정'으로, 중력 하에서 별처럼 가스와 먼지 구름에서 직접 붕괴해 형성되는 것이다. 목성 질량의 약 1~5배 범위에서 자유롭게 떠다니는 행성이 발견되지 않았다는 것은 목성 질량 5개가 하향식 형성 과정의 하한선이라는 것을 강력하게 시사한다. 물론 행성계에서 방출된 후 지구 크기의 암석 행성들도 많이 존재할 수 있지만, 이들은 JWST로 감지하기에 너무 작을 가능성이 있다. 연구팀은 제임스웹을 이용해 인간의 눈에는 보이지 않는 적외선으로 성운을 자세히 연구했고, 희귀한 현상인 갈색 왜성과 행성 질량을 가진 동반 천체를 발견했다. 영국의 세인트 앤드류스 대학교의 천체물리학자이자 연구 공동 저자인 알렉스 숄츠는 성명을 통해 "거대 행성과 비슷한 질량을 가진 작은 물체는 스스로 행성을 형성할 수가 있다"고 밝혔다. 이번 발견에 참여한 존스 홉킨스 대학교의 천체 물리학자 레이 자야와르다나(Ray Jayawardhana)는 "우리의 관측은 자연이 적어도 두 가지 다른 방식으로 행성 질량 전체를 생성한다는 것을 확인시켜준다. 하나는 별이 생성되는 방식처럼 가스와 먼지 구름의 수축이고, 다른 하나는 우리 태양계의 목성처럼 어린 별 주위의 가스와 먼지 원반에서 생성되는 것이다"라고 설명했다. 연구원들은 다음 단계로 JWST를 이용해 천체를 추적하고. 대기와 구성을 연구해 천체의 형성에 관한 단서를 찾고 다른 우주 천체와 어떻게 다른 지 알아내는 것이라고 밝혔다. 이번 연구 결과는 '천문학 저널(The Astronomical Journal)'에 게재가 수락됐으며, 사전 인쇄 서버 arXiv에서 이용할 수 있다.
- IT/바이오
2024-08-30
[신소재 신기술(100)] 지천에 널린 해양 모래(실리카), 전기 응집으로 굳혀 해안 침식 막는다

저전력 전기로 모래의 주성분인 실리카를 응집해 굳혀 장기적으로 해양 해안선을 강화할 수 있으며, 기후 변화와 해수면 상승에 직면해 해안 침식 위협을 크게 줄일 수 있음이 미국 노스웨스턴 대학(Northwestern University) 연구팀의 체계적인 분석 결과 입증됐다고 대학이 홈페이지를 통해 밝혔다. 홈페이지 게시글에 따르면 연구팀은 이번 연구에서 꼬막, 백합, 홍합 등과 같은 조개류를 통해 이 기술 개발의 아이디어를 얻었다고 한다. 조개껍데기에 서식하는 해양 생물이 바닷물에 용해된 미네랄을 사용하여 조개껍질을 만드는 원리다. 연구팀은 이와 마찬가지로 이와 동일한 자연적으로 바닷물에 용해된 미네랄을 바닷가 젖은 모래의 실리카와 융합해 천연 시멘트를 형성했다. 조개와 다른 점은 단 하나다. 조개류는 신체의 대사 에너지를 사용해 껍질을 만들었지만, 천연 시멘트는 인위적인 전기 에너지를 사용해 화학 반응을 촉진했다. 테스트 결과 약한 전류는 바다 모래 속 실리카의 구조를 순식간에 변화시켜 모래를 바위와 같은 고체로 변형시켰다. 연구팀은 이 방법이 전 세계 해안선을 자연적인 방파제로 막아 강화할 수 있는 저렴하며 지속 가능한 솔루션을 제공할 수 있을 것으로 기대했다. 해안 지역에는 세계 인구의 40% 이상이 거주하며, 이들은 기후 변화와 해수면 상승으로 인한 침식으로 큰 위협을 받고 있다. 침식은 기반 시설의 붕괴와 토지 손실을 일으켜 세계적으로 연간 수십억 달러의 피해를 입힌다. 침식을 완화하기 위한 현재의 접근 방식으로는 방파제 등 구조물을 건설하거나 외부 바인더를 지하에 주입하는 것 등이 있다. 연구팀을 이끈 알레산드로 로타 로리아 박사는 "연구 목표는 보호 구조물을 건설할 필요가 없고 실제 시멘트를 사용하지 않고도 해양 물질을 시멘트처럼 만드는 방법을 개발하는 것이었다. 이번 연구에서 바닷가 모래에 약한 전기 자극을 가함으로써 바닷물에 자연적으로 용해된 미네랄을 고체 미네랄 바인더, 즉 천연 시멘트로 변환, 토양을 시멘트로 접합할 수 있음을 체계적이고 기계적으로 증명했다"고 말했다. 기후 변화는 해수면 상승을 일으키는 등 해안선을 침식하는 좋은 조건을 만들었다. 유럽연합 집행위원회(European Commission) 공동연구센터의 2020년 연구에 따르면 2100년까지 지구 해변의 거의 26%가 바다에 잠길 가능성이 높다. 침식을 막기 위해서는 대체로 두 가지 방법이 사용된다. 보호 구조물 및 장벽을 구축하거나 모래로 구성된 해양 토질을 강화하기 위해 땅에 시멘트를 주입하는 것이다. 그러나 여기에는 여러 가지 문제가 수반된다. 매우 비싸며 지속 가능하지 않다. 방파제는 시간이 지나면 벽 아래로 모래가 침식되고 벽이 무너진다. 이를 막기 위해 구조물을 큰 돌로 만들기도 하지만 이 경우 마일당 수백만 달러의 비용이 든다. 이 역시 돌 아래의 모래는 환경적 스트레스를 받아 결국 액화될 수 있다. 암석은 아래로 가라앉는다. 시멘트 등 바인더를 땅에 주입하는 것은 돌이킬 수 없는 환경적 단점을 갖고 있다. 이 또한 높은 압력과 상당한 양의 에너지를 필요로 한다. 이번 연구는 이를 한꺼번에 해결하는 솔루션이라는 평가를 받는다. 바닷물에는 자연적으로 무수한 이온과 용해된 미네랄이 포함되어 있다. 2~3볼트의 약한 전류가 물에 가해지면 화학 반응을 일으킨다. 이는 연체동물이 껍질을 만들 때 사용하는 것과 동일한 일부 미네랄을 고체 탄산칼슘으로 변환한다. 약간 더 높은 4볼트의 전압을 가하면 이들은 주로 수산화마그네슘, 다양한 석재에서 발견되는 유비쿼터스 광물인 하이드로마그네사이트로 전환될 수 있다. 이러한 미네랄이 모래가 있는 곳에서 합쳐지면 접착제처럼 작용해 모래 입자를 함께 묶는다. 연구팀은 이 공정을 일반적인 실리카 및 석회질 모래에서 화산 근처에서 흔히 발견되는 철 모래에 이르기까지 모든 유형의 모래에 적용했다. 결국 모래는 바위처럼 단단히 굳었다. 광물 자체는 콘크리트보다 훨씬 강했고, 그 결과로 생성된 자연적인 콘크리트는 방파제처럼 강하고 단단해지는 것을 확인했다. 로타 로리아는 처리된 모래가 내구성을 유지하여 수십 년 동안 해안선과 재산을 보호할 것이라고 예측했다. 로타 로리아는 또 이 공법은 해양 생물에 부정적인 영향을 미치지 않는다고 강조했다. 공정에 사용된 전압은 너무 약해서 느낄 수 없다. 다른 연구팀도 해저 구조물을 강화하거나 산호초를 복원하기 위해 유사한 과정을 사용했다고 지적했다. 모든 과정에서 바다 생물이 해를 입지 않았다. 더이상 자연 콘크리트가 필요하지 않을 경우, 역으로 이를 다시 되돌릴 수도 있다고 연구팀은 전했다. 배터리의 양극과 음극 전극만 반대로 전환시키면 전기가 미네랄을 용해시켜 다시 바다로 되돌린다는 것이다. 이 공법은 비용 면에서 특히 경쟁력이 뛰어나다. 입방미터당 투입 자본이 3~6달러에 불과하다는 추정이다. 바인더를 사용해 모래를 접착하고 강화하는 과거의 방법은 입방미터당 최대 70달러의 비용이 들었다. 이미 설치된 철근 콘크리트 방파제 파손 부분도 보완활 수 있다. 기존 해안 기반 시설의 대부분은 철근 콘크리트로 만들어져 있으며, 해수면 상승, 침식 및 극한 날씨 등으로 붕괴된다. 시설에 균열이 생길 경우 이번에 개발된 공법을 적용하면 시설을 재구축할 필요가 없어진다. 한 번의 전기 펄스로 파괴된 균열을 고칠 수 있다. 로타 로리아는 연구팀이 개발한 기술의 응용 분야는 셀 수 없이 많다면서 "방파제 아래의 해저를 강화하거나 모래 언덕을 안정화하고 불안정한 토양 경사를 유지할 수도 있다. 또한 보호 구조물, 해양 기초 및 기타 여러 가지 인프라를 강화하는 데 사용할 수 있다. 해안 지역을 보호하기 위해 이 기술을 적용할 수 있는 방법은 수없이 많다"고 강조했다.
