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[신소재 신기술(72)] 새로운 에어로젤, 100% 태양 반사율과 뛰어난 복사냉각 효과 달성
- 중국 과학자들이 젤라틴과 DNA로 이루어진 새로운 생분해성 에어로젤을 개발해 태양 반사율 100%를 달성했다. 에어로젤은 90% 이상 공기로 이루어진 매우 가벼운 고체 물질이다. 세상에서 가장 가벼운 고체 중 하나인 에어로젤은 공기보다 약간 무거운 정도이며, 뛰어난 단열성을 지녀 극한의 온도에서도 열 전달을 효과적으로 막을 수 있다. 최근 중국 쓰촨대학 연구팀은 젤라틴과 DNA로 구성된 에어로젤을 개발해 태양 반사율 104%와 뛰어난 복사 냉각 효과를 달성했다고 인터레스팅 엔지니어링이 보도했다. 미국 과학진흥협회(AAAS)의 공식 성명에 따르면, 이 에어로젤은 생분해성이며 탁월한 복사 냉각 효과를 제공한다. 연구팀은 새러운 에어로젤은 가시광선 영역에서 104%의 반사율을 달성했으며, 이는 광 발광 효과에 의한 것이라고 밝혔다. 에어로젤의 발광은 젤라틴과 DNA가 촘촘하게 연결된 네트워크에서 비롯되며, 이는 발색단들을 함께 모아 시스템의 비복사 전이를 억제하는 데 기여한다. 이 냉각 소재는 특수한 층상 디자인과 빛에 노출될 때 독특하게 빛나는 방식으로 인해 많은 태양광을 반사할 수 있다. 또한 생분해성일 뿐만 아니라 수리와 재활용이 가능해 기존 냉각 소재에 대한 친황경적인 대안을 제시한다. 바이오매스 원료의 냉각 소재 특히, 이 소재는 바이오매스 원료를 사용하여 '워터 용접'이라는 공정으로 제작됐다. 높은 태양 복사 조건에서 주변 온도를 섭씨 16도까지 낮출 수 있으며, 수리와 생분해가 가능하다. 이 연구의 제1저자인 지안웬 마(Jian-Wen Ma)는 젤라틴과 DNA는 구조적으로 균일한 에어로젤을 얻기 위해 동결 건조 공정을 통해 졸-겔 방식으로 설계됐다고 말했다. 마 연구원은 "에어로젤의 다층 구조는 햇빛의 다중 산란/반사를 허용하여 태양 반사율을 효과적으로 향상시킨다"고 말했다. 이 새로운 접근 방식은 에너지 소비가 많고 온실가스 배출량이 많은 기존 냉각 시스템의 문제를 극복하는 것을 목표로 한다. 바이오폴리머 기반 소재를 사용하여 장기적인 안정성과 최소한의 환경 영향을 제공한다. 냉각 소재는 맑음, 흐림 등 다양한 기상 조건에서 테스트에 성공했다. 또한 이 바이오매스 에어로젤은 자연 환경에서 미생물에 의해 생분해될 수 있으며, 고온 용해-재겔화-동결 건조 과정을 통해 재활용할 수 있다. 과학자들은 현재 에어로젤의 잠재적인 실용적인 응용 분야를 모색하고 있으며, 다양한 산업 분야에서의 활용 가능성을 긍정적으로 전망하고 있다. 이 연구는 지난 7월 4일 저널 '사이언스(Science)'에 게재됐다.
