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나사, 지구 표면 광물 분포 지도 최초 공개…지하자원 개발·환경오염 예측에 활용
- 미국 항공우주국(NASA)이 최근 지구 표면 광물 분포 지도를 처음으로 공개했다. 이 지도는 지하자원 개발과 환경 오염 예측 등에 활용될 것으로 전망된다. 나사의 EMIT(Earth Surface Mineral Dust Source Investigation, 지표면 광물 분진 출처 조사) 임무는 2023년 11월 종료된 연도의 데이터를 활용하여 지구의 건조한 지역에 존재하는 적철광, 괴철광, 카올리나이트와 같은 광물들에 대한 최초의 세계 지도를 제작했다. EMIT는 나사가 진행하는 미션으로, 지표에서 대기를 향해 상승하는 미네랄 분진의 근원을 조사하는 것을 목표로 한다. 이 미션은 2022년 4월, 국제 우주 정거장(ISS)에 장착된 EMIT(Earth Surface Mineral Dust Source Investigation) 분광기의 운영을 시작으로 본격적으로 진행되고 있다. EMIT은 나사의 제트추진연구소에서 개발한 이미징 분광계를 사용하며, 이 임무를 통해 지구 표면의 광물 구성에 대한 더 자세한 정보를 제공한다. 이 미션은 먼지가 공중에 떠 있는 때에 기후에 미치는 영향을 평가하기 위해 3가지 광물과 추가로 7가지 다른 광물에 대한 수십억 개의 측정값을 수집했다. 약 250마일(410km) 상공에서 지구 표면을 측량하는 EMIT은 지구의 지질학자나 항공기로는 측정하기 어려운 광범위한 지역을 스캔하면서 동시에 동등한 수준의 세부 정보를 효과적으로 수집한다. 현재까지, 이 임무는 지구 중심에서 약 6900마일(11,000km) 너비의 벨트 내 건조 지역을 포함한 연구 영역에서 55,000개 이상의 "장면" [50 x 50마일(80 x 80km) 표면 이미지]를 촬영했다. 이 임무는 또한 17개월 동안 궤도에서 매립지, 석유 시설, 그리고 기타 기반 시설에서 배출되는 메탄과 이산화탄소 기둥을 감지하는 등 다양한 추가 기능을 입증했다. 과학자들은 이 지도를 통해 기후 변화 및 다른 환경적 요인에서 미세 입자의 역할을 모델링하고 연구할 수 있게 됐다. EMIT 과학팀의 일원인 애리조나주 투산에 위치한 행성 과학 연구소의 로저 클라크(Roger Clark) 선임 과학자는 "표면의 화학적 특성을 이해하기 위해서는 이미징 분광학을 활용할 수 있다. 이미징 분광학은 빛의 반사와 흡수를 측정하여 표면의 구성을 파악하는 기술이다"라고 설명했다. 클라크 박사는 이어 "EMIT는 이미징 분광학을 통해 지구 표면의 광물 분포를 조사하는 임무다. EMIT의 데이터는 지구의 기후 변화와 생태계에 미치는 먼지의 영향을 보다 정확하게 이해하는 데 도움이 될 것이다"라고 덧붙였다. 기후 변화 연구 활용 먼지는 대기 중에서 태양 에너지를 흡수하거나 반사하여 지구의 기후에 영향을 미친다. 더 어둡고 산화철이 풍부한 먼지는 태양 에너지를 흡수하여 지구를 따뜻하게 만들 수 있다. 반면 철을 기반으로 하지 않는 더 밝은 먼지는 빛과 열을 반사하여 지구를 냉각시킨다. EMIT의 지도는 지구 표면에서 발생하는 먼지의 종류와 양을 보다 정확하게 파악할 수 있게 해줌으로써, 먼지가 기후에 미치는 영향을 보다 정확하게 예측하는 데 도움이 될 것으로 기대된다. 먼지가 생태계에 미치는 영향 먼지는 바다와 육지에 떨어져 생태계에 영향을 미친다. 바다에 떨어진 먼지는 식물성 플랑크톤의 번식을 촉진하여 수중 생태계를 풍요롭게 만든다. 또한, 육지에 떨어진 먼지는 토양을 비옥하게 하여 식물의 성장을 돕는다. EMIT의 지도는 먼지가 생태계에 미치는 영향을 더 정확하게 이해하는 데 도움을 줄 것으로 기대된다. 예를 들어, 먼지가 바다에 미치는 영향을 연구하기 위해 먼지 발생 지역과 바다 사이의 먼지 수송 경로를 추적할 수 있다. 또한, 먼지가 식물 성장에 미치는 영향을 연구하기 위해 먼지 발생 지역과 식물 성장 지역 사이의 먼지 확산 경로를 추적할 수 있다. 아울러 EMIT의 데이터는 광물 먼지 외에도 다양한 다른 연구 분야에 활용될 수 있다. 예를 들어, 희토류 원소와 리튬 함유 광물을 탐색하는 데 사용할 수 있다. 또한, 지구 표면의 식물 종류, 눈과 얼음의 분포, 인간 활동의 흔적 등을 연구하는 데 활용할 수 있다. EMIT의 연구팀은 "EMIT 데이터는 우리의 지구에 대한 이해를 크게 향상시킬 잠재력을 지니고 있음을 인식하고 있다"라고 강조했다.
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나사, 지구 표면 광물 분포 지도 최초 공개…지하자원 개발·환경오염 예측에 활용
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블루 오리진, 15개월 만에 뉴 셰퍼드 로켓 무인 임무 성공
- 미국의 민간 우주기업 블루 오리진의 24번째 미션이 성공했다고 엔가젯과 CNN 등 다수 외신이 20일(현지시간) 보도했다. 우주 관광 사업을 주력으로 하는 블루 오리진(Blue Origin)은 미국의 민간 우주기업으로, 2000년 아마존의 창업자 제프 베이조스가 설립했다. 블루 오리진은 15개월만인 19일(현지시간) 오전 10시 42분 미 텍사스주 밴 혼 발사장에서 뉴 셰퍼드(New Shepard) 로켓을 발사했다. 뉴 셰퍼드는 발사 후 우주의 경계로 여겨지는 약 107km(약 66.5마일) 고도에 도달한 뒤 부스터와 승무원 캡슐은 안전하게 분리되어 지구로 성공적으로 귀환했다. 로켓은 발사 후 7분 30초 만에 수직으로 착륙했고, 승무원 캡슐은 발사 후 10분 만에 낙하산을 펼치고 성공적으로 착륙했다. 이번 뉴 셰퍼드 로켓 발사는 2022년 9월 이후 15개월 만에 이루어졌다. 앞서 무인 캡슐을 장착한 23번째 뉴 셰퍼드는 텍사스에서 발사된 지 1분 만에 약 8㎞ 상공에서 부스터 엔진이 갑자기 불꽃을 내뿜으며 추락했다. 지난 3월 블루오리진은 해당 로켓 엔진 노즐의 '구조적 결함'이 원인이라고 발표했다. 한편, 이번 임무는 승무원 없이 진행되었지만 33개의 과학 탑재체를 저궤도로 운반했다. 그 중 절반 이상이 미국 항공우주국(NASA)에서 가져온 것이었다. 이번 발사를 통해 연구원들은 몇 분 동안 무중력 상태에서 이러한 탑재체(payload·페이로드)에 대한 원격 연구를 수행할 수 있었다. 예를 들어 허니비 로보틱스의 탑재체는 다양한 중력 조건에서 행성 토양의 강도를 연구했다. 또한 '미래를 위한 클럽' 이니셔티브의 학생 엽서 3만 만8000장도 발송 목록에 포함됐다. 이날 뉴 셰퍼드 로켓은 지상 시스템 문제로 원래 발사가 취소될 예정이었으나 결국 발사에 성공했다. 이날 비행과 관련하여 보고된 문제는 없었지만, 카운트다운이 몇 분간 지연됐다. 이번 임무는 사실상 뉴셰퍼드 부스터의 수소 기반 로켓 엔진의 오작동으로 인해 조기에 종료된 2022년 9월 비행을 재실행하는 것이었다. 이 이상 현상으로 인해 미국 연방항공청(FAA)의 조사가 완료될 때까지 블루 오리진 발사가 중단됐다. FAA의 조사는 지난 9월 종료됐다. 이에 블루 오리진은 기관에서 요구한 일련의 시정 조치를 처리한 후 발사를 재개할 수 있게 됐다. 여기에는 부스터 엔진과 노즐의 재설계, 일부 절차적 변경 등이 포함됐다. 이번 성공으로 블루 오리진은 우주 관광사업 재개에 속도를 낼 계획이다. 블루 오리진은 그동안 여러 차례 상업 비행에 성공했으며, 제프 베이조스도 2021년 7월 이 로켓을 타고 우주 관광을 다녀왔다. 블루 오리진은 향후 승무원 탑승 비행에 대한 공식적인 계획을 발표하지 않았지만 최근 발사 타워에 엘리베이터를 설치했다. 발사 해설자 에리카 와그너는 이날 라이브 스트리밍에서 이는 향후 발사에 "장애인과 더 많은 사람들이 더 쉽게 접근할 수 있도록 하기 위한 것"이라고 말했다. 이를 위해 블루 오리진은 승무원 탑승 항공편의 고객 유치를 위한 프로모션을 강화하기 시작했다. 향후 발사에 페이로드 추가를 신청할 수도 있다. 블루 오리진 뉴 셰퍼드 프로그램 수석부사장인 필 조이스는 "내년에 로켓 발사 횟수를 늘릴 것"이라며 "뉴 셰퍼드에 대한 수요가 지속적으로 증가함에 따라 더 자주 비행할 수 있기를 기대하고 있다"고 말했다. 블루 오리진의 수석 이사인 에리카 와그너도 "우리는 곧 다음 승무원들이 탑승하는 모습을 볼수 있기를 기대하고 있다"고 말했다.