- IT/바이오
2024-08-29
[신소재 신기술(98)] 지속가능한 플라스틱? 친환경 대체 소재 개발

영국에서 친환경 플라스틱 소재가 개발돼 플라스틱 오염 문제 해결에 한 걸음 더 가까이 다가서고 있다. 워릭 대학교 연구진은 플라스틱과 유사하지만 환경 파괴를 일으키지 않아 보다 지속 가능한 소재인 유기 공융체를 테스트했다고 테크 타임스가 20일(현지시간) 보도했다. 이 신소재는 플라스틱을 대체하고 전 세계의 플라스틱 의존도를 낮출 잠재력을 가지고 있다고 연구팀은 밝혔다. 수년 동안 플라스틱 폐기물은 기하급수적으로 증가했다. 특히 오랜 시간 분해되지 않고 매립지에 축적되거나 바다로 흘러들어가 환경 문제를 야기해왔다. 플라스틱 해양 투기는 미세 플라스틱(5mm미만인 플라스틱)으로 쪼개져 심해 오염으로 이어져 해양 식량 사슬을 오염시키고, 조개류나 해산물 등을 통해 인체에 재침투되는 결과를 낳고 있다. 특히 인체에 침투한 미세 플라스틱은 심장마비나 뇌졸중 발병 위험을 높이고, 사망률을 높이는 요인이 되고 있다. 전 세계적으로 플라스틱 제품 사용 감축을 위한 노력이 이어져왔지만 가볍고 내구성이 뛰어난 강점을 지닌 플라스틱은 여전히 다양한 산업에서 중요한 소재로 사용되고 있다. 유럽 플라스틱 산업 협회인 플라스틱스유럽(Plastics Europe)에 따르면, 2020년 세계 플라스틱 생산량은 2018년보다 800만 톤 증가한 3억 6700만 톤에 달했다. 프랑스 파리 에펠탑의 무게는 약 1만톤에 달한다. 2020년 전 세계 플라스틱 생산량은 에펠탑이 3만6700개가 만들어진 것과 맞먹는 양이다. 전 세계 플라스틱 생산량은 2040년까지 두 배, 2060년까지 세 배로 증가할 것으로 예상되며, 그 증가분의 대부분은 일회용 플라스틱에서 발생한다. 워릭 대학교 연구팀은 혼합하면 새로운 "유기 및 점성 액체"를 형성하는 특정 유기 분자를 발견했으며, 이를 '(지속가능한 플라스틱) 유망 후보'라고 불렀다. 또한 시차 주사 열량계(DSC) 및 UV-Vis 분광법과 같은 첨단 기술을 사용해 새로운 소수성 물질을 정확하게 측정했다. 연구팀은 결정 성분을 혼합해 '유기 공융체'라고 불리는 새로운 물질을 개발했다. 팀은 이 물질리 폴리머를 대체할 잠재력을 가진 '소수성 공융 분자 액체'를 개발하는 데 성공했다고 여긴다. 매우 짧은 수명 한계 그러나 이 소재는 수명이 매우 짧다는 한계를 가지고 있다. 연구팀은 테스트 결과 최대 14개월 동안만 지속될 수 있음을 확인했다. 그럼에도 불구하고 연구팀은 제조 과정에서 안정성과 가공성을 보장할 수 있었다. 플라스틱은 한때 다양한 산업, 특히 제품과 소비재에 널리 사용되면서 혁신적인 소재로 여겨졌다. 그러나 유기 물질과 달리 분해가 되지 않아 폐기와 재활용 등에서 심각한 환경 오염 문제를 일으키고 있다. 일회용 플라스틱 및 기타 형태의 플라스틱 사용을 줄이기 위한 노력이 있지만 문제는 여전히 남아 있다. 재활용 외에도 과학을 이용해 플라스틱을 제거하는 방법을 개발하는 연구가 진행중이다. 한 연구에서는 플라스틱을 분해할 수 있는 유전자 조작 박테리아를 개발해 해양에 적용할 계획을 가지고 있다. 일회용 플라스틱을 줄이기 위해서는 다회용품을 사용하고, 텀블러나 개인 컵을 들고 다니거나 플라스틱 빨대 사용을 줄이는 등 일상 속의 작은 노력이 필요할 때다.
- 포커스온
2024-08-22
WHO 비상사태 선고한 엠폭스, 어떤 질병이고 왜 위험할까?

아프리카 전역에 새로운 악성 엠폭스(MPOX·옛 명칭 원숭이두창) 바이러스 균주가 빠르게 퍼지고 있다. 이에 따라 세계보건기구(WHO)는 엠폭스가 국제적 우려를 불러일으킨다고 판단해 공중보건 비상사태를 선포했다. 엠폭스는 무엇이고, 어디에서 왔으며, 세계는 코로나19 대유행의 유령을 상기시키는 엠폭스의 위협에 어떻게 대처할 수 있을까. UN이 엠폭스에 대한 자세한 설명을 홈페이지에 게재했다. 과거 원숭이두창으로 알려졌던 이 바이러스성 질병은 주로 밀접한 접촉을 통해 사람들 사이에서 전파될 수 있다. 때로는 엠폭스에 감염된 사람이 만진 물건을 통해 사람으로 전파될 수도 있다. WHO에 따르면 1970년 콩고 민주공화국에서 시작된 엠폭스는 당시 무지의 소치로 방치됐다. 중앙 및 서부 아프리카에서 풍토병으로 퍼진 엠폭스는 2022년 전 세계적으로 유행해 그해 7월 여러 국가에 걸처 전염됐으며, WHO 공중보건 비상사태로 이어졌다. 그리고 WHO는 원숭이두창 대신 엠폭스를 대체어로 사용하기 시작했다. WHO의 자문위원인 국제보건규정 비상위원회 의장 다이미 오고이나는 "역사가 반복되지 않도록 이번에는 단호하게 행동해야 할 때"라고 강조했다. 엠폭스의 일반적인 증상은 2~4주 동안 발진이 지속되며, 이는 발열, 두통, 근육통, 허리 통증, 림프절 부종으로 시작되거나 이어질 수 있다. 발진은 물집처럼 보이며 얼굴, 손바닥, 발바닥, 사타구니, 생식기 또는 항문 부위, 입, 목 또는 눈에서 발생한다. 발진 물집 수는 1개에서 수천 개까지 다양할 수 있다. 엠폭스에 걸린 사람은 모든 물집이 딱딱해지고, 딱지가 떨어지진 후 새로운 피부층이 형성되고, 눈과 신체의 모든 병변이 치유될 때까지 전염성이 있는 것으로 파악된다. 일반적으로 이렇게 되기까지 2~4주가 걸린다. 보고서에 따르면 사람들은 엠폭스에 걸린 후에도 재감염될 수 있다. 중증 엠폭스에 걸린 사람은 병변의 심각성을 줄이고 회복 시간을 단축하기 위해 입원 및 항바이러스 약물 투입이 필요할 수 있다. 엠폭스는 인간 대 인간 전염이 기본이다. 엠폭스에 걸린 사람과 접촉, 성관계, 대화 또는 호흡을 통해 전파될 수 있다. 그러나 WHO는 다양한 환경과 조건에서 발병 중에 바이러스가 어떻게 퍼지는지에 대한 추가 연구가 필요하다고 말한다. 또 엠폭스에 걸린 사람이 만진 옷, 침구, 수건, 물건, 전자 제품 및 표면에서도 바이러스가 얼마 동안 생존할 수 있다. 