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[신소재 신기술(72)] 새로운 에어로젤, 100% 태양 반사율과 뛰어난 복사냉각 효과 달성
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코가 차가우면 고혈압?…얼굴 열 패턴 분석해 건강 상태 예측
- 고혈압이 있는 남성들은 비교적 코가 차갑고, 대사 장애가 있는 사람들은 눈 주위 온도가 더 높은 등 얼굴의 열 패턴을 분석하면 노화 정도 및 특정 질병 발생 위험을 예측할 수 있다는 연구 결과가 발표됐다. 중국 베이징 대학교 연구진은 코, 볼, 눈 주변의 열 방출량을 비교 분석해 건강한 노화를 모니터링하고 질병을 조기에 진단할 수 있는 잠재력을 확인했다고 사이언스얼러트가 4일(현지시간) 보도했다. 연구팀은 21세부터 88세까지의 다양한 연령대의 중국인 2811명의 얼굴 온도 데이터를 활용해 인공지능(AI) 프로그램을 학습시켰고, 그 결과 개인의 '생체 시계'를 암시하는 다양한 얼굴 열 패턴을 식별했다. 연구 결과 코 온도는 얼굴 다른 부위보다 나이가 들수록 빠르게 감소하는 반면, 눈 주변 온도는 나이가 들수록 상승하는 경향을 보였다. 이는 코가 따뜻하고 눈 주변이 시원한 사람일수록 얼굴 열 시계가 느리게 움직일 수 있음을 시사한다. 예를 들어 40대 남성 A씨와 B씨 얼굴 열 분포를 비교했을 때, A씨는 코 온도가 상대적으로 낮고 눈 주변 온도가 높았던 반면, B씨는 코 온도가 높고 눈 주변 온도가 낮았다. 이러한 결과를 바탕으로 연구팀은 A씨의 생체 시계가 B씨보다 빠르게 움직이고 있을 가능성을 제시했다. 즉, A씨가 B씨보다 노화가 빠르게 진행되고 있거나 특정 질병에 걸릴 위험이 높을 수 있다는 것이다. 연구에 따르면 대사 장애가 있는 사람들은 건강하고 나이와 성별이 같은 사람들보다 눈 주위 온도가 높은 가능성이 더 컸다. 연구진은 개일의 열 프로파일이 특정 생활 방식 요인 및 대사 건강과 연관되어 있음을 발견했다. 예를 들어 당뇨병 환자는 일연 연령의 건강한 사람보다 얼굴 열 패턴이 6년 이상 노화된 것으로 나타났다. 이는 얼굴 열 분포가 단순히 노화 정도뿐만 아니라 건강 상태를 반영할 수 있음을 시사한다. 더 나아가 연구팀은 개발한 기계 학습(머신 러닝) 모델을 통해 얼굴 열 지도를 분석하여 지방간이나 당뇨병 같은 대사 장애가 있는 지 여부를 80% 이상의 정확도로 예측할 수 있었다. 또한 고혈압 참가자는 눈 주변 및 볼 온도가 높게 나타났고, 고혈압 남성은 상대적으로 코 온도가 낮은 경향을 보였다. 열 화상 이미지가 연령에 따라 변하는 이유를 조사하기 위해 연구팀은 중국 한 병원에서 건강한 사람 57명의 혈액 검사와, 이 그룹의 열 화상 및 3D 얼굴 판독 결과를 분석했다. 그 결과 눈과 볼 주변의 온도가 상승하면 염증과 관련된 세포 활동이 증가하는 것을 발견했다. 연구팀은 "이번 연구 결과는 얼굴 열 이미지가 기존의 얼굴 이미지 모델로는 예측할 수 없었던 대사 질환과의 연관성을 보여주었다는 점에서 의미가 크다"며 "향후 임상 환경에서 얼굴 열 이미지를 활용해 질병 조기 진단 및 예방에 기여할 수 있기를 기대한다"고 밝혔다. 얼굴에서 방출되는 열은 주변 환경 및 감정 상테에 영향을 받을 수있기 때문에 참가자들은 온도가 일정하게 유지되는 방에서 안정된 상태로 얼굴 열 패턴을 측정했다. 이번 연구 결과는 학술지 '셀 메타볼리즘(Cell Metabolism)'에 게재됐다. 그러나 이번 연구 결과는 중국인 데이터를 기반으로 했기 때문에 다른 인구 집단에도 동일하게 적용될 수 있을지는 추가 연구가 필요하다. 이러한 제한점에도 불구하고 이 연구는 얼굴 열 분석을 통해 개인의 건강 상태를 파악하고 질병을 예측할 수 있는 새로운 가능성을 제시했다는 점에서 주목할만하다.