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블루 오리진, 15개월 만에 뉴 셰퍼드 로켓 무인 임무 성공
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플로팅 팜, 미래 농업의 청사진⋯3층 구조 수상농장 주목
- 최근 기후변화로 식량 안보에 대한 우려가 커지고 있는 가운데 물 위에서 농작물을 키우는 플로팅 팜(Floating Farm)이 주목받고 있다. 기후변화로 인해 해수면 상승, 가뭄, 폭염, 기습 폭우 등 자연재해가 빈번해지면서 농업에도 큰 영향을 미치고 있다. 야후는 기후변화로 인한 농작물의 저조한 작황 문제를 해결하기 위해 새로운 농업 방식에 대한 연구가 활발히 진행되고 있으며 그 중 하나가 플로팅 팜이라고 부르는 수상 농장이라고 소개했다. 수상 농장은 물 위에 떠 있는 구조물에서 식물을 재배하거나 가축을 키우는 방식이다. 네덜란드 플로팅 팜 세계 최초의 수상농장으로 네덜란드 플로팅 팜이 있다. 이 플로팅 팜은 2019년 네덜란드 로테르담 항구에 문을 연 3층 구조물로 이루어져 있다. 이 수상 농장은 1층은 치즈 숙성실, 2층은 우유 가공실, 3층은 젖소 사육실로 사용되고 있다. 네덜란드 플로팅 팜의 소들은 건초와 오렌지 껍질을 먹고, 분뇨는 유기질 비료로 사용된다. 이 소들은 네덜란드의 세 강에서 이름을 따온 마스-레인-이셀(Maas-Rijn-Ijssel) 젖소들로 세계 최초의 플로팅 팜에서 키워지고 있다. 네덜란드는 해수면 상승으로 인한 홍수 피해가 우려되는 국가 중 하나인데 플로팅 팜의 장점은 홍수나 폭풍에 대한 저항력이 뛰어나고, 물 위에 떠있기 떄문에 토지와 물 사용을 줄일 수 있다. 또한 자원 순환을 통해 탄소 배출을 줄일 수 있다. 플로팅팜은 소의 분뇨를 비료로 재활용하고, 오줌을 정화하여 소의 식수로 사용하여 자원 순환을 통해 탄소 배출을 줄일 수 있다. 인도와 방글라데시의 플로팅 팜 인도와 방글라데시의 해안 지역에서도 플로팅 팜이 확산되고 있다. 남아시아 환경 포럼(South Asian Forum for Environment)은 몬순 홍수에 대비하기 위해 대나무 뗏목에 묘목을 심는 전통적인 방법을 발전시켜 왔다. 대나무 뗏목은 폭풍우에 더 잘 견딜 수 있도록 더 크고 무겁게 제작되었으며, 플라스틱 덮개와 그늘망으로 연약한 식물을 보호하고, 태양열 펌프를 사용하여 빗물을 모아 관개에 이용한다. 플로팅 팜, 기후 변화 대응 가능 플로팅 팜은 지상에 비해 수중에서 운영되기 때문에 지표면에 노출된 토양이나 잔디 등의 유기물을 감소시킨다. 이로써 온실가스 배출을 줄일 수 있어 기후 변화에 긍정적인 영향을 미칠 수 있다. 또 플로팅 팜은 태양 에너지를 활용하여 작물을 생산하는데 활용될 수 있다. 이는 재생에너지를 통한 에너지 소비 감소로 이어져 기후 변화 대응에 기여할 수 있다. 플로팅 팜은 홍수, 가뭄 등의 재해에 강하게 대응할 수 있는 장점이 있다. 수중에서 운영되기 때문에 지상의 환경 변화에 상대적으로 덜 영향을 받아 안전성이 향상될 수 있다. 플로팅 팜의 기대효과 플로팅 팜은 생산성 증대와 지역적 다양성을 통해 식량 안보를 강화할 수 있다. 더 안정적이고 다양한 식량 생산을 통해 급격한 가격 변동이나 식량 부족에 대응할 수 있다. 또한 지표면의 변화를 최소화하면서 수중에서 농업을 수행하기 때문에 지역의 수질 및 수생태계를 보전할 수 있다. 플로팅 팜은 기후 변화와 식량 안보에 대한 현대적이고 지속 가능한 농업 모델을 제시하며 이는 미래의 농업 방식에 대한 지식과 기술적 발전을 촉진할 수 있다. 플로팅 팜은 식량 안보와 기후 변화에 대응하는 새로운 방법으로 주목받고 있지만, 아직까지는 초기 단계에 있다. 수상 농장이 성공적으로 확산되기 위해서는 기술 개발과 교육, 그리고 지역적 특성 등을 고려한 정책적 지원이 필요하다.
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플로팅 팜, 미래 농업의 청사진⋯3층 구조 수상농장 주목
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천연 곰팡이 '수목균근균', 옥수수 수확량 40% 증가시켜
- 천연 곰팡이의 일종인 수목균근균(AMF)이 농작물 수확량을 40%나 향상시킨다는 연구 결과가 나왔다. 현재 세계는 인구 증가와 기후 변화로 인해 식량 부족에 대한 위협에 직면해 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 많은 나라들이 농업 생산성 향상에 노력하고 있다. 과학기술 전문 매체 뉴 아틀라스(NEW ATLAS)에 따르면 스위스 연구팀이 옥수수 농지 토양에 수목균근균(AMF)을 처리하면 추가 비료나 살충제 사용 없이도 옥수수 수확량을 40%까지 향상시킬 수 있다는 연구 결과를 발표했다. 수목균근균은 식물의 뿌리와 공생하는 곰팡이로, 식물에 영양분을 공급하고 병원균으로부터 보호하는 역할을 한다. 이 연구에서 연구팀은 스위스의 54개 옥수수 농장의 800개 시험 재배지에서 파종 전에 수목균근균(AMF)을 토양에 혼합했다. 이 균류는 건강한 토양에서 자연적으로 발생하며 식물의 뿌리에 침투해 나무와 같은 '구조물(arbuscules, 아부스큘레)'을 형성한다. 이 구조물이 가지를 뻗으면 식물의 뿌리 표면적을 넓혀 영양분 흡수를 높인다. 이 연구의 공동 책임자이자 취리히 대학교의 토양 생태학자이자 농업 연구 센터인 아그로스코프의 마르셀 반 데어 헤이덴 박사는 "4분의 1의 농지에서 균근균이 최대 40%의 수확량 향상을 가져왔다"며 "엄청난 일이죠"라고 말했다. 연구 결과, 수목균근균을 처리한 시험 구획 농지 약 25%에서 옥수수 수확량이 40%까지 증가했다. 나머지 농지의 3분의 1에서는 수확량이 거의 증가하지 않거나 심지어 감소하기도 했다. 스위스 연방정부의 농업연구기관인 아그로스코프(Agroscope)의 공동 제1저자인 스테파니 루츠는 "토양에 많은 곰팡이 병원균이 존재할 때 (수목균근균) 접종이 가장 효과적이라는 사실을 발견했다"라고 말했다. 곰팡이(균근균)는 토양에 대한 1차 방어선을 제공해 작물 수확량을 감소시킬 수 있는 식물을 공격하는 병원균을 막는 것으로 알려져 있다. 다시 말하면, 병원균이 많은 토양에서는 수목균근균이 식물을 보호함으로써 수확량을 동일하게 유지하거나 오히려 수확량 증대 효과가 나타났다. 연구팀은 토양 마이크로바이옴 지표를 사용하여 파종 전에 주어진 구획에 대해 86%의 정확도로 식물 성장의 변화를 성공적으로 측정했다. 이를 통해 10개의 밭 중 9개 밭에서 접종 성공을 예측할 수 있었고, 따라서 수확량을 예측할 수도 있었다. 이번 연구 결과는 균근균이 식량 생산성을 높이는 데 효과적인 수단이 될 수 있음을 보여준다. 특히, 병원균에 감염된 토양에서 균근균의 효과가 두드러지게 나타났다. 이는 균근균이 식물을 병원균으로부터 보호하는 역할을 한다는 것을 시사한다. 수목균근균은 비료나 살충제 사용 없이도 식량 생산성을 높일 수 있는 친환경적인 방법이다. 따라서 이번 연구 결과는 지속 가능한 농업을 실현하는 데 기여할 것으로 기대된다. 균근균은 토양을 건강하게 유지하고 식물의 영양소 흡수를 촉진하는 효과가 입증되면서 농업 분야에서 주목받고 있다. 특히, 전 세계적으로 토양 황폐화가 심화되고 있는 상황에서 균근균은 지속 가능한 농업을 실현하는 데 중요한 역할을 할 것으로 기대된다.
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- 산업
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천연 곰팡이 '수목균근균', 옥수수 수확량 40% 증가시켜
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중국, 빛 효율 높인 20층 수직 식물 공장 공개
- 과학의 발전은 농업의 생산성과 밀접한 관계를 맺고 있다. 의식주의 기본이 되는 농업의 경제성과 생산성을 높이기 위해 다양한 기기나 농법이 발명되어 왔기 때문이다. 최근 중국에서는 최초의 자체 개발 무인 수직 식물 공장이 공개됐다. 다층 구조 내에서 연중 지속적인 녹색식품 생산이 가능한 효율적인 농업 시스템이라는 점에서 화제를 모으고 있다. 중국 미디어 그룹 CMG는 중국 농업과학원 산하 도시농업연구소(IUA)가 20층짜리 수직 식물 공장을 개발했다고 보도했다. CMG에 따르면, 수직 농업 기술은 시설 농업의 진화된 형태를 나타내며, 전 세계 농업 과학과 기술 탐구에서 중대한 도전과제로 자리 잡았다. 이 기술은 다층적 구조를 통해 연중 지속 가능한 녹색식품 생산을 가능하게 하는 효율적인 농업 시스템을 제공한다. 이 시스템은 도시 지역뿐만 아니라 사막이나 척박한 땅과 같은 비옥하지 않은 환경에서도 식량 생산에 활용될 수 있다. 특히 미래 도시 환경에서 지역 식량 공급의 안정성과 재배 가능 공간의 확대에 큰 장점이 있다는 평가를 받고 있다. 중국 연구팀은 식물 공장의 낮은 빛 효율성과 높은 에너지 소비 문제를 해결하기 위해 '플랜트 라이트 공식' 개발에 중점을 두었다. 이는 식물 공장의 주요 문제점을 극복하는 데 기여한 것으로 알려져 있다. 이들이 구축한 20층 높이의 수직형 무인 식물공장은 세계 최초의 사례로, 현대 농업 기술의 새로운 지평을 열었다고 평가받고 있다. IUA 부국장 간 빙쳉(Gan Bingcheng)은 CMG 보고서를 통해 현재 청두(Chengdu·成都)에 위치한 전체 자동화 생산 시스템이 식물 재배 기술의 최첨단에 있으며, 이 시설의 층수는 세계에서 가장 높다고 밝혔다. 보고서에 따르면, 이 20층짜리 시스템은 자체 개발된 작물 품종, 수직형 3차원 관개 및 재배 시스템, 자동 영양분 공급 시스템, 그리고 인공지능(AI)을 기반으로 하는 지능형 제어 시스템을 통합하여 연중 안정적인 녹색 식품 생산을 실현할 수 있다. 이 시스템은 기후 변화나 지리적 한계에 영향을 받지 않으며, 빛과 온도 및 기타 환경 조건을 정밀하게 조절함으로써 약 35일마다 상추를 수확할 수 있다. 이로 인해 연간 10회 이상의 녹색 채소를 수확할 수 있다. 이는 연간 약 50톤 이상의 생산량을 의미하며, 약 4헥타르 규모의 농지에서 얻을 수 있는 수확량과 맞먹는다. 이와 같은 시스템은 토지 이용의 효율성을 대폭 향상시킬 뿐만 아니라, 경작 가능한 자원의 보존에도 기여할 것으로 예상된다. IUA는 지난 11월 쓰촨성 펑저우에서 개최된 야채 박람회에서 체인형 확장 가능한 이동 보조 조명 기술과 수직 공간 보조 조명 재배 기술 등 다양한 혁신적인 기술들을 선보였다. 한편, 토양 상태나 기상 조건의 영향을 받지 않는 스마트팜은 토지 면적이 제한적인 도심 지역에서도 효율적으로 작물을 재배할 수 있는 혁신적인 농장 시스템이다. 이 시스템은 주로 수경 재배 방식을 사용하는데, 이는 토양이 작물 성장에 꼭 필요한 요소가 아니기 때문이다. 작물에 필요한 모든 영양분은 물을 통해 공급되며, 줄기를 지지하기 위한 지지대를 사용하는 형태로 구성되어 있다. 수경 재배 방식이 물 사용량이 많다는 문제점을 가지고 있음에 따라, 농업 분야에서는 새로운 재배 방식이 등장했다. 바로 에어로팜(Aerofarm)이 그 해결책이다. 이 방식은 적은 양의 물을 사용해도 작물을 재배할 수 있으며, 성장 속도가 빠르고 대량 생산이 가능하다는 큰 장점을 가지고 있다. 에어로팜은 특별히 제작된 천 위에서 작물을 재배하는 방식으로, 천을 통해 내려오는 뿌리 부분에만 물과 영양분을 분사한다. 이 방법을 통해 전통적인 수경 재배 방식에 비해 물 사용량을 약 40%까지 줄일 수 있는 것으로 알려져 있다.