여기에 접촉한 사람은 손을 씻기 전 눈, 코, 입을 만지면 감염될 수 있다. 무서운 것은 엠폭스 바이러스가 임신 중 태아에게, 출산 중 또는 출산 후 피부 접촉을 통해, 또는 밀접 접촉 시 엠폭스를 앓은 부모로부터 영아 또는 어린이에게 전파될 수도 있다는 것이다. 일부 무증상 엠폭스 환자에게서 전염된 사례가 보고되었지만, 증상이 나타나기 전이나 병변이 치유된 후에 바이러스를 옮길 수 있는지에 대한 정보는 여전히 잘 알려져 있지 않다. 또 인간에서 동물로 엠폭스 바이러스가 다시 퍼질 가능성도 있다. 따라서 엠폭스가 확인되거나 의심되는 사람은 고양이, 개, 햄스터 등 애완동물과 가축 및 야생 동물과의 밀접한 신체 접촉을 피해야 한다. 원숭이 종과 같이 바이러스를 옮긴 동물이나 다람쥐와 같은 지상 설치류와 접촉을 한 사람도 엠폭스에 감염될 수 있다. 감염은 물림이나 긁힘을 통해 발생할 수 있으며, 사냥, 가죽 벗기기 등의 활동 중에 발생할 수 있다. 완전히 조리되지 않은 감염된 고기를 섭취해 걸릴 수도 있다. 치사율은 그리 높지는 않다. 엠폭스에 감염된 사람의 0.1%에서 10%가 사망했다. 물론 환경에 따라 사망률은 달라질 수 있다. 대부분의 경우 엠폭스 증상은 진통제나 발열제 등의 지지 요법을 통해 몇 주 이내에 저절로 사라진다. 그러나 일부의 경우 질병이 심각하거나 합병증으로 이어져 결국 사망할 수 있다. 신생아, 어린이, 임산부 및 기본 면역 결핍이 있는 사람은 사망 위험이 더 높을 수 있다. WHO는 엠폭스에 대한 백신 사용을 권장한다. 다만 코로나19와 같은 세계적 대유행 동안 도입된 대량 예방 접종은 현재까지는 권장되지 않는다. 수년간의 연구를 통해 현재는 거의 없어진 천연두의 새롭고 안전한 백신이 개발되었고, 이 백신 중 일부는 엠폭스 백신으로의 사용이 승인되고 있다. 현재 WHO는 다른 백신을 사용할 수 없는 경우, MVA-BN 또는 LC16 백신 또는 ACAM2000 백신을 사용할 것을 권장한다. WHO는 엠폭스에 노출될 위험이 있는 사람만 예방 접종을 고려할 것을 권한다. 위험에 처해 있을 수 있는 여행자는 예방 접종을 고려할 수 있다.
- IT/바이오
2024-08-22
[기후의 역습(46)] 태양 복사열의 미세한 변화, 지구 기후 대변혁 일으켰다

지구의 주요 열원인 태양 복사열의 지속적 감소가 약 100만 년 전 지구 기후의 재편을 일으켰다는 연구 결과가 나왔다. 지구에 도달하는 태양 복사의 누적된 미세한 변화가 지구의 빙하기를 변화시키는 주요 기후 변화를 촉발하는 데 큰 영향을 미쳤다는 증거가 발견됐다고 SCMP(사우스차이나모닝포스트)가 전했다. 복사는 빛으로 열이 전달되는 것으로 태양이 지구에 열을 전달하는 방식이다. 따라서 태양이 지구로 보내는 빛은 지구 표면에서 복사열 또는 복사 에너지로 지구의 기후에 절대적인 영향을 미치게 된다. 중국 과학아카데미(CAS) 지구환경연구소의 진장둥 박사 연구팀이 수행한 이 연구는 지난 200만 년 동안 지구의 기후를 조사한 것으로, 지구로 유입된 태양 복사가 어떻게 바다를 가열하거나 냉각시켜 기후 변화를 촉진시켰는지의 내막을 밝힌 것이다. 분석 결과 지구로 유입된 태양 복사량은 93만 5000년 전까지 지속적으로 감소했다. 이는 당시 차가운 해수면 온도의 직접적인 원인일 가능성이 높으며, 지구가 더 춥고 더운 기간 사이의 순환 방식을 변화시킨 중요한 과도기적 기후 전환기였다. 일사량이라고 불리는 지구에 유입되는 태양 복사는 지구 기후 시스템의 주요 열원 역할을 한다. 연구팀은 "우리는 누적된 일사량 교란(감소)이 지구 기후 시스템 내의 열 균형을 깨뜨려 플라이스토세(홍적세)의 장기 기후 변화에 영향을 미쳤다고 본다"고 말했다. 플라이스토세는 지구 지질 시대에서 기원전 260만 년부터 기원전 9700년까지 약 257만 년 동안의 시기로, 신생대 제4기의 대부분의 시기를 말한다. 플라이스토세 시대에는 세계 많은 지역에 빙상과 빙하가 광범위하게 반복적으로 형성됐는데, 이것이 당시의 냉각 때문이라는 것이다. 일사량은 기후 변화를 주도하는 것으로 알려져 있지만, 일사량이 장기 기후 변화에 미치는 영향은 여전히 미지의 영역이다. 일사량은 플라이스토세 동안 해수면 온도가 섭씨 2.3도 하락한 것을 포함, 장기적인 냉각 추세의 주요인으로는 간주되지 않았었다. 냉각 추세는 중기 플라이스토세 전환으로 이어졌는데, 이는 전 세계 빙하기 사이의 기간을 의미하는 빙하기 주기의 길이를 약 4만 1000년에서 10만 년으로 연장한 주요 기후 사건이었다. 한편 사이언스 저널에 실린 또 다른 논문에서 중국 연구팀은 지구에 도달하는 태양 복사열의 감소에 따른 누적된 영향이 바다의 열을 크게 낮춰 빙상이 성장하는 데 필요한 조건을 만들었다고 밝혔다. 연구팀은 장기적인 기후 변화에 미치는 일사량의 영향을 조사하기 위해 전 세계 해수면 온도에 대한 26개의 기록을 수집하고 일사량 이상치를 정량화할 수 있는 새로운 지수를 도입했다. 연구팀은 일사량의 변화는 작았지만, 지구로 유입되는 태양 복사선의 작은 변화조차도 바다의 열 함량을 변화시켜 열 균형에 영향을 미칠 수 있으며, 누적된 변화는 큰 열 불균형을 초래할 수 있다고 말했다. 지구 표면의 70% 이상을 덮고 있는 바다는 인간이 생성하는 열의 90% 이상을 흡수하는 주요 열 저장소다. 연구팀은 약 90만 년 전 일어난 '기후 시스템의 재편'으로 인해 지구상의 얼음 부피가 증가했다고 밝혔다. 연구팀은 "우리의 시뮬레이션 결과는 누적 일사량의 감소가 '냉각 사건'에 기여했음을 시사한다"고 말했다. 연구팀은 "대기 중 이산화탄소와 기타 측정치를 통합한 추가 시뮬레이션을 통해 장기적인 기후 추세에 대한 더 깊은 지식과 이해를 얻어야 할 것"이라고 지적했다.
- 포커스온
2024-08-21
[우주의 속삭임(44)] 은하수와 안드로메다 은하, 충돌 확률은 얼마?