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코가 차가우면 고혈압?…얼굴 열 패턴 분석해 건강 상태 예측
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[기후의 역습(22)] 기후 변화로 상어 알 부화 둔화, 2100년까지 알 부화율 90% 급락 우려
- 상어 알 부화율이 금세기 말, 즉 2100년까지 최대 90%까지 급락할 수 있으며, 이는 상어 종의 생존이 위험에 처해 있음을 시사한다는 연구 결과가 발표돼 충격이다. 해양 온난화와 산성화가 증가하면서 배아가 상당수 사망함에 따라 전 세계의 알을 낳는 상어는 세기말까지 개체 수에 큰 타격을 입을 수 있으며, 100종 이상의 상어 종이 그 영향을 받는다는 것이다. 이는 프랑스 국립 자연사박물관의 노에미 쿨롱(Noémie Coulon) 박사팀이 발견했다. 지중해와 북동 대서양에서 관찰되는 작은 점박이 고양이상어(Scyliorhinus canicula)에 대한 연구에 기초한 것으로 뉴사이언티스트가 보고서 내용을 요약해 전했다. 작은 점박이 고양이상어는 배아가 들어 있는 튼튼한 가죽 알통을 낳아 번식하는 상어 종의 약 40%를 차지한다. 이 상어 배아는 해수 온도와 산도를 의미하는 pH 수치 등 해양 조건 변화에 매우 민감하다. 기후 변화와 지구 온난화에 따라 바다는 과거에 비해 대기로부터 과도한 이산화탄소를 흡수하고 있으며, 이로 인해 바다는 더욱 더워지고 더 산성화되고 있다. 박물관 연구팀은 바다 환경을 재현한 실험실 수조에서 월별 온도 변화를 포함한 다양한 해양 조건에 작은 점박이 고양이상어 알을 넣었다. 연구팀이 이 종을 선택한 이유는 유럽에서 가장 풍부한 상어 중 하나이기 때문이었다. 첫 번째 테스트에서는 산업화 이전 수준보다 온도가 섭씨 2.7도 상승하고 2100년까지 pH가 0.2로 떨어지는 '중간 수준 기후 시나리오'에서 예상되는 수질 조건을 만들었다. 두 번째 시나리오는 세계가 계속해서 화석연료 연소에 크게 의존하는 '악화 상황'을 가정해 금세기 말까지 기온이 섭씨 4.4도 상승하고 pH가 0.4로 하락할 것으로 예측했다. 세 번째는 1995년부터 2014년까지 상어 서식지의 수온과 pH를 그대로 유지하는 '기본 수준의 시나리오'로 정했다. 연구팀은 배아가 발달하는 4개월 동안 세 가지 시나리오 각각의 조건에서 시뮬레이션을 실행했다. 그 결과 세 가지 실험 조건에 따라 배아 부화 성공에 극적인 차이가 있음을 발견했다. 기본 시나리오와 중간 시나리오에서는 약 82%의 알이 성공적으로 부화했다. 그러나 가장 따뜻한 수온의 시나리오에서는 배아 45개 중 5개만 살아남았다. 이는 거의 90%가 손실된 것이다. 쿨롱 박사는 "좋지 않은 시나리오이기는 하지만 배아의 높은 사망률에 큰 충격을 받았다"며 "기후 변화 대응을 적절하게 하지 못해 이런 조건이 만들어지면 상어 종은 멸종으로까지 이어질 수 있다"고 우려했다. 특히 8월과 같이, 상대적으로 따뜻한 기간이 짧아도 부화 실패를 야기하기에 충분했다고 한다. 이러한 결과를 바탕으로 쿨롱 박사는 돔발상어(너스하운드)와 같이 멸종 위기에 처해 있는 취약한 종을 포함, 다른 산란 상어도 마찬가지로 멸종 위기에 처할 것으로 예상했다. 쿨롱 박사는 다만 "아직 온난화에 대처할 수 있기 때문에 속단할 수는 없다"면서 "금세기 말까지 온도 상승을 섭씨 2도 정도만 유지한다면 상어 종은 살아남을 수 있다"고 지적했다.