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중국, 빛 효율 높인 20층 수직 식물 공장 공개
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중국, 지하 2400ｍ에 세계 최대 암흑물질 탐사 연구시설 가동
- 중국이 쓰촨성 진핑산 지하 2400ｍ에 암흑물질(dark matter) 탐사를 위한 세계 최대 지하 연구시설을 가동했다. 사우스차이나 모닝 포스트(SCMP)는 7일(현지시간) 중국 관영 신화통신을 인용, 쓰촨성 진핑산에서 지하 2400ｍ에 위치한 33만㎡ 규모의 세계 최대 초심층 연구실 '중국 진핑 지하 실험실(China Jinping Underground Lab)'이 이날 가동을 시작했다고 보도했다. 진핑 지하 실험실은 올림픽 수영 경기장 120개에 해당하는 규모로, 이전까지 최대 지하실험실 이었던 이탈리아 그란 사소 국립실험실(Gran Sasso National Laboratory)의 약 두 배 크기다. 이 실험실은 2010년 1단계 공사에서 4000㎡ 규모로 건설됐으며 2020년 12월 칭화대 등과 함께 2단계 확장 공사를 시작해 3년만에 완공됐다. 실험실은 터널을 통해 자동차로 접근할 수 있다. 세계에서 가장 깊은 땅속에 위치한 이 실험실은 다른 곳에서는 접할 수 없는 특별하고 조용한 청정 실험 환경을 제공한다. 대부분의 우주선(cosmic ray)을 차단하는 극도의 깊이에 위치한 이 연구실은 과학자들이 우주 구성 총물질의 약 26%를 차지한다고 여겨지는 보이지 않는 물질인 암흑물질 탐지에 이상적인 '초(ultra)청정'한 환경을 조성하는 것으로 알려졌다. 암흑물질은 우주를 구성하는 총 물질의 26.8%를 차지하는 정체불명의 물질이다. 유럽 핵연구기구(CERN)에 따르면 암흑 물질은 빛을 흡수, 반사 또는 방출하지 않기 때문에 발견하기가 매우 어렵다. CERN은 미지의 물질인 암흑물질을 연구하는 장비를 보유하고 있다. CERN의 강력한 입자 가속기인 대형 강입자 충돌기는 프랑스-스위스 국경의 제네바 인근 지하 100m에 위치해 있다. 이 충돌기는 국제 연구자들이 암흑물질을 찾는 데 사용된다. 과학자들은 암흑물질이 가시 물질에 미치는 중력 효과를 통해 암흑물질의 존재를 추론할 수 있었다. 즉 암흑물질은 전파나 적외선, 가시광선, 자외선, X선, 감마선 등과 같은 전자기파로도 관측되지 않으며 오로지 중력을 통해서만 존재를 인식할 수 있는 가설상의 물질이다. 암흑물질은 우주생성 초기부터 널리 존재하면서 은하의 구조 등을 결정하는 중요한 역할을 한 것으로 알려졌으나 빛을 내지 않고 다른 물질과 거의 반응하지 않기 때문에 관측이 대단히 어렵다. 암흑물질의 수수께끼를 풀면 연구자들이 우주의 구성과 은하가 어떻게 서로 결합하는지 더 잘 이해할 수 있을 것으로 보인다. 과학자들은 눈에 보이는 물질은 우주 전체 질량의 5%만을 차지하고 나머지 95%는 암흑물질과 암흑에너지라고 추정한다. 2010년 진핑 연구소의 1단계 공사가 완공되었을 때 약 4000㎥의 규모였다. 칭화대학교와 국영 야롱강 수력발전회사가 공동으로 2단계 공사를 2020년 12월에 시작했다. 칭화대 웨첸(Yue Qian) 교수는 신화통신에 "진핑 실험실은 지구 표면 우주선의 1억분의 1에 해당하는 극소량의 우주선에만 노출되기 때문에 암흑물질 연구를 위한 초청정한 공간을 제공한다"고 말했다. 또 "실험실 내 환경 방사선과 자연 발생 방사성 가스 라돈의 농도가 극도로 낮은 것도 암흑물질 탐지를 향상시킬 수 있다"면서 "우리는 가장 중요한 과학적 탐구에 착수할 수 있다"고 말했다. 그는 "이 연구실이 입자 물리학, 핵 천체 물리학, 우주론, 생명 과학 및 암석 역학 분야 등의 학제간 연구를 지원할 것"이라고 덧붙였다. 신화통신은 칭화대, 상하이 교통대, 베이징 사범대학의 과학자와 중국원자력연구소, 중국과학원 암석 및 토양 역학 연구소 등으로 구성된 10개의 연구팀이 이미 이 시설에 주둔했다고 전했다. 한편, 한국은 강원도 정선군의 예미산 지하 1000미터에 위치한 세계적 수준의 고심도 지하실험시설 '예미랩'에서 우주의 비밀을 밝히고 있다. 이곳에서는 '암흑물질'과 우주를 구성하는 기본 입자인 '중성미자' 연구 등이 진행되고 있다.
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중국, 지하 2400ｍ에 세계 최대 암흑물질 탐사 연구시설 가동
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FAO "세계 식량 시스템의 숨겨진 비용, 12조 달러"
- 유엔 식량농업기구(FAO)가 발표한 보고서에서 세계 식량 시스템은 건강과 환경에 해를 끼치는 '숨겨진 비용'으로 매년 12조 달러(1경 5588조원) 발생시키며 이는 전 세계 GDP의 약 10%에 해당하는 금액이라고 일본 매체 와이어드(WIRED)가 최근 보도했다. '숨겨진 비용'은 가격표에 직접 표시되지 않는 비용으로, 건강, 사회, 환경에 미치는 부정적 영향을 포함한다. 건강에 미치는 영향은 비만, 당뇨병, 심장병 등 비전염성 질병으로 인한 의료비용과 조기 사망률 증가로 나타낸다. 사회적 영향으로는 빈곤, 불평등, 분쟁 등이 있으며, 환경적 영향은 토양 침식, 수질 오염, 기후 변화 등이 있다. 숨겨진 비용의 규모와 구성 FAO 보고서에 따르면, 숨겨진 비용의 73%는 건강에 미치는 영향으로, 주로 비전염성 질병으로 인한 의료비용 증가와 조기 사망률 증가에 기인한다. 환경에 미치는 영향은 20%로 두 번째로 큰 비중을 차지했다. 이는 토양 침식, 수질 오염, 기후 변화 등으로 인한 경제적 손실과 환경 피해로 나타났다. 나머지 8%는 사회에 미치는 영향이다. 빈곤, 불평등, 분쟁 등으로 인한 경제적 손실과 사회적 피해가 여기에 속한다. 국가별 숨겨진 비용의 차이 숨겨진 비용은 국가마다 크게 다르다. 저소득 국가에서는 GDP의 평균 27%에 달했으나 고소득 국가에서는 8%에 불과했다. 저소득 국가에서는 숨겨진 비용의 거의 절반이 빈곤과 관련이 있다. 이는 농부들이 충분한 량의 식량을 재배하지 못하거나 경제적 이유로 필요한 농산물을 구입하지 못하는 경우가 많기 때문이다. 반면, 고소득 국가에서는 숨겨진 비용의 대부분이 건강에 해로운 식단과 관련이 있다. 고소득 국가에서는 육류, 설탕, 가공식품 등 건강에 해로운 식품의 소비가 증가하는 경향이 있기 때문이다. 예를 들어, 초콜릿의 주성분인 카카오는 주로 가나와 코트디부아르에서 재배되지만, 이 지역의 농부들은 매우 낮은 임금을 받는다. 카카오는 주로 고소득 국가, 특히 유럽에서 많이 소비되며, 설탕을 첨가한 초콜릿 바 형태로 가공된다. 유럽인들이 초콜릿 소비를 줄이고 더 공정하며 질 좋은 제품을 구매한다면, 서아프리카의 농부들은 더 나은 임금을 받을 수 있으며, 유럽인들의 건강에 미치는 부정적 영향도 감소할 것이다. 노팅엄 대학의 식품 시스템 연구소 소장인 잭 보보(Jack Bobo) 소장은 국경을 넘어 비용과 가치를 계산하는 것은 매우 복잡하다고 말했다. 유럽연합(EU)은 2030년까지 유럽 농지의 4분의 1을 유기농으로 전환하고 비료 사용을 최소 20% 감축하는 것을 목표로 하는 '팜투포크(Farm-to-Fork)' 전략을 추진하고 있다. 이 전략은 유럽의 환경 비용을 줄일 수 있는 가능성이 있지만, 동시에 농장의 전반적인 생산성을 감소시킬 수 있다. 결과적으로 유럽은 브라질과 같은 국가로부터 더 많은 식량을 수입해야 할 필요가 생길 수 있으며, 이는 해당 지역의 삼림 벌채를 촉진하고 숨겨진 환경 비용을 증가시킬 수 있다. FAO의 연구에 따르면, 고소득 국가의 숨겨진 식량 비용 중 80% 이상이 건강에 해로운 식단과 관련되어 있다. 고소득 국가에서는 육류, 설탕, 가공식품과 같은 건강에 해로운 식품의 소비가 증가하고 있으며, 이로 인해 비만, 당뇨병, 심장병과 같은 비전염성 질병으로 인한 의료비용이 늘고 있다. 숨겨진 비용을 줄이기 위한 노력 궁극적으로 이러한 숨겨진 비용을 낮추기 위해서는 정부와 개인, 기업의 협력이 필수적이다. 정부는 건강과 환경을 고려한 식량 정책을 마련해야 한다. 예를 들어, 건강한 식품을 저렴한 가격에 제공하고, 환경에 미치는 부정적 영향을 최소화하는 정책을 도입할 수 있다. 개인은 건강에 해로운 육류, 설탕, 가공식품 등의 섭취를 줄이고, 과일, 채소, 통곡물과 같은 건강에 좋은 식품을 섭취함으로써 건강한 식단을 유지하는 것이 좋다. 기업은 지속 가능한 식품 생산을 위해 환경에 미치는 영향을 최소화하고, 노동자의 권리를 보호하며, 윤리적인 방법으로 식품을 생산해야 한다. 이러한 조치들을 통해 숨겨진 비용을 줄이고 지속 가능한 식량 시스템을 구축하는 데 기여할 수 있다. FAO는 현재 내년도 보고서를 준비 중이며, 이 보고서는 각국이 식품 시스템의 실제 비용을 이해하고, 이를 반영하는 데 도움이 될 수 있는 일련의 사례 연구를 제공할 예정이다. 이러한 사례 연구는 국가들이 식품 시스템에 관한 보다 명확한 인식을 갖고, 효과적인 정책을 수립하는 데 기여할 것으로 기대된다.