우리 태양계가 속해 있는 은하수와 안드로메다 은하가 충돌할 가능성은 얼마나 될까. 연구에 따르면 앞으로 100억 년 내에 은하수와 안드로메다가 충돌할 확률은 50%라고 한다. 50%의 확률은 매우 높아 보이지만, 실제 치명적인 충돌이 일어날 가능성은 대단히 낮은 것이라고 라이브사이언스가 전했다. 안드로메다(M31) 은하는 북반구에서 보이는 가장 밝은 나선은하로 우리 은하와 유사한 점이 많다. 약 250만 광년 떨어져 있으며, 초당 110km의 속도로 우리 은하에 접근하고 있다. 이 때문에 천문학자들은 두 은하가 앞으로 수십억 년 안에 필연적으로 치명적인 충돌을 맞이할 것이라고 예측해 왔다. 서로 나선형으로 충돌한 후 합쳐져 새로운 은하를 형성할 것이라는 예측이었다. 그러나 최근 인쇄 전 논문 발표 사이트인 arXiv에 발표된 새로운 연구에 따르면 두 은하는 오히려 서로 빗나갈 가능성이 있다고 한다. 게시된 논문은 "모든 은하의 현재 위치, 운동, 질량의 불확실성은 예상과는 완전히 다른 결과를 초래할 수 있으며, 향후 100억 년 동안 은하수와 안드로메다가 충돌해 합병되지 않을 확률은 50%에 가깝다"고 서술했다. 지난 1912년, 미국의 천문학자 베스토 슬리퍼는 1912년 안드로메다 은하가 우리 은하와 충돌할 가능성이 있음을 발견했다. 추가 연구에서는 향후 50억 년 안에 안드로메다가 우리 은하와 충돌하는 것은 불가피할 것이라고 예측했다. 충돌 과정에서 우리 태양계는 새로 합병되는 은하의 바깥쪽으로 튕겨져 나갈 것이라고 보았다. 그러나 이번 연구에 따르면, 지금까지의 연구에서는 은하수와 안드로메다가 속한 은하군 내의 다른 작은 은하의 중력 효과인 ‘교란 요인’을 고려하지 않았다. 작은 은하들이 일으키는 중력에 의한 교란 요인 때문에 충돌에서 완전히 벗어날 수 있다는 것이다. 연구팀은 가이아와 허블 우주 망원경의 관측 결과를 이용, 국부 은하군 중에서 가장 큰 네 개의 은하의 질량, 움직임 및 중력적 상호 작용을 추정했다. 그 후 이 데이터를 여러 가지 가능한 시나리오에 맞추어 시뮬레이션 모델에 입력해 결과를 추정했다. 네 개의 은하는 은하수, 안드로메다, 삼각형 은하 및 대마젤란운이었다. 이들의 상호 작용을 고려했을 때, 은하수와 안드로메다의 충돌 가능성은 종전에 비해 크게 낮아졌다. 충돌과 합병이 실제로 일어난다 해도 이는 적어도 80억 년 이후에나 가능한 일일 것으로 보인다. 물론 이 연구로 밀코메다에 대해 최종 결론을 내릴 수는 없다는 지적이다. '밀코메다'는 은하수와 안드로메다 은하가 합병해 생겨나게 될 새로운 은하의 이름을 말한다. 연구팀은 더 진보된 결론의 산출을 위해 최근 재보정된 가이아 우주 망원경의 새로운 데이터가 공개되기를 기다리고 있다. 보정된 가이아 망원경 데이터의 공개가 새로운 정보를 제공해 줄 것이라는 기대다. 은하 종말론은 아직 초기 단계이며, 국부 은하군의 운명을 확실하게 예측하기 위해서는 추가 연구가 필요하다는 지적이다. 다만 현재 상황에서 우리 은하의 멸망이 임박했다는 주장은 크게 과장된 것으로 보인다. 결론적으로 국부 은하군 내의 모든 은하가 언젠가는 충돌하고 합쳐지겠지만, 이 과정이 일어나기까지는 우주의 현재 나이보다 몇 배나 더 오래 걸릴 수 있다는 지적이다.
- IT/바이오
2024-08-21
[기후의 역습(45)] "남극 대륙이 솟아오르고 있다"…해수면 상승 가속 우려

남극 대륙의 빙하가 녹으면서 무게가 가벼워지고 있다. 수축해 있던 스펀지가 다시 팽창하는 것처럼, 얼음에 눌려 있던 남극 대륙이 융기, 즉 바다에서 솟아오르고 있다고 사이언스얼라트가 경고했다. 이 과정은 빙하 후 융기(post-glacial uplift)라고 불린다. 새로운 연구에 따르면 이것이 미래의 전 세계 해수면 상승에 막대한 영향을 미칠 것으로 보인다. 이는 남극 대륙의 해수면 억제력을 최대 40%까지 줄일 수도 있고, 대기에 열을 가두고 남극의 빙하를 녹이는 화석연료 연소를 얼마나 계속 유지하느냐에 따라 상황은 훨씬 더 악화될 수도 있다는 우려다. 연구팀원인 캐나다 맥길 대학교 빙하학자 나탈리아 고메즈는 "바다에 접한 해안 지역에 사는 인구가 약 7억 명에 달하고, 금세기말까지 해수면 상승으로 인한 비용이 수조 달러에 달할 수 있기 때문에, 남극 빙하가 녹는 데 따르는 도미노 효과를 이해하는 것은 매우 중요하다"라고 말했다. 문제는 지난 몇 년 동안 남극 빙하가 최악으로 낮은 상태를 유지했다는 것. 고메즈와 연구팀은 남극 빙상 아래에 있는 지구의 맨틀을 조사했고, 일부 주요 지역에서 특히 찌그러지고 물렁해져 있는 것을 발견했다. 이곳의 지진 데이터는 높은 수준의 점도가 예상치 못할 정도로 빠르게 땅이 융기하고 있다는 것을 밝혀 냈다. 다른 연구원 오하이오 주립대학 지질학자 테리 윌슨은 "우리가 측정한 결과 남극 빙상의 기초를 형성하는 단단한 땅의 모양이 놀라울 정도로 빠르게 바뀌고 있다"고 말했다. "지표면의 얼음이 줄어들어 땅이 융기하는 것은 수천 년에 걸친 것이 아니라 지난 수십 년 만에 일어나고 있는 현상"이라는 것이다. 연구팀은 3D 모델링을 사용, 다양한 시나리오에서 남극 대륙의 육지 변화로 인한 해수면 상승을 시뮬레이션했다. 온난화 수준이 낮게 유지되면 2500년까지 해수면이 최대 1.7m 상승하지만, 지구 온난화가 계속 증가할 경우 최대 19.5m까지 치솟는다. 이는 빙하가 줄어드는 속도가 융기보다 빠를 때, 더 많은 물이 바다로 방출되기 때문이다. 그러나 우리가 빙하가 녹는 속도를 늦출 수 있다면, 융기하는 육지가 따뜻한 바닷물에서 얼음의 일부를 들어 올려 더 오래 보존할 수 있을 것이다. 매사추세츠 대학교 빙하학자 롭 디콘토는 "이 연구는 기후 변화가 해수면 상승에 미치는 영향을 더 잘 예측하고 효과적인 환경 정책을 수립할 수 있는 획기적인 진전"이라고 평가했다. 지구는 완벽하게 매끄러운 구체가 아니다. 그렇기 때문에 지구의 다른 부분은 중력, 회전 및 지질학적 특성으로 인해 독특한 해수면 영향을 받게 된다. 고메즈와 연구팀은 "이번 연구 결과는 이미 해수면 상승의 영향을 받고 있는 저위도 지역의 섬과 해안 지역이 남극 빙하 손실로 인해 평균보다 높은 해수면 상승을 겪을 것이라는 최근 연구 결과를 뒷받침한다"고 설명했다. 특히 "연구 결과는 해수면 상승에 대한 취약성이 높은 반면 배출량은 적은 국가에 대한 기후 불공평이 심각함을 드러낸다"고 지적했다. 연구팀은 연구 모델에 여전히 많은 불확실성이 있으며, 특히 서남극 대륙의 지진 데이터가 부족하기 때문에 그렇다고 밝혔다. 그리고 이러한 추정치는 그린란드의 빙하와 정상에 얼음을 안고 있는 전 세계 산에서 무슨 일이 일어나고 있는지 고려되지 않았다. 남극 대륙을 벗어나 지구 전체를 감안할 때 실상은 더욱 심각할 것이라는 의미다.