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[기후의 역습(22)] 기후 변화로 상어 알 부화 둔화, 2100년까지 알 부화율 90% 급락 우려
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[기후의 역습(20)] 극심한 기후 변화로 심장 건강 악화
- 보스턴 베스 이스라엘 디코니스 메디컬 센터(Beth Israel Deaconess Medical Center)의 하버드 의대(HMS) 연구팀에 따르면, 지구 온난화로 폭염, 홍수, 허리케인과 같은 극한 기후가 빈발하면 사람들의 심장 건강에 큰 타격을 주고 있다. 연구 결과는 'JAMA 심장학(JAMA Cardiology)'에 발표됐으며, 하버드 대학 공식 홈페이지에 소개됐다. 홈페이지에서 연구팀은 폭염이나 혹서와 같은 극한의 기온이나 허리케인 등 기후 변화로 인해 발생하는 다양한 기상 이변들이 사람들의 심혈관 질환(CVD), 특히 취약한 계층의 건강에 강력한 영향을 미친다는 사실을 확인했다고 밝혔다. 이는 과거에 이루어졌던 대규모의 연구 데이터를 분석한 결과다. CVD는 전 세계적으로 사망자 3명 중 1명을 차지하는 주요 사망 원인이다. 예방 및 치료법 개선으로 최근 수십 년 동안 심혈관 사망이 크게 감소했지만, 화석 연료 연소로 인한 기후 변화로 인해 심혈관 사망 증가가 우려된다는 연구팀의 지적이다. 나사(NASA)는 지난 100년 동안 지구 평균 기온이 섭씨 1.1도 이상 상승해 기상 패턴이 크게 변하고 생태계가 교란되며 해수면이 상승했음을 확인했다. 기록상 가장 더운 10년은 모두 지난 10년 동안 일어났다. 보고서는 극한 날씨가 심혈관 질환을 유발하는 정확한 메커니즘은 여전히 불분명하지만, 연관성은 설명이 충분히 가능하다고 밝힌다. 예컨대 극심한 기상 변화로 받는 스트레스는 CVD 위험이 있거나 CVD 증세가 있는 사람들에게 급성 증세를 유발할 수 있다. 오존이나 산불로 인한 미세물질에 노출되면 전신 염증 발생 위험이 높아진다. 자연재해는 심리적, 생리적 고통을 유발할 수 있으며, 허리케인과 홍수는 정전과 공급망 문제를 일으켜 의료 시스템을 마비시킬 수 있다. 연구팀은 1970~2023년 사이에 발표된 거의 2만 1000개의 연구 분석을 통해 심장마비, 뇌졸중, 심장 박동 장애, CVD 등 급성 심혈관 질환과 기후 변화 사이의 연관성을 평가했다. 팀은 그중 492개의 글로벌 연구를 집중 분석했다. 182개는 극한 기온, 210개는 지상 오존의 영향 조사, 45개는 산불 연기 조사, 63개는 허리케인, 먼지 폭풍, 가뭄에 관한 것이었다. 극한 온도에 대한 노출은 심혈관 위험 및 사망 증가와 강력하게 연관됐다. 영향의 정도는 온도와 노출 기간에 따라 다르게 나타났다. 지표면의 오존 수준은 높은 온도와 관련된 위험을 증폭시켰다. 열대성 폭풍, 허리케인, 사이클론도 심혈관 위험 증가와 관련이 있으며, 이는 악천후 이후 몇 달 동안 지속되었다. 2012년 뉴욕시에 200억 달러에 달하는 피해를 입힌 허리케인 샌디에 대한 연구에서는 샌디의 타격 후 최대 12개월까지 심혈관 질환으로 인한 사망률이 높았던 것으로 나타났다. 연구팀은 또 다른 기상 현상, 특히 산불 연기, 홍수, 가뭄, 산사태가 CVD와 다양하게 연결되어 있음도 발견했다. 