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- 산업
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FAO "세계 식량 시스템의 숨겨진 비용, 12조 달러"
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커피 찌꺼기, 숯보다 뛰어난 탈취력으로 환경 지킨다
- 커피를 추출하고 남은 찌꺼기는 환경보호에 유용하게 사용될 수 있다. 일본의 웨더뉴스 보도에 따르면 커피 찌꺼기는 숯보다 우수한 탈취 효과를 가지고 있다. 웨더뉴스의 2022년 설문조사 결과, 커피 찌꺼기를 버리는 사람이 61%에 달했다. 이는 커피 찌꺼기의 높은 탈취력을 잘 모르고 있는 데 따른 것으로 보인다. 커피 찌꺼기는 활성탄의 5배에 달하는 탈취 효과가 있어 환경을 지키는 데 활용할 수 있다. 커피 찌꺼기는 다공성 구조를 가지고 있어 암모니아를 효과적으로 흡수한다. 또한 추출된 커피 찌꺼기의 분자는 암모니아를 화학적으로 흡착 및 중화하여 불쾌한 냄새를 제거하고 탈취 효과를 발휘한다. UCC 커피 아카데미의 연구에 따르면, 커피 찌꺼기는 활성탄에 비해 암모니아 흡수율이 높다. 수분 함량이 7%인 활성탄은 암모니아 흡수율이 17.3%인 반면, 수분 함량이 4%인 커피 찌꺼기는 41.0%, 수분 함량이 21%인 커피 찌꺼기는 90.5%의 흡수율을 보여, 활성탄보다 최대 5.23배 높은 효과를 나타냈다. 커피 찌꺼기의 탈취 효과를 살린 재사용 방법은 다음과 같다. 화장실이나 냉장고 탈취제 집에서 커피를 추출한 후 남은 찌꺼기는 화장실이나 냉장고의 탈취제로 유용하게 사용될 수 있다. 커피 찌꺼기를 평평한 용기에 담아 화장실에 두면 탈취 효과를 볼 수 있으며, 1~2일마다 교체하는 것이 좋다. 고온에서는 곰팡이가 생길 수 있으니 주의해야 한다. 커피 찌꺼기를 말려 신발이나 신발장, 냉장고 등에 넣어 탈취제로 사용할 수 있다. 커피 찌꺼기를 충분히 말린 후 부직포 봉지에 넣으면 신발장이나 냉장고용 탈취제로 사용할 수 있다. 건조한 찌꺼기를 티팩과 같은 봉지에 넣어 사용하면 흩날림을 방지할 수 있다. 잡초 방제와 비료 효과 커피 찌꺼기는 정원 가꾸기에도 유용하다. 일본 UCC와 긴다이 대학 농학부의 공동 연구에 따르면, 커피 찌꺼기를 토양에 혼합하면 겨울에는 해바라기, 여름에는 호밀 등 식물의 성장에 긍정적인 효과가 있는 것으로 나타났다. 커피 찌꺼기는 토양에 혼합하면 첫해에는 식물의 성장을 억제할 수 있다. 이는 커피 찌꺼기에 포함된 카페인과 폴리페놀 등의 물질이 작용하기 때문으로 추정된다. 하지만 토양과 혼합한 후 12개월이 지나면 식물의 성장 억제 효과가 감소하고, 두 번째 해에는 토양 내 비료로 사용되는 탄소와 질소의 함량이 증가하는 등 토양의 질 개선 효과가 나타난다. 커피 찌꺼기는 식물의 성장을 촉진하고 병충해에 대한 저항력을 강화하는 효과가 있다. 또한, 퇴비로 쉽게 전환될 수 있어 토양 개량에도 매우 효과적이다. 이렇게 다양한 활용 방안이 있는 커피 찌꺼기는 단순한 쓰레기가 아닌 친환경적인 자원이다. 커피를 마신 후에는 커피 찌꺼기를 버리지 않고, 정원 가꾸기나 탈취제 등 다양한 방법으로 재활용함으로써 환경 보호에 기여할 수 있다.
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- 생활경제
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커피 찌꺼기, 숯보다 뛰어난 탈취력으로 환경 지킨다
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박테리아, 암세포 DNA 파괴 화합물의 합성 과정 밝혀내
- 미국 플로리다주 주피터에 위치한 허버트 베르트하임 UF 스크립스 생물의학 혁신 및 기술 연구소의 연구팀이 암을 포함한 인간의 질병과의 싸움에 도움이 될 수 있는 새로운 효소를 발견했다고 과학 전문매체 싸이테크데일리가 최근 보도했다. 연구팀이 발견한 '보조 인자 없는 산소 분해 효소'는 박테리아에서 유래되며, 공기 중의 산소를 획득해 화합물에 통합하는 독특한 특성을 보인다. 이러한 과정을 통해 유기체는 방어 물질을 합성하고, 감염이나 침입자에 대항하는 생존적 장점을 갖게 된다. 연구팀에 따르면, 발견된 보조 인자 없는 산소 분해 효소인 TnmJ와 TnmK2는 항생제 및 항암 화합물인 티안시마이신 A의 효능에 대한 의문을 해결하는 데 중요한 역할을 한다. 연구원 춘귀(Chun Gui)와 에드워드 칼크루터(Edward Kalkreuter)는 이러한 발견이 암 치료 및 항생제 개발에 중요한 기여를 할 수 있을 것으로 기대한다고 전했다. 2016년 처음 발견된 티안시마이신 A는 암세포의 DNA를 끊어 죽이는 효과가 있는 화합물로 바이러스나 다른 세균을 죽이는 데에도 효과적이다. 현재 암 표적 항체 치료제 개발에 중요한 요소로 주목받고 있으며, 이 치료제는 항체와 약물을 결합해 암세포에 결합한 후 약물을 방출하여 암세포를 제거한다. 티안시마이신 A는 종양 크기를 크게 줄이는 효과를 나타내며, 쥐를 대상으로 한 실험에서 암 치료제로의 개발 가능성을 시사했다. 이 화합물은 토양에 서식하는 박테리아에서 발견되었으며, 세 개의 탄소-탄소 결합을 끊어 DNA를 손상시키고 탄소-산소로 결합으로 대체하여 DNA를 파괴해 암세포를 파괴할 수 있게 했다. 허버트 베르트하임 UF 스크립스 생물의학 혁신 및 기술 연구소는 천연 제품 컬렉션에서 발견된 다양한 화합물을 연구하고 있으며, 이를 통해 화학적 다양성이 진화한 이유와 그 유용성에 대한 탐구를 진행하고 있다. 이는 앞으로 더 많은 혁신적인 발견을 기대할 수 있게 하는 연구 분야로 주목받고 있다. 세계 최대의 미생물 천연 컬렉션 중 하나인 이 연구소의 천연물 발견 센터를 이끄는 벤 센 박사는 "신약 발견의 역사에 대한 박테리아 화학물질의 기여는 놀랍다"고 말했다. 센 박사는 "시중에 판매되는 FDA 승인 항생제 및 항암제의 거의 절반이 천연 제품이거나 천연 제품이라는 사실을 아는 사람은 거의 없다"고 말했다. 그는 "자연은 이러한 복잡한 천연 제품을 만드는 최고의 화학자다. 우리는 매혹적인 화학과 효소학을 이해하기 위해 현대 게놈 기술과 계산 도구를 적용하고 있으며 이는 전례 없는 속도로 발전하고 있다. 이 효소는 최근의 흥미로운 사례다"라고 설명했다.