- 포커스온
2024-08-20
에픽게임즈, 자체 앱스토어 출시로 애플 '앱 독점' 정면 도전

인기 게임 '포트나이트'의 개발사 에픽게임즈가 16일(현지시간) 독자적인 스마트폰 앱스토어를 선보이며 앱 시장에 지각변동을 예고했다. 향후 타사 게임을 포함해 수천 개의 앱을 제공할 예정인 이 스토어는, 그간 애플 등의 과점 체제였던 앱스토어 시장에 새로운 활력을 불어넣을 것으로 전망된다. 이는 유럽연합(EU) 등이 거대 기술 기업 규제를 통해 공정 경쟁을 촉구한 결과로 풀이된다. 지금까지 애플의 '아이폰'용 앱은 애플 앱스토어를 통해서만 유통되어 왔다. 애플은 이를 '소비자 보호'라는 명목으로 정당화했지만, 유료 앱에 자사 결제 시스템 사용을 강제하며 앱 개발사로부터 상당한 수수료 수익을 얻어왔다. 에픽게임즈가 16일 론칭한 '에픽게임즈 스토어'는 우선 자사 게임 3종을 제공하며, 아이폰에서는 EU 지역에 한해 서비스된다. 구글 안드로이드 스마트폰에서는 전 세계에서 이용 가능하며, 연내 이용자 1억 명 확보를 목표로 하고 있다. 에픽게임즈의 팀 스위니 CEO는 니혼게이자이신문과의 단독 인터뷰에서 2025년 초부터 외부 게임을 포함한 수천 개의 앱을 유통할 계획이라고 밝혔다. 에픽게임즈, 앱 개발자와 소비자 모두에게 혜택 제공 기대 에픽게임즈 스토어는 자체 결제 시스템 이용 시 수수료를 12%로 책정, 최대 30%에 달하는 애플 앱스토어보다 훨씬 저렴하다. 스위니 CEO는 "애플 등의 독점 구조가 깨지고 앱스토어 시장 경쟁이 촉발되면 업계 전체가 활성화될 것"이라고 강조했다. EU 유럽위원회는 디지털 시장법(DMA) 제정을 통해 거대 기술 기업의 활동을 규제하고 공정 경쟁을 촉진하고자 한다. 이에 따라 애플은 EU 내에서 자사 앱스토어 외 다른 경로를 통한 앱 배포를 허용해야 한다. 스위니 CEO는 "새로운 스토어의 등장으로 개발자들이 선택의 자유를 얻고 더욱 혁신적인 게임을 개발할 수 있을 것"이라며 기대감을 드러냈다. 스토어 간 경쟁 심화로 수수료가 인하되면 앱 개발사의 수익 증가는 물론, 일반 사용자들도 앱이나 앱 내 유료 콘텐츠를 더 저렴하게 구매할 수 있을 것으로 예상된다. 현재 애플이 자사 외 앱스토어를 인정하는 지역은 EU뿐이다. 미국 법무부 역시 애플의 과점적 지위 남용을 문제 삼아 소송을 제기했지만, 애플은 미국 내에서 자사 앱스토어를 통한 앱 배포만을 고수하고 있다. 한편, 일본은 지난 6월 거대 IT 기업의 독점을 규제하는 '스마트폰 소프트웨어 경쟁 촉진법'을 제정했다. 이 법은 2025년 말까지 시행될 예정이다. 스위니 CEO는 "새로운 법은 경쟁과 공정성 확보에 중요한 역할을 할 것"이라며 2025년에는 일본에서도 아이폰용 스토어를 선보일 계획임을 밝혔다. 새로운 앱 스토어, 풀어야 할 숙제도 산적 새로운 앱스토어를 둘러싼 논란도 여전하다. 애플은 EU에서 외부 앱스토어를 허용했지만, 아이폰 인기 앱 개발사에게 '코어 기술료'라는 새로운 수수료를 부과하고 있다. 애플 앱스토어를 거치지 않고 배포된 앱에도 수수료가 부과되는 것이다. 스위니 CEO는 "힘들게 수수료가 저렴한 스토어를 만들어 신규 사용자에게 다가갈 기회를 얻었지만, 코어 기술료 등이 개발자에게 큰 부담으로 작용한다. 애플은 여전히 게임 업계 경쟁을 방해하고 있다"고 비판했다. 일본 시장에 대해서도 스위니 CEO는 "새로운 법이 제정되어도 애플은 EU에서처럼 코어 기술료라는 진입 장벽을 만들 가능성이 있다"며 일본 당국의 철저한 감독을 촉구했다. 에픽게임즈와 애플의 오랜 갈등, '포트나이트 소송'으로까지 번져 에픽게임즈와 애플의 갈등은 어제오늘 일이 아니다. 게임 내 아이템 구매 등으로 발생하는 '인앱 결제' 수수료를 둘러싼 갈등은 소송으로까지 이어졌다. 2020년 에픽게임즈는 애플의 인앱 결제 수수료 부과에 반발하여 자체 결제 시스템을 도입했고, 애플은 이에 대한 보복으로 '포트나이트'를 앱스토어에서 삭제했다. 에픽게임즈는 애플의 수수료 강요가 독점 행위에 해당한다며 소송을 제기했다. 미 연방 지법은 애플의 행위가 독점에 해당한다고 판결하지는 않았지만, 애플 외 다른 결제 수단으로 연결되는 링크를 앱 내에 삽입하는 것을 허용하라고 명령했다. 이른바 '포트나이트 소송'은 EU의 DMA와 함께 애플의 비즈니스 모델에 변화를 가져오는 계기가 되었다. 에픽게임즈, 자체 스토어로 게임 시장 영향력 확대 전망 '포트나이트'와 같은 온라인 게임은 가상 공간에서 사용자들이 아바타를 통해 거대한 커뮤니티를 형성하고 있다. 인기 가수의 콘서트 개최, 명품 브랜드의 아바타용 상품 판매 등 가상 공간 내 상거래 시장도 빠르게 성장하고 있다. 에픽게임즈가 자체 앱스토어를 통해 스마트폰 앱 유통에 나서면서 게임 시장에서의 영향력은 더욱 커질 것으로 예상된다. 소니그룹과 월트 디즈니는 각각 14.5억 달러, 15억 달러를 에픽게임즈에 투자하며 협력 관계를 강화하고 있다.
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2024-08-17
[우주의 속삭임(43)] NASA 인사이트 착륙선 데이터 분석, 화성 지하 저수지 증거 발견

임무가 종료된 나사(NASA) 화성 미션의 데이터를 연구한 결과, 화성 지하 깊은 곳에 저수지가 있었다는 증거가 나왔다고 CNN 등 외신이 보도했다. 이는 나사의 인사이트(InSight) 화성 착륙선이 지진계를 사용해 2018~2022년까지 화성 내부를 탐사한 데이터로부터 발견한 것이다. 연구는 캘리포니아 주립대 샌디에이고 캠퍼스(UC 샌디에이고) 연구팀이 주도했다. 연구팀은 데이터 분석 결과 화성 지각 중앙의 작은 균열과 바위 기공에 갇혀 있는 물이 화성 전체 지표면을 1.6km 깊이까지 덮을 만큼 충분할 수 있다고 추정했다. 이는 화성의 지질학적 역사에 대한 새로운 정보이며, 실제 사실로 규명돼 저수지에 접근할 수 있다면, 이곳이 화성에서 생명체를 찾을 수 있는 새로운 장소임을 시사하는 것이라고 지적했다. 궤도선에서 관찰한 화성의 물에 의해 변형된 호수, 강 하구, 삼각주 및 암석의 증거들에 따르면 고대 화성은 수십억 년 전에는 지금보다 따뜻하고 습한 곳이었을 가능성이 크다. 그러나 화성은 30억 년 전 대기가 사라졌고, 이로 인해 습한 화성의 시대는 사실상 끝났다. 화성이 대기를 잃은 이유에 대해서는 아직 규명되지 않았다. 화성의 물의 역사, 대기의 상실, 물이 화성에서 생명체가 살 수 있는 조건을 만들었는지를 밝히기 위한 수 많은 우주 임무가 실행됐다. 물은 화성의 극지방 빙하에 얼음으로 갇혀 있지만, 전문가들은 그것이 화성의 잃어버린 물을 모두 설명한다고 생각하지 않는다. 일부는 물이 우주로 사라졌다고 추정하거나 화성 지표면 아래의 광물에 흡수되었거나 깊은 지하수층으로 흘러 들었다고 짐작하는 연구도 있었다. 그런 가운데 이번에 화성 탐사선 인사이트 관측 데이터에서 화성 지하에 물을 가둔 저수지 증거가 나온 것이다. 즉, 화성의 물이 화성 지각으로 흘러 들었음을 시사하는 것이다. 이는 인사이트 탐사선의 지진 데이터를 통해서 드러났다. 인사이트는 화성의 지각 두께와 맨틀의 온도, 핵과 대기의 깊이와 구성에 대한 전례 없는 데이터를 수집했다. 착륙선의 지진계는 화성 지진이라고 불리는 최초의 지진도 감지했다. 지진은 지각판이 이동하고 서로 부딪히면서 발생하는데, 화성 지각은 시간이 지남에 따라 계속 수축되고 냉각되어 단층과 균열이 있는 하나의 거대한 판과 같다. 인사이트 착륙선 지진계는 수백, 수천 마일 떨어진 곳에서 1300개가 넘는 화성 지진을 감지했다. 지진파의 속도는 바위의 구성, 균열의 위치, 균열을 채우는 물질에 따라 달라진다. 연구팀은 이 지진 데이터를 지구에서 지하 유전과 지하수 층을 매핑하는 데 사용되는 암석 물리학의 수학적 모델에 적용해 비교 분석했다. 그 결과 인사이트 착륙선이 수집한 데이터는 지구의 액체 상태의 물로 채워진 깊은 화성암 또는 화산암 층과 가장 잘 일치했다. UC 샌디에이고 스크립스 해양학 연구소의 바샨 라이트 교수는 "화성의 물 순환을 이해하는 것은 기후, 표면 및 내부의 진화를 이해하는 데 중요하며, 유용한 시작점은 물이 어디에 있고 얼마나 있는지를 파악하는 것”이라고 말했다. UC 버클리의 지구 및 행성 과학 교수이자 연구 공동 저자인 마이클 만가는 화성에 거대한 물 저장소가 있다는 이론이 확립되면 화성의 기후가 어땠는지 또는 어떨 수 있는지에 대한 정보의 창이 될 수 있다고 말했다. 만가는 "데이터 분석이 과거나 현재의 생명체에 대한 어떤 정보도 밝혀낼 수는 없지만, 만약 화성 지하에 저수지가 존재했다면, 지구의 깊은 지하수가 미생물 생명체에게 적합했던 것과 같이 습한 화성 지각에 생명체가 거주했을 수 있을 수 있다"고 말했다. 코넬 대학교 천문학과의 천체생물학자인 알베르토 페어렌은 화성 표면 아래 깊은 곳에 물이 존재할 수 있다는 생각은 수십 년 전부터 있었지만, 화성 탐사선의 실제 데이터가 이러한 추측을 사실로 확인할 수 있었던 것은 이번이 처음이라고 말했다. 전문가들은 모두 화성과 태양계 내 다른 행성 및 달에 더 많은 지진계를 보내 탐사하는 것에 큰 관심을 표명했다. 지진계 데이터를 화성 전역에 확대 적용시키면 행성 내부의 변화가 드러나고, 다양하고 복잡한 역사를 더 잘 파악할 수 있는 창을 얻게 되는 것이라고 강조했다.