산불 연기에 노출되면 심장 마비의 위험이 증가했다. 보고서는 의료진이 지역사회 내 기상 현상과 관련된 심혈관 위험을 인식해야 한다고 지적했다. 예를 들어, 허리케인이나 홍수가 발생하기 쉬운 지역의 경우 의료진은 심장 질환자가 의약품과 의료 서비스에 중단 없이 접근할 수 있도록 비상 계획을 수립해야 한다. 기후 변화에 대한 의료 서비스 인프라의 탄력성을 평가해야 한다. 특히 기후 관련 심혈관 위험이 노인, 소수 민족이나 집단, 저소득 지역에 따라 다양하며 취약하다는 점을 이해해야 한다는 지적이다. 연구팀은 '기후 변화 CVD 위험도'를 평가하기 위한 프레임워크 마련이 시급하다고 강조했다. 연구팀은 또 저소득 국가의 심혈관 질환에 대한 기후 변화 영향에 대한 지식차가 크다는 사실을 확인했다. 거의 500개에 달하는 연구 중 저소득 국가에서 수행된 연구는 단 1개에 불과했다. 지역적으로 아프리카에서 수행된 연구는 단 5개뿐이었다.
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- IT/바이오
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[기후의 역습(20)] 극심한 기후 변화로 심장 건강 악화
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[신소재 신기술(65)] 다단계 발광으로 위조 방지 신기술 구현
- 캐나다 온타리오주에 있는 웨스턴 대학교 연구팀이 다단계로 빛을 방출하는 '지속 발광' 기술을 개발해 위조 방지 기술에 새로운 돌파구를 마련했다. 연구팀은 '지속 발광(PersL) 나노 형광체'라는 특수한 성질을 가진 물질을 사용해 다단계 보안 식별 표시를 생성하는 위조 방지에 혁신적인 기술을 개발했다고 아조나노가 전했다. 최근 졸업장, 화폐, 처방약, 예술 작품 등 다양한 문서의 위조 기술이 발전하고 있다. 기존에는 자외선에 노출됐을 때 빛을 발하는 발광 표시가 위조 방지책으로 사용돼 왔다. 그러나 위조범들은 이룰 우회하는 방법을 찾아냈다. 현재 위조 방지를 위해 사용되는 발광 물질은 자외선에 노출되면 발광 재료가 보인다. 그러나 광원을 제거하면 빛이 나지 않는다. 연구팀은 서스캐처원 대학교(USask)의 캐나다 광원(CLS)을 이용해 자외선이 꺼진 후에도 몇분 동안 육안으로 볼 수 있는 무기 인광 나노 입자로 구성된 새로운 위조 방지 소재를 개발했다. 이 소재는 또한 복제하기 어려운 독특한 붉은색 빛을 방출하며, 시간이 지남에 따라 점차 사라지는 특성을 가지고 있다. 일부 요소는 거의 즉시 사라지고, 다른 요소는 사라지는 데 몇 분이 걸리는 등 발광 지속 시간을 조절할 수 있다. 연구팀은 기본 재료인 산화마그네슘 게르마늄에 첨가되는 불순물(도펀트)을 조정하여 이러한 특성을 구현했다. 다단계 발광은 단일 발광 기술보다 복잡한 과정을 거치므로 위조가 어렵다. 각 단계별로 특정 조건(빛, 온도, 화학물질)을 만족해야만 다음 단계로 넘어가는 발광이 일어나도록 설계할 수 있다. 이러한 복잡성은 위조 기술의 수준을 넘어서기 때문에 위조 시도를 효과적으로 차단할 수 있다. 또한 다단계 발광 과정에 숨겨진 정보를 담을 수 있다. 특정 조건에서만 나타나는 숨겨진 발광 패턴이나 메시지는 정품 인증의 강력한 수단이 될 수 있다. 