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- IT/바이오
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박테리아, 암세포 DNA 파괴 화합물의 합성 과정 밝혀내
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美 메릴랜드대, 야생 '뱀파이어 바이러스' 최초 발견
- 미국에서 '뱀파이어 바이러스'가 야생에서 최초로 발견돼 과학자들의 주목을 받고 있다. 영국의 의사이자 소설가였던 존 윌리엄 폴리도리(1795~1821)는 흡혈귀 즉 '뱀파이어' 소설을 집필해 큰 인기를 끌었다. 밤에 나타나 사람들의 피를 빨아먹고, 삶을 연명하는 뱀파이어는 지금까지도 수많은 영화로도 제작될 만큼 단골 소재로 쓰이고 있다. 이러한 뱀파이어 바이러스가 실제로 발견돼 세상을 놀라게 했다. 영국 매체 메일 온라인은 미국 메릴랜드대학교 볼티모어 카운티(UMBC) 연구팀이 스스로를 복제하기 위해 다른 바이러스에 달라붙는 병원체인 '뱀파이어 바이러스'를 처음으로 관찰했다고 최근 보도했다. 연구팀은 오랫동안 이론적으로 대부분의 자가 복제와는 달리 일부 바이러스가 다른 바이러스를 '잡아먹는 현상'을 알고 있었다. 메릴랜드의 연구팀은 '위성 바이러스'와 '도우미 바이러스'라 불리는 바이러스 간의 상호작용을 현미경을 통해 관찰했다. 연구 결과, 박테리아를 감염시키는 일종의 바이러스인 박테리오파지가 토양 매개 바이러스의 '목' 부분(캡시드가 바이러스의 꼬리와 연결되는 부위)에 부착하는 것을 발견했다. 수석 연구원이자 생물학자인 타지드 드카발로(Tagide deCarvalho)는 이러한 현상을 목격하고 믿을 수 없었다고 밝혔다. 그는 "박테리오파지나 다른 바이러스가 또 다른 바이러스에 부착되는 것을 목격한 사람은 거의 없었다"고 말하며 놀라움을 나타냈다. 바이러스 간의 관계에서 '위성'과 '도우미'라는 용어가 사용된다. 여기서 '위성'은 자신의 생명주기 동안 도우미 바이러스에 의존하는 감염성 요소를 의미한다. 연구팀은 토양에서 발견되는 스트렙토마이세스 박테리아(조력자 역할을 하는 종)를 포함해 위성 박테리오파지(박테리아를 감염시키는 바이러스)의 샘플을 연구했다. 일반적으로 박테리오파지는 유전적으로 통합된 유전자를 가지고 있으며, 보통은 도우미 바이러스에 직접 부착하지 않는다. 그러나 UMBC에서 연구된 '미니플라이어(MiniFlayer)'라고 명명된 이 위성은 유전적 통합이 없는 것으로 알려진 최초의 사례다. 이는 숙주 세포의 DNA에 병합될 수 없기 때문에 생존하려면 숙주 세포에 들어갈 때마다 '마인드플라이어(MindFlayer)'라는 도우미 바이러스 근처에 있어야 한다. 실험 결과에 따르면, 분석된 도우미 바이러스 중 80%(50개 중 40개)가 목 부위에 위성 바이러스가 부착된 상태로 관찰됐다. 이러한 발견을 바탕으로, 연구팀은 이 현상의 직접적인 증명은 아직 이루어지지 않았음에도 불구하고, 바이러스 간의 부착이 중요한 의미를 갖는다고 추론했다. 이반 에릴 생물학 교수는 이에 대해 "부착이 없다면, 위성 바이러스가 어떻게 세포 내부로 들어갈 수 있을지 보장할 수 없다"고 지적했다. 추가 관찰을 통해 미니플라이어와 도우미 바이러스가 오랫동안 함께 진화해온 사실이 밝혀졌다. 에릴 교수는 "이 위성 바이러스는 적어도 1억 년 동안 도우미 바이러스와 관련되어 게놈을 조정하고 최적화해왔다"고 주장했다. 에릴 연구팀의 대학원생이자 논문 공동 제1저자인 엘리아 마스콜로(Elia Mascolo)는 위성, 도우미, 숙주의 게놈을 분석하여 이전에는 알려지지 않았던 이러한 바이러스 관계에 대한 추가적인 단서를 밝혀냈다. 대부분의 위성 바이러스는 숙주 세포 내부에 들어간 후 그 세포의 유전 물질에 통합될 수 있는 유전자를 가지고 있다. 이를 통해 도우미 바이러스가 세포에 들어올 때마다 위성 바이러스가 번식할 수 있게 되며, 숙주 세포는 위성 바이러스가 분열할 때 그것의 DNA와 자신의 DNA를 복제하게 된다. 특히 바이러스 간의 상호 작용이 질병의 발병과 전파에 어떤 영향을 미치는 지 이해하는 데 도움이 될 것으로 기대된다.
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- 생활경제
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美 메릴랜드대, 야생 '뱀파이어 바이러스' 최초 발견
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바나나, 멸종 위기…캐번디시 '파나마병 TR4' 남미 확산
- 세계적으로 가장 많이 소비되는 캐번디시 바나나가 멸종 위기에 직면했다. 영국 매체 조(JOE)에 따르면, 캐번디시 바나나를 위협하는 파나마병 TR4가 최근 남아메리카에서도 발견됐다. 파나마병 TR4는 토양에서 서식하는 곰팡이로, 식물의 혈관계를 공격하여 식물의 시들게 한다. 이 병균은 이미 아시아, 아프리카, 중동, 호주, 중앙 아메리카에서 카벤디시 바나나를 감염시켰다. 캐번디시 바나나는 전 세계 바나나 생산량의 약 47%를 차지하는 품종으로, 영국에서만 연간 50억 개 이상이 소비된다. 캐번디시 바나나는 비교적 저렴한 가격과 달콤한 맛으로 많은 소비자들에게 사랑받고 있다. 유전자 변형 기술로 저항력 향상 연구 과학자들은 유전자 변형 기술을 활용하여 캐번디시 바나나의 병에 대한 저항력을 향상시키기 위한 연구를 진행 중이다. 퀸즐랜드 과학기술대학(QUT)의 연구팀은 QCAV-4라는 유전자 변형 캐번디시 바나나를 개발하고 있다. QUT의 제임스 데일 교수는 "캐번디시 바나나의 수출 시장이 심각하게 영향을 받기 전에 해결책이 마련될 것이라고 확신한다"고 말했다. 그러나 현재 유전자 변형 기술은 아직 상용화 단계에 이르지 못했으며, 캐번디시 바나나를 대체할 수 있는 새로운 품종 개발에도 상당한 시간이 걸릴 것으로 예상된다. 만약 캐번디시 바나나가 멸종될 경우, 식품 공급망에 큰 혼란이 발생할 것으로 우려된다. 바나나는 전 세계에서 가장 많이 소비되는 과일 중 하나로, 바나나를 주 원료로 사용하는 다양한 제품들 또한 이에 영향을 받을 수 있다. 한국 바나나 소비량 한국에서 바나나는 과일 중에서 가장 많이 소비되는 품목 중 하나다. 2022년 기준, 우리나라의 바나나 소비량은 약 100만 톤으로, 이는 전세계 바나나 소비량의 약 1%에 해당하는 규모다. 국내에서 소비되는 바나나는 주로 에콰도르, 필리핀, 콜롬비아 등에서 수입되는 캐번디시 바나나다. 파나마병 TR4가 국내에 유입될 경우, 캐번디시 바나나 의존도가 높은 국내 바나나 산업에 큰 타격이 예상된다. 정부는 파나마병 TR4의 국내 유입 방지를 위해 검역 강화 등의 조치를 취하고 있다. 또한, 캐번디시 바나나를 대체할 수 있는 새로운 바나나 품종을 개발하기 위한 연구도 진행하고 있다.
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바나나, 멸종 위기…캐번디시 '파나마병 TR4' 남미 확산
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AI 탑재 드론, 생명을 구하다
- 최근 드론(무선전파 유도에 의해 비행 및 조종이 가능한 무인 항공기) 기술이 발전하면서 넓은 농지에 농약을 뿌리고, 적을 탐색하고 공격하거나, 사람을 찾고 도로의 상황을 전달하는 등 다양한 분야에서 이용되고 있다. 최근 독일에서는 드론에 인공지능(AI)를 탑재해 호수에 빠진 사람을 구하는 일까지 성공해 '팔방미인' 다운 면모를 보여 화제가 되고 있다. 독일 매체 제이트온라인(ZEIT ONLINE)에 따르면, 인공지능을 탑재한 드론이 독일 브란덴부르크 작센(Brandenburg-Saxon) 국경 인근 파트비처 호수에서 진행된 '레스큐플라이(RescueFly)' 연구 프로젝트 시연에 성공했다고 전했다. 이 프로젝트는 AI를 탑재한 드론이 긴급 신고, 드론 사용, 구조 임무 종료까지 전 과정을 시연했다. 자동화된 드론의 센서가 호수에 빠진 사람을 시뮬레이션해 이를 감지하고 식별한 후 긴급 신고 후, 인명구조를 위해 자동으로 이륙했다. 특히 이 드론은 사고 현장으로 향하는 경로를 미리 계산해 날아갔다. 인명구조 비상 시연 과정에서 드론은 최대 200g에 달하는 구조용 부유체를 물에 빠진 피해자 위로 정확하게 떨어뜨렸다. '레스튜브(Restube)'라고 불리는 이 제품은 물에 닿으면 자동으로 팽창해 익수자를 위한 수영 보조 장치 역할을 한다. 그런 다음 드론은 구조대원을 피해 현장으로 정확하게 안내할 수 있도록 조난 중인 사람 위에 오랫동안 머물렀다. 이후 격납고로 돌아온 드론은 카메라의 로터 영상과 기타 데이터를 이용해 손상 여부를 확인했다. 레스큐플라이 컨소시엄의 요아킴 본 베스텐(Joachim von Beesten) 대표는 "모든 구조 작업에서 시간이 가장 중요하다"며 "수상 사고의 경우 응급 신고와 위치 결정에 종종 어려움을 겪는 경우가 있다"고 토로했다. 파트비처 호수에 배치된 것과 같은 종류의 드론은 통제 센터에 긴급 신고가 접수되자마자 즉시 투입이 가능했다. 이번 프로젝트는 소방대와 구조 서비스에 큰 도움이 될 것이라는 게 루사티아(Lausitz) 통제 센터 프랑크 피츠너(Frank Fitzner)의 설명이다. 세계보건기구(WHO)에 따르면 익사는 사고사 원인 중 세 번째로 많으며, 전 세계 부상 관련 사망 중 7%를 차지한다. 강이나 호수는 여전히 인간을 위협하는 가장 큰 위험 요소다. 올해 독일에서 수영으로 인한 사망자 수는 작년보다 소폭 감소했다. 독일인명구조협회(German Life Saving Society)에 따르면 9월 중순까지 익사자는 263명으로 지난해 같은 기간보다 41명이 줄었다. 그럼에도 불구하고, 독일 응급 시스템을 구축하는데 핵심적인 역할을 한 비욘 슈타이거(Björn Steiger) 재단에서는 독일의 응급 치료를 위한 기본 조건에 대해 비판했다. 재단 설립자 우테(Ute)와 지그프리드 슈타이거(Sigfried Steiger)의 아들인 피에르 에릭 슈타이거(Pierre-Enric Steiger)는 "오늘날 환자를 위한 응급 치료에 있어서 우리는 기본적으로 50년 전으로 돌아갔다"고 지적하며 "세계 최고의 장비를 갖춘 차량과 인력을 보유하고 있음에도 너무 많은 규정 때문에 더 이상 일을 할 수 없게 만들었다"고 주장했다. 통일된 구조, 통일된 사양 및 통일된 품질 관리가 필요하다는 것이 그의 설명이다. 한편, 한국도로공사에서는 AI드론을 활용해 교통법규를 위반하는 차량을 집중단속 했다. 그동안 드론 영상을 분석해 사람이 직접 판별했지만, 데이터베이스를 활용해 자동으로 적발되는 시스템이 최근 도입됐다. 농업 분야에서도 드론과 AI기술을 접목해 작물 상태를 실시간으로 모니터링해서 병충해 조기 예방 등에 적용하고 있다. 또 작물이 자라는 대상 지역의 지형과 토양 조건을 분석하는데도 드론이 활용되고 있다.