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2024-08-16
[기후의 역습(42)] 화산 폭발, 엄청난 탄소 방출로 온난화 촉발…생물 대량 멸종 초래도

자연은 종종 인류의 시급한 과제에 대한 해결책을 제시해 준다. 지구의 지질학적 역사도 마찬가지로 지구 온난화를 이해할 수 있는 정보와 장기적인 통찰력을 제공한다. 지구 역사를 통틀어 재앙을 몰고 온 대규모의 화산 폭발은 대기와 해양에 막대한 양의 탄소를 방출했다. 지구과학 소식을 전하는 어스닷컴은 화산의 엄청난 탄소 방출은 급격한 기후 온난화를 촉발해 육지와 해양 생태계의 대량 멸종으로 이어졌다고 전했다. 나아가 이러한 강력한 화산 활동 기간은 수백만 년 동안 지구의 ‘탄소 및 기후 조절 시스템’을 혼란에 빠뜨렸으며 지구 환경에 지속적인 영향을 미쳤을 가능성이 높다는 지적이다. 이는 취리히 연방 공과대학교(ETH 취리히)의 환경 과학자팀이 진행한 최근 연구 결과다. 연구팀은 지구 역사상 주요 기후 변화에 직면했던 식물이 어떻게 반응하고 진화했는지를 분석했다. 또 이러한 변화가 지구의 자연적 탄소-기후 조절 시스템에 어떤 영향을 미쳤는지도 조사했다. 연구 결과는 사이언스 저널 최신호에 실렸다. 연구팀은 고대 퇴적물에서 발견된 동위원소에 대해 화학적 분석을 수행하는 한편, 분석 데이터를 지구의 지질학적 기후 체계를 조절하는 식물의 역할을 통합해 설계한 모델과 비교했다. 팀은 이 모델을 사용해 화산 활동으로 인한 강력한 탄소 방출에 지구 시스템이 어떻게 반응하는지도 시뮬레이션했다. 팀이 초점을 맞춘 시기는 약 2억 5200만 년 전 페름기-트라이아스기 ‘시베리아 트랩(Siberian Traps)’ 대량 멸종을 포함해 지구 지질학적 역사상 세 가지 중요한 기후 변화였다. 시베리아 트랩은 러시아의 초거대 현무암질 용암지대로, 거대 화산의 분화로 인해 엄청난 양의 용암과 화산재를 지표면에 뿌렸고 이로 인해 생물체가 대량으로 사멸했다고 한다. ETH 취리히의 타라스 게리아 교수는 "시베리아 트랩 형성기 20만 년 동안 약 4만기가톤(Gt)의 탄소를 방출했고, 그 결과 지구 평균 기온이 섭씨 5~10도 상승하면서, 기록상 지구에서 가장 심각한 멸종 사건이 발생했다"고 설명했다. 생물이 온도 상승에 적응하지 못하면서 급속한 생태계 파괴로 이어졌던 것. 연구팀원인 ETH 취리히의 줄리안 로거 박사는 "시베리아 트랩과 같은 재앙적인 사건이 터지면 식물이 원상회복되는 데 수백만 년이 걸릴 수 있다. 장기간 지구의 탄소-기후 조절 시스템은 심각하게 약화되고 비효율화돼 장기적인 기후 온난화가 초래된다"고 설명했다. 재앙적인 화산 폭발의 심각성은 방출된 탄소가 얼마나 빨리 지구 내부로 다시 격리될 수 있는지에 따라 결정된다. 탄소의 격리는 규산염 광물 풍화나 유기 탄소 생성 등의 메커니즘을 통해 발생하며, 이 과정을 통해 탄소는 대기에서 효과적으로 제거된다. 연구에 따르면 화산 폭발 후 기후가 안정화되고 새로운 평형 상태에 도달하는 데 걸리는 시간은 식물이 온난화에 얼마나 빨리 적응할 수 있는지에 크게 좌우된다. 일부 식물 종은 더 시원한 지역으로 이동하는 방법을 택했지만 많은 경우 화산 폭발은 너무나 치명적이어서 식물 종은 지속적인 온도 상승에 적응할 시간이 충분하지 않았고 멸종의 길을 걸었다. 연구 결과는 현시대 인간이 유발한 기후 위기에 중대한 시사점을 보여준다. 연구에 따르면 식물의 교란은 화산 폭발과 같은 지질학적 변화와 마찬가지로 기후 온난화를 장기화하고 심화시킬 수 있다. 실제로 지구의 탄소 순환을 조절하는 식물의 능력이 떨어져 기후가 안정적인 평형을 이루는데 수백만 년이 걸린 사례도 있다. 연구팀은 지구가 글로벌 기후 위기에 처해 있다고 경고하면서 "이전의 어떤 화산 활동보다 더 빠른 속도로 온실가스를 방출하고 있다. 연구 결과는 갑작스러운 기후 변화에서 원상으로 회복하는데 기여하는 식물의 역할을 보여준다. 그런데 전 세계적으로 산림 벌채가 중단되지 않아 자연 생태계가 기후를 조절하는 능력을 잃고 있다"고 경고했다.