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- IT/바이오
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AI 탑재 드론, 생명을 구하다
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호주-캐나다 팀, 유해 광산 폐기물을 '건강한 토양' 변환
- 호주와 캐나다의 과학 엔지니어링 팀은 유해 광산 폐기물을 작물이 자랄 수 있는 건강한 토양으로 변환하는 방법을 찾아냈다. 캐나다 매체 굿뉴스네트워크는 호주와 캐나다 팀이 최근 광산 폐기물을 건강한 토양으로 변환해 이미 옥수수와 수수를 재배하는 데 사용하고 있다며 이같이 보도했다. '테일링(Tailings, 우리 말로 '광산 덤프' 또는 '광미'로 해석)'은 채굴한 광물에서 유용한 금속을 분리한 후 남은 광산 폐기물에 대한 공식 산업 용어다. 일반적으로 중금속에 의해 독성이 있고 그로 인해 다른 어떤 것에도 사용할 수 없는 테일링은 지하수나 농지를 오염시키지 않도록 저장시설에 보관된다. 퀸즈랜드 대학과 사스카처완 대학의 팀은 수천억 달러의 광산 폐기물 저장비용을 절약하고 시설들이 고장나거나 버려질 때 발생하는 재앙을 막으려는 목적으로 미생물을 이용해 테일링을 건강한 토양으로 변환할 수 있는 방법을 연구했다. 퀸즈랜드 대학의 롱빈 황(Longbin Huang) 교수는 "'테일링'에는 식물을 재배하기 위한 생물학적인 친화적인 특성이 없다. 뿌리와 물이 폐기물을 관통할 수 없으며, '테일링'의 용해성 염류와 금속은 식물과 토양 미생물을 죽일 수 있다"며 "자연이 천천히 '테일링'을 비옥한 토양으로 바꾸도록 기다린다면 수천 년이 걸릴 수 있다"고 설명했다. 황 교수 팀은 캐나다 광원(CLS, Canadian Light Source)을 사용하여 '테일링'을 토양 미생물을 이용해 식물을 재배하기 위한 환경으로 변화되는 과정을 가속화하는 방법을 발견했다. CLS는 원형 입자 가속기의 한 종류인 거대한 싱크로트론(synchrotron, 빛을 생성하고 그 빛을 이용하여 물질의 성질을 연구하는 장치)으로, 일련의 자석의 배열을 통해 하전 입자(전자)가 거의 빛의 속도에 도달할 때까지 가속화시키는 방식으로 작동한다. 과학자들은 CLS의 싱크로트론 빛을 사용하여 유기-광물 인터페이스를 개발하고 광미를 활성화할 수 있는 방법에 대한 자세한 메커니즘을 시각화할 수 있었다. 황 교수는 "우리는 SM 빔라인을 사용해 즉각적인 인터페이스와 광물의 변화, 유기물과 상호 작용하는 방식을 나노미터 규모로 밝혀야 했다"고 말했다. 그는 "시설 접근과 빔라인 직원 전문가들의 의견은 우리가 양질의 데이터를 수집해 신뢰할 수 있는 과학적 증거를 확보하는데 매우 중요했다"고 덧붙였다. 데이터를 통해 과학자들은 테일링에 식물 껍질을 첨가한 후에 광산 폐기물을 토양 미생물로 재식립하는 데 성공할 수 있었다. 이러한 토양 미생물은 일부 잔류 유기물과 광물을 소비해 토양 입자로 집합시킨다. 황 교수는 "토양 파편에는 미생물 활동이 있는 표면이 있으며, 밀집된 광산 폐기물에서 기공성을 형성하여 가스와 물에서 뿌리와 미생물이 생존할 수 있게 된다. 그로 인해 광산 폐기물의 죽은 광물 매트릭스가 식물이 자랄수 있게 하는 토양과 유사하게 된다"고 말했다. 황 교수 팀은 토양, 피톤치드, 광산 폐기물과 미생물을 사용해 한 번에 장벽을 넘는 방법을 제공했다. 데이터를 분석한 과학자들은 식물을 심은 후의 광산 토양에서 미생물이 성공적으로 재정착되었다는 것을 발견했다. 이 토양 미생물들은 특정 잔류물과 미네랄을 분해하며, 이 과정에서 토양 입자들을 뭉치게 만든다. 황 교수는 "토양 부스러기에는 미생물 활성 표면이 있어 일반 토양과 마찬가지로 가스, 물, 뿌리 및 미생물이 생존할 수 있는 다공성 구조를 광미에 형성한다"고 설명했다. 그는 "이렇게 변화된 광미는 기본적으로 식물이 자랄 수 있게 해주는 토양과 같은 매개체가 된다"고 말했다. 그는 "이 과정이 12개월 안에 이루어질 수 있으며 과도한 경작, 비료 남용이나 기후 변화로 인해 손상된 토양을 복원하는 데에도 사용될 수 있다"고 덧붙였다.
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호주-캐나다 팀, 유해 광산 폐기물을 '건강한 토양' 변환
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나사, 소행성 베누 시료 첫 개봉
- 과학자들은 지난달 베누 소행성에서 가져온 시료에 놀라운 반응을 보였다. 그 놀라움의 원인은 어떤 것일까? 이 질문의 답은 오는 10월 11일 미국 우주항공국(NASA)의 라이브 방송을 통해 밝혀질 예정이다. 미국 CNN에 따르면, NASA의 오시리스 렉스(OSIRIS-Rex) 탐사선은 7년의 임무를 성공적으로 마무리하고 행성에서 취득한 시료를 곧 분석할 계획이다. 과학자들은 지난 9월 26일, 과학자들이 탐사선의 시료 용기를 열자, 용기 주변과 내부에서 암석과 토양을 수집하는 데 사용된 기구로부터 어둡고 미세한 물질을 발견했다. CNN은 이것이 소행성에 대한 초기 통찰을 제공하는 중요한 장면이라고 전했다. 이 시료는 지난 9월 24일, 미국 유타 사막의 국방부 유타 시험훈련장에 예상보다 3분 빠르게 도착했다. 탐사선은 베누라는 소행성에 착륙해 시료를 채취한 후 지구로 귀환했고, 이 과정에서 약 60억 2100만km(38.6억 마일)를 이동했다. 소행성은 태양계 형성 시기의 유물로, 행성이 초기에 형성되며 겪은 혼란스러운 시기의 모습을 반영한다. CNN은 지구 근처의 소행성들이 지구에 위협을 가하므로, 그들의 구성과 궤도를 파악하는 것이 지구와의 충돌 위험을 회피하기 위한 중요한 방법이라고 설명했다. 현재, 이 시료는 나사의 휴스턴 존슨 우주센터에 있는 청정실에서 정밀 분석을 위해 보관 중이다. 탐사선은 2020년 10월 터치 앤 고(Touch-and-Go) 방식의 TAGSAM 시료 획득 메커니즘을 이용해 베누 표면의 시료를 성공적으로 수집했다. 이 과정에서 많은 양의 물질이 획득되어 빠르게 분석할 수 있을 것이라는 기대가 컸다. 그러나 메커니즘 내부에서 아직 전체 시료에 접근하기 전에도 충분한 양의 물질이 확인되었다. 오시리스 렉스의 큐레이션 책임자인 크리스토퍼 스니드(Christopher Snead)는 "물질의 양이 많아 예상했던 것보다 분석에 더 많은 시간이 걸릴 것으로 보인다"라고 전했다. 미국 CNN 보도에 따르면, 현재 TAGSAM 헤드를 통해 수집된 시료의 초기 분석이 진행 중이며, 베누에서 얻은 물질에 대한 첫 번째 결과가 곧 공개될 것으로 예상된다. 오시리스 렉스는 2018년 12월 발사된 후 약 2년여 만에 지구에서 약 1억3000만km 떨어진 태양 궤도를 도는 소행성 베누의 상공에 도착했다. 2020년 10월에는 베누 표면에 착륙하여 시료를 채취한 후, 2021년 5월에 지구로 귀환하기 시작했다. 린지 캘러(Lindsay Keller) 오시리스 렉스의 시료 분석팀 대표는 "우리는 시료를 원자 단위까지 정밀하게 분석할 수 있는 세심한 기술을 갖추고 있으며, 이 분석을 위한 최고의 전문가와 최첨단 설비를 보유하고 있다"고 성명에서 밝혔다. 팀은 베누에서 얻은 시료의 초기 분석을 위해 주사 전자 현미경, X선, 적외선 기기 등을 활용하여 재료의 화학적 특성을 파악하며, 수화된 광물과 유기 입자의 존재를 확인한다. 또한, 소행성 내에 특정 광물이 풍부하게 존재하는지도 파악할 예정이다. 과학자들은 베누에서 얻은 풍부한 시료를 통해 무엇을 우선적으로 예상해야 할지에 대한 보다 명확한 인식을 갖게 될 것으로 예상하고 있다. 그들은 베누와 같은 소행성이 지구 초기 형성 단계에서 필수적인 원소인 물과 같은 물질을 지구에 전달했을 가능성을 검토하고 있다. 한편, 이 시료를 지구로 전달한 탐사선은 '오시리스 아펙스(OSIRIS-APEX)'라는 이름으로 재명명되었으며, 2029년에 지구 근처에서 맨 눈으로도 관측 가능한 거리까지 접근하는 소행성 아포피스의 연구를 위해 이동 중이다.
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나사, 소행성 베누 시료 첫 개봉
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지구 자전축, 80cm 또 기울어진 이유는?