- 포커스온
2024-08-14
[신소재 신기술(94)] 물로 작동하는 스마트 붕대, 치료 효과 30% 향상

전자 부품이 없이 물 한 방울로 작동하는 스마트 붕대(드레싱)가 개발돼 당뇨병 환자 등의 만성 상처 치유 효과를 높일 것으로 보인다. 미국 노스캐롤라이나 주립대(NCSU) 과학자들이 전기장을 이용해 만성 상처의 치유 속도를 높이는 저렴한 스마트 드레싱(WEPDs)을 개발했다고 메디컬 익스프레스와 데일리 메일 등 다수 외신이 보도했다. '만성 상처'는 치유가 더디거나 아예 치유되지 않는 상처를 말한다. 예를 들어 일부 당뇨병 환자에게서 발생하는 상처는 만성 상처라고 할 수 있다. 이러한 상처는 치유 후에도 종종 재발하고 절단 및 사망 위험을 크게 증가시키기 때문에 문제가 된다. 만성 상처는 또한 치료비가 매우 비싸서 환자에게 추가적인 문제를 일으킬 수 있다. 연구팀이 개발한 '물로 작동하는 전자 부품 없는 드레싱(WPEDs)'은 일회용 붕대로, 한쪽 면에는 전극이, 다른 면에는 작고 생체 적합성이 뛰어난 배터리가 부착돼 있다. 이 드레싱을 상처에 붙인 후 물 한 방울을 떨어뜨리면 배터리가 활성화되어 몇 시간 동안 치유를 촉진하는 전기장이 생성된다. 동물 실험 결과 이 붕대로 치료한 상처는 기존 붕대보다 30% 빠르게 치유됐다. 이번 연구를 주도한 NCSU 전기 및 컴퓨터 공학 아마이 반도드카 교수는 "우리의 목표는 만성 상처 환자의 치유를 가속화하면서도 훨씬 저렴한 기술을 개발하는 것이었다"며 "환자들이 병원 뿐만 아니라 집에서도 쉽게 사용할 수 있도록 하는데 중점을 두었다"고 설명했다. 연구의 공동 1저자이자 NC 주립대의 박사후 연구원인 라자람 카베티는 "이 드레싱에서 전기장은 매우 중요하다. 전기장이 만성 상처의 치유를 가속화한다는 것은 잘 알려진 사실이기 때문이다"라고 말했다. 연구팀은 당뇨병 쥐를 대상으로 WPEDs의 효과를 실험했다. 그 결과, WPEDs를 사용한 쥐들은 일반 붕대를 사용한 쥐보다 약 30% 빠르게 치유됐으며, 새로운 혈관 형성 촉진 및 염증 감소 효과도 확인됐다. WPEDs의 전극은 붕대와 함께 구부러지고 만성 상처의 표면에 맞춰질 수 있도록 설계됐다. 그로 인해 WPEDs는 빠르고 쉽게 부착할 수 있으며, 환자들은 붕대를 붙인 상태에서 자유롭게 움직이며 일상 생활을 할 수 있다. 이는 환자들이 집에서 편리하게 치료 받을 수 있게 해 치료 순응도를 높일 것으로 기대된다. 연구팀은 향후 WPEDs의 인체 적용 가능성을 확인하기 위해 추가 연구를 진행할 계획이다. 연구 결과는 「상처를 전기적으로 자극하여 상처를 빠르게 봉합하는 물로 구동되는 전자 장치 없는 드레싱」이라는 논문으로 지난 8월 7일 오픈 액세스 저널인 '사이언스 어드밴시스(Science Advances)'에 개재됐다.
- 포커스온
2024-08-12
[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.
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2024-08-12
[신소재 신기술(92)] 선박이 배출하는 탄소 포집, 짠 물로 바꿔 바다에 저장하는 원자로 나왔다

국제해운선이 차지하는 세계 무역의 비중은 80%에 달한다. 해운 부문은 전 세계 탄소 배출량의 약 3%를 차지한다. 그러나 기후 변화가 심각한 현재 해운은 기후 목표를 달성할 수 있는 단계에 오르지 못하고 있다. 지난해, 해운을 규제하는 유엔 기관인 국제해사기구는 다른 산업들과 연계해 2050년까지 제로를 달성하는 것을 목표로 해운 산업의 탄소 배출을 강화했다. 그러나 메탄올, 수소, 암모니아 등 저배출 연료의 공급은 빠르지 않다. 캘리포니아 공과대학(칼텍)의 화학 해양학자 제스 애드킨스가 연료 연소로 인해 배출되는 탄소를 바닷물 소금으로 전환할 수 있는 원자로를 화물선에 장착함으로써 탄소 제로에 도움을 줄 수 있다는 아이디어를 제안했다고 CNN이 보도했다. 애드킨스는 이 방법으로 탄소를 10만 년 동안 가두어 둘 수 있다고 밝혔다. 이 아이디어는 바다에서 이미 자연적으로 일어나고 있는 현상과 비슷하다. 원자로를 설계하고 테스트하는 스타트업 칼캐리아(Calcarea)를 설립한 애드킨스는 이 방법이 지구가 수십억 년 동안 자연적으로 진행해 온 반응이라고 언급했다. 해수는 대기로 방출되는 탄소의 약 3분의 1을 자연스럽게 흡수해 물을 산성화하고 바다에 풍부한 탄산칼슘을 용해시킨다. 탄산칼슘은 산호의 뼈대, 조개 및 바다 바닥의 대부분의 퇴적물을 구성하는 모든 것들을 만든다. 용해된 탄산칼슘은 물 속의 탄소와 반응해 중탄산염을 형성하고 탄소를 가두어 둔다. 바닷물에는 현재 이미 3만8000기가톤(38조 톤)의 중탄산염이 존재한다. 칼캐리아는 선박의 배기 가스를 선체의 원자로로 흘려보내 이런 자연적 과정을 모방하고자 한다. 대부분 탄산칼슘으로 구성된 암석인 석회암과 배기 가스 속의 탄소는 혼합물과 반응, 탄소를 중탄산염의 형태로 가두는 짠 물을 만든다. 애드킨스는 원자로를 통해 선박의 탄소 배출량의 약 절반을 포집해 저장하는 것을 목표로 하고 있다. 자연계에서는 이 반응이 1만 년 이상 걸리지만 칼캐리아의 원자로에서는 불과 1분이면 된다고 한다. 이는 탄소와 석회암을 서로 밀접하게 접촉시켜 이루어진다. 만들어진 짠 물은 바다로 방출되며, 이는 해양 생물이나 해수의 화학적 균형에 위협이 되지 않는다. 회사는 또 미립자 및 연소되지 않은 연료와 같은 다른 오염 물질과 기타 오염 물질을 제거하기 위해 필터를 추가하는 방안도 강구 중이라고 밝혔다. 애드킨스는 2년 동안 프로젝트를 진행한 후 2023년 1월 회사를 칼텍에서 분사했다. 칼텍의 학부생인 멜리사 구티에레즈, 엔지니어인 피에르 포린, 서던캘리포니아 대학교(USC) 교수이자 지구화학자인 윌 베렐슨 등 세 명이 공동 창립자로 참여했다. 회사는 350만 달러의 초기 자금을 조달하고 시스템 개발에 집중했다. 칼캐리아는 USC 주차장과 로스앤젤레스 항구에 각각 하나씩의 프로토타입 원자로를 건설했다. 5월 말, 칼캐리아는 국제 운송 회사인 로마(Lomar)와 연구개발 협력 계약을 맺었다고 발표했다. 애드킨스는 이를 통해 첫 번째 원자로가 선박에 장착될 것이라고 전했다. 애드킨스는 칼캐리아 솔루션이 해운 산업이 보다 친환경적인 연료로 전환하는 것과 함께, 해운의 탈탄소화에 도움을 줄 수 있다고 확신했다. 더 먼 미래에는 이 원자로가 대기에서 포집된 탄소를 지하에 저장하는 대안으로 활용될 수 있다고 부연했다.