- 지구의 자전축 기울기가 약 80cm(약 31.5인치)나 또 어긋난 것으로 밝혀졌다. 최근에 '지구의 기울기'가 다시 화제가 되고 있는 가운데, 과학자들의 조사에 따르면 지구의 기울기 변동이 가속화되어 31.5인치(약 80 센치)나 변경된 것으로 확인됐다. 이 데이터는 2023년 6월 지구과학 저널 「지구물리학 연구 레터(Geophysical Research Letters)」에 게재된 연구에 따른 것으로, '지하수의 과도한 채취'가 지구 기울기의 주요 원인으로 보고됐다. 또한 이 연구에서는 "지구의 기울기 변화와 전 세계적인 해수면 상승(약 0.24인치 또는 약 6mm) 간에 연관성이 있다"고 지적했다 지구 자전축의 변화가 세계 해수면에 어떤 영향을 미치는지, 그리고 지하수 채취가 왜 자전축의 기울기에 영향을 주는지, 그리고 자전축의 기울기가 31.5인치로 커진 것이 실제로 얼마나 큰 문제인지에 대해 정리했다. 먼저 자전축의 기울기는 지구에 어떤 영향을 미칠까. 자전축의 기울기는 지구를 특징짓는 특징 중 하나다. 자전축이 기울어져 있기 때문에 지구에는 봄, 여름, 가을, 겨울과 같은 계절이 발생하는 지역이 있으며, 북극과 남극에서는 궁극적으로 극야(위도 66.55도 이상인 극지방에서 겨울철에 해가 뜨지 않고 밤만 계속되는 기간)와 극주야(?)/백야(해가 지지 않아 밤에 어두워지지 않는 현상)가 존재한다. 이 현상을 놀이기구를 떠올리면 쉽게 이해할 수 있다. 자전축이 공전 궤도에 수직이라면, '틸트 어 휠(Tilt-a-Whirl)' 놀이기구처럼 어느 북반구나 남반구에서도 일년 내내 일정한 일조 시간을 가지며, 태양의 궤도 위치가 항상 같아 시간의 흐름에 따른 변화가 없을 것이다. 이와 같은 상황은 북극점과 남극점에서도 동일한 상황이 지속될 것이다. 하지만, 지구는 기울어져 있기 때문에 '틸트 어 휠' 내부에 있는 것처럼 중심(태양)이나 수평선에 가까워질 때도 있고 멀어질 때도 있다. 우리가 평소에 단단하다고 느끼는 지구의 안정성은 실제로는 그렇지 않다. 지구의 지각은 주로 단단한 암석으로 구성되어 있으며, 대부분의 지역에서는 약 40킬로미터(약 25마일)의 깊이에 이른다. 1 평방피트(약 930㎠) 크기의 지표면 아래 40킬로미터 깊이의 지각 부분은 부피로 따지면 대략 1만1000톤으로 추정된다. 이것은 2012년 티레니아 해에서 전복된 호화 여객선 코스타 콘코르디아(약 11만4000톤)의 무게와 거의 비슷하며, 이 배를 원래의 상태로 세울 수 있는 무게와 동일하다. 그러나 태양계 내에서 밀도가 가장 높은 행성인 지구에서도 40킬로미터 두께의 지각은 지구 지름의 0.33% 정도에 불과하며, 1만1000톤은 지구의 총 질량인 5.972 ×10²⁴kg에 비하면 미미하다. 지구를 M&M 초콜릿 한 알로 비유하면, 얇은 설탕 코팅 부분이 지각에 해당한다. 그렇다면 과도한 지하수 채취는 어떤 문제를 야기할까. 지각 위에는 바다가 있고, 지각 바로 아래에는 광대한 지하 담수층이 있다. 그 아래에는 유동성 있는 암석을 포함한 맨틀이 있으며, 외피 아래의 외부 핵은 액체이다. 현재 지구의 내부 핵은 고체라는 주장이 유력하다. 최근 발표된 지하수 관련 논문에서는 특정 현상에 대한 조사가 진행되고 있다. "지하수를 얻기 위해 지하 또는 지각 내에 저장된 물을 얻으려고 구멍을 뚫으면 갑자기 지구 외부의 일부 무게가 크게 가벼워지며, 지구 전체의 균형 유지에 매우 간단한 형태로 영향을 미치게 된다"는 설명이다. 볼링 공이나 회전하는 스피너 외부에만 구멍을 뚫는다면 어떤 변화가 일어나는지 상상해보자. 볼링공은 여전히 회전은 가능하겠지만, 원래의 회전과는 달리 불규칙한 방식으로 회전할 것이다. 게다가 지구에는 대량의 물과 용해된 금속이 있으므로, 이러한 물질들이 새로운 회전 방향에 영향을 받아 추가적인 회전 특성을 나타낼 수도 있다. 지구의 기울기는 '자전축 기울기'라고도 하며, 약 4만 1000년마다 22.1도에서 24.5도 사이로 변동한다. 지구의 위도 1도당 거리는 대략 111.11킬로미터(약 69마일)이기 때문에, 80cm의 변화는 사실상 크게 중요하지 않다고 볼 수 있다. 이 논문은 지구의 기울기에 영향을 미치는 특정 요인에 집중하고 있다. 중요한 것은 이 변화가 자연적인 변동이 아닌 인간의 활동에 의한 결과라는 점이다. 인류는 약 4만 1000년 전부터 존재했지만, 그 당시 인간은 지하수를 채취하기 위해 지각을 깊게 파지 않았다. 반면, 정화된 물을 위한 우물의 역사를 살펴보면, 약 9000년 전 신석기 시대의 시리아 텔 사비 아비아드(Tell Seker al-Aheimar) 유적에서 발견된 것이 가장 오래된 것으로 기록되어 있다. 과도한 지하수 채취 문제는? 미국 지질 조사국(USGS)에 따르면 지표면 아래의 수층은 세계의 강과 호수의 수백 배 이상의 물량을 포함하고 있다. 여기서수층은 지하수를 저장하는 암석과 퇴적층을 의미한다. 이 지하수는 지구의 다양한 지역(사막 포함)에서 볼 수 있지만, 접근이 어렵거나 정화 처리가 필요한 경우가 많다. 지하수는 지표면 근처에 위치하며, 단지 몇 시간 정도만 축적되었을 수도 있고, 지하의 매우 깊은 곳에서 몇 천 년 동안 존재했을 수도 있다. 미국 과학·공학·의학 아카데미와 애리조나 주립 대학교의 '과학과 기술의 이슈(Issues in Science and Technology)' 간행물에 따르면, 호수와 강의 담수 부족 때문에 인간은 지하수를 채취하기 시작했다. 이러한 지하수는 음용, 관개, 그리고 광물 채굴 등 여러 목적으로 사용되고 있다. 그렇지만 지하수의 과도한 채취는 자연 환경과 습지에 큰 피해를 준다. 이는 땅이 건조해지는 것뿐만 아니라 토양의 붕괴, 야생동물과 물고기, 나무에 대한 부정적 영향, 그리고 일부 종의 멸종 위험을 가져온다. 더욱이, 최근의 연구에서는 지하수 채취가 지구의 기울기에도 영향을 주고 있음이 밝혀졌다. 지구 기울기가 변한 다른 요인 지구는 완벽한 균형을 가진 공이나 볼링 공처럼 완벽하게 균형 잡힌 상태를 유지할 필요가 없다. 사실, 과학자들은 '테이아(Theia)'라는 천체가 원시 지구와의 충돌로 인해 지구가 기울게 되어 자전하게 되었다는 가설을 제기하고 있다. 이 충돌에 의해 원시 지구에서 분리된 부분이 달이 되었다고 추측하고 있다. 당시 충돌로 인해 원시 지구의 한 쪽에는 커다란 스위스 치즈 같은 크레이터가 생겨나, 그 결과 회전 축이 변화했다고 본다. 그 이후로 지구의 자전축이 다시 원래대로 돌아온 적은 없다. 지구와 같은 행성은 자전으로 인해 시간이 지남에 따라 점차적으로 거의 완벽한 구형에 가까운 형태로 변화한다. 이 개념은 '정적압력 균형'이라고 불린다. 사실, 거의 완벽한 구형에 가까운 형태는 행성이나 천체의 기본적인 특성 중 하나이다. 이를 고려하면 '테이아'라는 천체의 충돌 이전의 울퉁불퉁한 지구는 자전 활동이 회복되기 전까지 '행성'으로 간주되지 않았을 수도 있다. 지구의 자전축 기울기는 지구의 구 형태를 유지하는 데 영향을 미치지 않는다고 여겨진다. 지구의 정적압력 균형은 이러한 기울기와 상관없이 각 행성의 자전 현상에 의해 결정되기 때문이다. 미국 항공우주국(NASA)은 2018년 "20세기에 지구의 기울기 변화를 초래한 3가지 주요 원인을 확인했다"고 보고했다. 나사에서 파악한 원인은 '그린란드의 얼음 해빙', 빙하의 이동 또는 해빙으로 인해 얼음의 무게가 사라져 지각이 서서히 상승하는 '빙하성 반동', 그리고 '맨틀 대류'이다. 맨틀 대류는 지각 아래에 있는 유동성 있는 암석 성분이 가열되어 상층으로 이동하고 표면 근처에서 냉각되어 밀어내는 운동이다. 온도가 다른 암석의 밀도가 서로 다르기 때문에 중심을 뒤흔드는 것. 한편, 과학자들은 지구의 기울기가 많은 다른 요인에 의해 변동된다는 사실을 알고 있지만, 이러한 요인을 동시에 연구하는 단계는 아직 확립되지 않았다고 말했다. 2020년 논문에서 과학자들은 "지구는 내부에서부터 외부로 이르기까지 다양한 시간 스케일에서 연속적인 변화가 진행 중이기 때문에 이러한 동적 매개변수는 모두 안정된 값을 갖지 않으며 시간이 지남에 따라 변화한다"고 지적했다. 또한 "이러한 변동은 상대적으로 작기 때문에 최근까지 관측하기 어려웠다"면서 "앞으로 몇 년 안에 지구의 기울기 변화가 특정 요인에 의해 크게 변할 것이라는 뉴스를 자주 접할 가능성은 낮을 것으로 생각된다"고 밝혔다.
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지구 자전축, 80cm 또 기울어진 이유는?