- 산업
2024-08-08
[퓨처 Eyes(46)] 3D 프린팅 심장 반창고, 손상된 인체 조직 대체·복구 가능성 열어

심장에 붙일 수 있는 반창고가 3D 프린팅으로 제작돼 새로운 질병 치료의 길을 열었다. 미국 콜로라도 볼더 대학교(CU Boulder) 연구팀이 펜실베니아 연구팀과 공동으로 인체 조직의 강도와 신축성을 모두 갖춘 3D 프린팅 소재 개발에 성공했다고 CU볼더 투데이, 기술 전문 매체 인터레스팅 엔지니어링 등이 전했다. 가까운 미래에는 생명유지에 필수적인 기관인 심장의 결함이나 손상을 접착형 밴드를 통해 간단히 치료할 수도 있을 것으로 에상된다. 연구팀은 산화 환원 촉진을 통과한 광노출 후 연속 강화(CLEAR)라는 새로운 3D 프린팅 방법을 개발했다. 이 소재는 심장 박동을 견딜만큼 탄력적이면서도 관절에 가해지는 압력을 견딜만큼 강하다. 특히 환자 맞춤형으로 제작할 수 있어 다양한 의료 분야에 활용될 수 있다. 이번 연구 결과는 지난 2일 과학 학술지 '사이언스(Science)'에 게재됐다. 차세대 바이오 소재 연구팀은 이 기술이 심장에 약물을 직접 전달하는 내부 붕대, 연골 패치, 무바늘봉합 등 차세대 바이오 소재 개발의 토대가 될 것으로 기대한다. 연구 책임자인 제이슨 버딕 CU 볼더 바이오프론티어 연구소 교수는 "심장 조직과 연골 조직은 스스로 복구하는 능력이 매우 제한적이라는 점에서 비슷하다. 한 번 손상되면 회복이 어렵다"며 "더 탄력적인 소재를 개발해 복구 과정을 돕는다면 환자들에게 큰 도움을 줄 수 있다"고 말했다. 기존의 의료용 기기는 주로 몰딩이나 주조 방식으로 제작되어 대량 생산에는 적합하지만, 환자별 맞춤형 제작에는 한계가 있었다. 최근 3D 프린팅 기술은 다양한 형태와 구조의 소재로 제작할 수 있어 의료 분야에 새로운 가능성을 열고 있다. 3D 프린팅은 살아 있는 세포를 포함한 다양한 재료를 사용해 물체를 층층이 쌓아 물체를 만드는 기술이다. 특히 하이드로젤(콘택트렌즈 소재)은 인공 조직, 장기 임플란트 제[작에 유망한 소재로 주목받았지만, 기존 3D 프린팅 하이드로젤은 의료 분야에 필요한 강도와 유연성이 부족해 늘어나면서 쉽게 찢어지거나, 압력에 의해 깨지거나, 너무 뻣뻣해서 조직에 맞게 성형하기 어렵다는 문제점이 있었다. 이에 버딕은 기존 3D 프린팅에 대해 "심장에 딱딱한 플라스틱을 붙였다고 상상해 보자. 심장이 뛰는 동안 변형되지 않고 그냥 부러질 것"이라고 설명했다. 새로운 3D 공정은 습한 조직에 붙을 수 있는 견고하고 유연한 소재를 생산해, 기존 프린팅의 문제점을 해결했다. 연구팀은 기존 하이드로젤의 한계를 극복하기 위해 'CLEAR'라는 새로운 3D 프린팅 방법을 개발하여 긴 분자들을 얽히게 만들었다. CLEAR(Continuous-curing after Light Exposure Aided by Redox initiation)는 3D 프린팅 소재에 긴 분자를 얽어 넣어 작동하는 방식이다. 이렇게 제작된 소재는 기존의 DLP(Digital Light Processing, 디지털 광원 처리) 방식으로 제작된 소재보다 훨씬 강하고 동물 조직 및 장기에 잘 부착되는 것으로 나타났다. 장기에 부착 가능한 3D 프린팅 소재 연구팀은 강도와 탄성을 모두 갖춘 3D 프린팅 하이드로젤을 개발하기 위해 벌레의 움직임에서 영감을 얻었다. 벌레는 서로 얽히고 풀리는 과정을 반복하며 3차원 '웜 블롭(worm blob)'을 형성하는데, 이는 고체와 액체의 특성을 모두 가지고 있다. 새롭게 개발된 소재는 엄격한 인장 및 하중 지지 테스트를 거쳤다. 그 중에는 샘플 위에 자전거를 놓는 다소 특이한 절차도 포함됐다. 연구팀은 이러한 테스트를 통해 개발된 소재가 기존 소재보다 월등히 높은 강도와 탄성을 지녔음을 입증했다. 팀은 이 소재가 표준 3D 프린팅 공정을 사용해 만든 소재보다 엄청나게 튼튼하다는 것을 발견했다. 특히 이 소재는 동물 조직과 장기에 대한 호환성과 접착력도 입증했다. 공동 제1저자이자 버딕 연구소의 연구원인 맷 데이비슨은 "이제 우리는 조직을 기계적으로 지지할 만큼 강한 소재를 3D로 인쇄할 수 있다. 이전에는 한 번도 해 본 적이 없다"고 말했다. 연구팀은 이 기술이 심장 결함 복구, 조직 재생 약물 전달, 탈출된 디스크 고정, 수술 부위 봉합 등 다양한 의료 분야에 활용될 수 있을 것으로 기대한다. 특히, 이 기술은 개인 맞춤형 의료 기기 제작에 혁신을 가져올 것으로 예상된다. 또한 이 방법은 경화 과정에 추가 에너지가 필요하지 않아 친환경적이며, 의료 분야뿐만 아니라 연구 및 제조 분야에도 폭넓게 활용될 수 있을 것으로 전망된다. 버딕의 연구팀은 예비 특허를 출원했으며, 이들 물질에 대한 조직 반응을 조사하기 위해 추가 연구를 곧 수행할 예정이다.
- 포커스온
2024-08-08
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
[기후의 역습(39)] 그린란드 빙상서 화석 발견…빙하 상실로 해수면 상승 위험 증가

그린란드 빙상은 과거에도 녹았었지만 기후가 따뜻해짐에 따라 앞으로는 더 빠른 속도로 녹을 것으로 보인다. 과학자들은 이로 인해 해수면이 6~7.6m까지 상승할 수 있다고 경고한다. 그런 가운데, 지난 110만 년 동안 한 때 따뜻한 시기에 그린란드의 거대 빙하 가장자리가 아닌 중심부가 녹아 내렸고, 다양한 곤충과 식물의 서식지였던 건조하고 척박했던 툰드라 지형이 바뀌었다는 새로운 연구 결과가 나와 주목된다고 CBS뉴스가 보도했다. 이 연구 결과는 미국 국립과학원 회보에 게재됐다. 빙하가 처음 녹기 시작했을 때 대기 중 온실 가스 농도는 오늘날보다 낮았다. 과학자들은 대기 중 이산화탄소가 더 많이 발생하면서 그린란드의 빙하가 이전에 생각했던 것보다 더 쉽게 녹을 것으로 우려하고 있다. 새로운 연구를 공동으로 수행한 버몬트 대학교의 폴 비어먼 박사팀은 "그린란드는 270만 년 동안 빙하가 존재해 왔지만, 이제 그 빙하가 취약해져 깨질 수 있다는 증거가 나왔다"고 밝혔다. 연구팀은 2014년부터 그린란드 빙상 아래에서 다양한 물질을 수집해 연구를 진행해 왔다. 그들은 거의 30년 전, 빙하의 중심부 표면 아래 3.2km 떨어진 곳에서 추출한 GISP2라고 불리는 빙핵 바닥의 퇴적물을 조사했다. 분석 결과 퇴적물 샘플에는 그린란드의 과거에 대한 정보와 단서들로 가득 차 있었다. 현미경으로 들여다 본 샘플의 작은 검은 반점에서는 곤충의 눈, 북극 양귀비 씨앗, 북극 버드나무 조각, 토양 곰팡이와 이끼의 작은 부분들이 발견됐다. 이들은 여러 화석들로, 비어먼은 이를 "얼음 아래에 얼어붙은 생물 생태계"라고 불렀다. 이 화석은 빙하의 90%가 한때 사라졌었다는 것을 직접적으로 확인해 준다고 한다. 비어먼은 "일단 빙상의 중심을 잃게 되면 모든 것을 잃게 되는데, 빙상의 중심에서 이 화석들을 발견한 것은 그린란드의 얼음이 과거에 사라졌었다는 명백한 증거"라고 말했다. 이 발견은 이른바 '취약한 그린란드'라는 가설을 뒷받침한다. 비어먼은 인간의 영향을 받지 않는 자연이 빙하가 형성된 이후 적어도 한 번은 녹은 적이 있다고 말했다. 65만6000평방마일의 그린란드 빙하는 현재 섬 전체의 약 80%를 덮고 있다. 이는 미국 텍사스주의 약 3배에 달하는 면적이다. 그린란드의 얼음 손실을 지도로 만든 나사(NASA)는 이 빙하가 지난 몇 년 동안 빠르게 감소했으며, 이로 인해 지구 해수면이 연간 약 0.03인치(약 0.0762cm) 상승했다고 밝혔다. 비어먼에 따르면 그린란드의 녹는 얼음은 현재 해수면 상승의 첫번째 주요 원인이다. 비어먼은 그린란드 얼음 전체가 녹기까지는 수천 년이 걸릴 수 있지만, 그 결과는 매우 끔찍할 것이라고 경고했다. 수억 명의 사람들이 집과 사업을 잃을 수 있고, 유서 깊거나 아름다운 도시를 포함해 엄청난 면적의 땅이 사라질 수 있다는 것이다.
- 포커스온
2024-08-07

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