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플라스틱 먹는 '효소' 연구 활성화⋯고비용 과제
- 플라스틱을 먹는 효소가 개발이 활성화돼 폐플라스틱 처리에 힘을 보탤 전망이다. 환경오염 주범으로 꼽히는 지구를 뒤덮은 폐플라스틱을 재활용하기 위해 수 많은 연구팀들은 다양한 해결책을 찾고 있다. 특히, 벌집나방 애벌레와 같은 생물학적 자원 활용은 소각이나 매립보다 환경친화적으로 플라스틱을 처리하는 유용한 도구가 될 수 있다. 미국 생화학·분자 생물학 매거진 'ASBMB 투데이'에 따르면, 스페인 생물학자 페데리카 베르토치니(Federica Bertocchini)는 약 10년 전 벌집나방의 애벌레가 플라스틱의 일종인 폴리에틸렌을 먹어 치운다는 사실을 발견했다. 폴리에틸렌은 플라스틱 용기 등을 만드는 데 흔하게 이용되지만, 잘 분해 되지 않는 특성이 있어 폐기가 어렵다는 단점이 있다. 최근 과학자들은 매립지나 자동차폐차장 등을 찾아다니면서 플라스틱을 분해할 수 있는 유기체를 찾고 있다. 이를 채취해 플라스틱의 구성 요소를 회수하는 효율적인 방법을 찾길 기대하고 있는 것. 이후 새로운 재료를 조합해 ‘무한 재활용’이 가능하도록 한다는 계획이다. 영국 포츠머스대 효소혁신센터 존 맥기한(John McGeehan)은 "놀랍게도 전 세계의 수백 개 그룹과 수천 명의 과학자들이 이 문제를 연구하고 있다"고 설명했다. 폐플라스틱, 환경오염 주범 플라스틱은 1950년대 들어 본격적으로 생산됐고 생산량도 급증했다. 매년 약 4억6000만 톤에 가까운 플라스틱이 생산되는 것으로 추정된다. 하지만 이렇게 생산된 플라스틱은 아쉽게도 소각하거나 매립지에 묻히고 있다. 플라스틱은 지구상의 심해나 극지방을 비롯해 비를 타고 내려오거나, 심지어 태반이나 모유, 사람의 혈액에서도 흔적이 보고 되는 등 우리 눈에 보이지 않는 구석구석까지 침투했다. 이처럼 플라스틱은 건강과 환경 문제와 직접 연결되어 있다. 그럼에도 수요는 줄어들지 않고 있으며, 생산량은 오는 2050년까지 10억 톤을 넘길 것으로 예상된다. 플라스틱은 가볍고, 형태를 잡기 쉬운 특성 때문에 이를 대체할 마땅한 소재가 없기 때문이다. 현실적으로 모든 플라스틱을 교체하거나 재활용할 수 없다는 점에서 차선책은 덜 만드는 것이다. 또 약 9%에 불과한 전 세계 플라스틱 재활용률을 높이는 것이 과제다. 하지만, 재활용 과정에서 유해한 화학물질을 흡수할 수 있으며, 수천 가지의 플라스틱 유형에는 각각 고유한 구성과 화학 첨가물이나 착색제가 들어 있어 대다수는 재활용할 수 없는 것이 문제다. 효소 재활용 회사 버치 바이오사이언스(Birch Biosciences) 공동 창립자이자 합성 생물학자인 요한 커스(Johan Kers)는 "우리는 심각한 플라스틱 순환성 문제를 안고 있다"며 "알루미늄과 종이 등은 재활용할 수 있지만 플라스틱 재활용은 힘들다"고 지적했다. '자연'에서 착안한 '효소' 주목 캘리포니아대학교 버클리 캠퍼스 고분자 과학자 팅 쉬(Ting Xu)는 "효소를 통한 접근법은 폐플라스틱을 폐기물의 원천이 아닌 귀중한 자원으로 전환시킬 수 있다"고 설명했다. 이미 1970년대에 플라스틱을 먹는 효소에 대한 연구가 시작됐다. 그러다가 2016년 일본 과학자팀이 사이언스 학술지에 플라스틱을 먹는 획기적인 박테리아의 새로운 변종에 대한 논문을 발표하면서 효소 연구에 다시 불을 지폈다. 교토공과대학 미생물학자 코헤이 오다(Kohei Oda)가 이끄는 연구팀은 이데오넬라 사카이엔시스(Ideonella sakaiensis) 201-F6이라고 불리는 미생물이 음료수병과 섬유에 널리 사용되는 폴리에스터인 PET 플라스틱을 주요 에너지와 식품 공급원으로 사용한다는 사실을 발견했다. 그 이후로 과학자들은 독일 라이프치히 묘지의 퇴비 더미, 그리스 하니아(Chania) 해변 등 전 세계 여러 장소에서 플라스틱을 먹는 미생물을 발견했다. 그리고 바다, 북극 툰드라 표토, 사바나 및 다양한 숲을 포함한 환경에서 자유롭게 떠다니는 DNA에서 발견된 2억 개 이상의 유전자에 대한 대규모 분석을 통해 플라스틱 분해 가능성이 있는 3만 개의 다양한 효소가 있다는 것을 찾아냈다. 맥기한은 콜로라도를 포함해 다른 지역의 국립 재생 에너지 연구소(National Renewable Energy Laboratory)의 동료들과 함께 이데오넬라 사카이엔시스의 플라스틱 섭취 능력을 담당하는 두 가지 효소를 조작해 성능을 높이고 연결해 플라스틱을 분해할 수 있는 효소 칵테일을 만들었다. 그 결과 이전보다 6배 더 빠르게 PET를 분해할 수 있었다. 최근 과학자들은 인공지능(AI)을 사용해 플라스틱을 더 빠르게 해중합[해중합은 유색 페트(PET)병이나 폴리에스터 섬유 등 플라스틱 분자를 화학적으로 분해하는 기술]하고, 표적 기질에 대해 덜 까다롭고, 더 높은 온도를 견딜 수 있는 효소를 찾아내고 있다. 초기 데이터에 따르면 생물학적 효소를 이용한 재활용은 플라스틱을 새로 만드는 것보다 탄소 배출량이 더 적은 것으로 알려졌다. 탄소와 산소가 얽혀 있는 PET 재활용 플라스틱은 생물학적 재활용에 가장 적합하다. 영국 포츠머스 대학교의 분자 생물물리학자 앤디 픽포드(Andy Pickford)는 이 물질이 '일종의 아킬레스건'이라고 말했다. PET은 탄소가 산소와 얽혀 있다. 직물과 음료수병에서 흔히 발견되며 매년 생성되는 플라스틱의 약 5분의 1을 차지하는 PET는 생물학적 재활용 업체들 사이에서 인기 있는 대상이자 상업적으로 이용 가능한 제품이기도 하다. 실제로 프랑스 회사 카르비오(Carbios)는 연간 5만 톤의 PET 폐기물을 재활용하는 것을 목표로 2025년 프랑스 북부에 바이오 재활용 공장을 열 계획이다. 호주에 본사를 둔 삼사라에코(Samsara Eco)는 2024년 멜버른에 PET에 초점을 맞춘 2만 톤 규모의 재활용을 계획하고 있다. 플라스틱 유형을 연구하고 있는 픽퍼드(Pickford)는 "PET와 유사한 화학적 구성을 가진 폴리아미드와 폴리우레탄도 본질적으로 효소에 의해 분해되기 쉬워 효소 재활용의 유망한 대상"이라고 말했다. 삼사라에코는 합성 폴리아미드의 일종인 나일론을 연구하고 있다. 지난 5월 버려진 옷으로 '세계 최초의 무한 재활용' 나일론-폴리에스테르 의류를 생산하기 위해 인기 운동복 브랜드 룰루레몬(Lululemon)과 다년간의 파트너십을 발표했다. 아직은 연구가 미진하지만 연구원들은 폴리우레탄을 분해하는 미생물에 대해서도 연구 중이다. '슈퍼웜' 유충 활용 기술 향상 효소 재활용은 순수 탄소 골격을 가진 플라스틱의 경우 전망은 흐리다. 비닐봉지를 만드는 데 사용되는 폴리염화비닐(PVC), 폴리비닐알코올(PVA), 폴리스티렌 및 폴리에틸렌을 포함하는 제품은 기름기가 많아 투입된 효소를 붙잡을 수 없기 때문이다. 그런데 페데리카 베르토치니는 데메트라(Demetra)와 세레스(Ceres)라는 이름을 붙인 왁스 벌레 타액에서 플라스틱 분해 효소를 확인했다. 이 효소는 탄소 골격에 산소를 주입해 실온에서 몇 시간 내에 폴리에틸렌을 분해하는 것으로 나타났다. 폴리스티렌을 연구하는 호주 퀸즈랜드 대학교의 미생물학자 크리스 린케(Chris Rinke) 박사는 '슈퍼웜(Superworm)'이라고 불리는 미국왕딱지벌레(Zophobas morio) 유충을 발견했다. 플라스틱을 기계적으로 작은 조각으로 파쇄하고 산소 원자를 투입해 '노화'한 다음 특수 기술을 사용해 해당 조각을 해중화하는 두 가지 과정을 통해 폴리스티렌을 분해한다. 린케 박사는 "곤충에서 발견되는 효소가 열쇠를 쥐고 있을 수 있다"고 말했다. 반면, 일부 전문가들은 생물학적 재활용 전망에 대해 낙관적이지 않다. 픽포드는 "아직 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, PVC와 같은 폴리올레핀이 대규모 효소 재활용을 위한 현실적인 목표가 될 것이라고 확신하지 못했다"며 "이런 경우 재활용이 가능한 새로운 플라스틱을 만드는 방향으로 전환하는 것이 더 현실적"이라고 말했다. 한국의 경우, 2020년 포스텍의 차형준 교수 팀은 '산맴돌이거저리(Plesiophthalmus davidis)'라고 불리는 검은 딱정벌레의 유충에서 폴리스티렌 소화 능력을 부여한 장내 세균인 '세라티아 폰티콜라(Serratia Fonticola)'에 대해 보고했다. 또 다른 그룹은 PLA를 포함한 특정 유형의 생분해성 플라스틱을 분해할 수 있는 두 가지 저온 적응성 곰팡이 균주[고산 토양과 북극 해안에서 분리된 라크네룰라(Lachnellula)와 네오데브리에시아(Neodevriesia)]를 발견했다고 보고했다. 하지만 효소를 활용하는 프로세스를 확장하는 것이 얼마나 쉬울지, 그리고 확장된 환경이 어떤 모습일지는 불분명하다. 한편, UN은 오는 2024년 세계 최초의 글로벌 플라스틱 오염 조약을 만들 예정이다. 플라스틱 오염을 억제하는 것을 목표로 하며, 특히 재활용을 더 쉽게 하기 위해 플라스틱 제품의 생산 과 설계에 대한 새로운 규칙을 도입할 것으로 예상된다. 다음 해에는 워싱턴과 캘리포니아, EU에서 플라스틱 용기와 음료수병 재료의 25%를 재활용 플라스틱으로 규정하는 법률이 시행될 예정이다. 그러나 추가적인 변화와 인센티브가 없다면 이러한 노력은 물거품이 될 수도 있다는 지적이다. 화석 연료의 저렴한 가격으로 인해 순수 플라스틱이 저렴하게 유지되는 한 생물학적 효소 활용은 비용 면에서 경쟁력이 없기 때문이다. 맥기한은 "과거 석유 및 가스 산업이 혜택을 누렸던 방식으로 PET 또는 기타 생분해성 공정에 인센티브를 부여해야 한다"며 "생물학적 재활용 기술이 향상되면 새로운 플라스틱과 경쟁할 수 있을 만큼 비용면에서 효율적일 것"이라고 강조했다. 그럼에도 그는 "효소가 전체 플라스틱 문제를 해결하지 못하지만 이제 막 첫 걸음을 뗐다"며 향후 발전에 기대감을 드러냈다.
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