수석 저자인 이홍 류(Yihong Liu)와 그의 동료 연구팀은 마이크로미터 크기의 잔광 발광 소재가 이미 사용되고 있지만 더욱 정밀한 패턴 인쇄가 가능한 나노 크기의 지속 발광 소재를 개발했다. 이 소재는 기존 소재보다 더 오래, 더 밝게 빛나는 것이 특징이다. 연구팀은 CLS 에서 수집한 데이터를 연구에 활용했다. 류에 따르면 연구팀은 빔라인, 브록하우스(Brockhouse), SGM, IDEAS를 활용해 조율 가능한 잔광에 필수적인 도펀트(dopant, 전기 전도도를 변화시키기 위해 반도체에서 의도적으로 첨가시키는 불순물)와 기본 물질 간의 상호작용을 더 깊이 이해할 수 있었다. 이 연구는 미국화학학회(ACS) '응용 나노 물질(Applied Nano Materials)' 저널에 게재됐다. 참고: Liu, Y., et al. (2024) Multiband MgGeO3-Based Persistent Luminescent Nanophosphors for Dynamic and Multimodal Anticounterfeiting. ACS Applied Nano Materials doi.org/10.1021/acsanm.4c01069
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[신소재 신기술(65)] 다단계 발광으로 위조 방지 신기술 구현
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[기후의 역습(18)]이산화탄소 2배 증가하면 지구 온도 최대 14도 높아져
- 대기 중 이산화탄소(CO₂) 양이 두 배 증가하면 지구의 평균 기온이 7도에서 최대 14도까지 높아질 수 있다는 연구 결과가 발표돼 주목된다고 PHYS가 전했다. 네덜란드 왕립해양연구소(NIOZ)와 위트레흐트 대학교 및 브리스톨 대학교의 공동 연구팀은 캘리포니아 인근 태평양에서 드릴로 뚫어 채취한 코어 퇴적물을 분석한 결과 이 같은 사실을 발견했다고 밝혔다. 연구 결과는 '네이처 커뮤니케이션(Nature Communications)'에 게재됐다. 연구팀의 케이틀린 위트코프스키 박사는 "연구 결과 나타난 기온 상승 예상치는 유엔 기후변동에 관한 전부간 패널(IPCC)이 지금까지 추정해 온 2.3~4.5도 상승보다 무려 3배 가까이 높다"고 말했다. 연구팀은 태평양 해저 바닥에서 추출한 45년 된 퇴적물 드릴 코어를 사용해 분석했다. 팀은 "코어를 추출한 지점의 해저에는 수백만 년 동안 무산소 상태였다. 이 때문에 이 코어는 탄소를 측정하는 우리 연구에 매우 적합했다"고 말했다. 산소가 없었기 때문에 결과적으로 유기물은 미생물에 의해 잘 분해되지 않고 더 많은 탄소가 보존됐다는 것이다. 위트코프스키는 "지난 1500만 년 동안의 이산화탄소 상태를 단일 지점에서 조사한 연구는 없었다"며 "채취된 드릴 코어의 상부 1000m는 지난 1800만 년의 역사를 담고 있다"고 설명했다. 연구진은 새로운 접근 방식을 적용, 이 코어 기록에서 과거 해수 온도와 고대 대기의 이산화탄소 수준을 추출할 수 있었다. 연구진은 20년 전 NIOZ에서 개발된 'TEX86'이라는 방법을 사용하여 온도를 도출했다. TEX86은 특수한 종류의 미생물인 고세균 막에 존재하는 특정 물질을 사용하는 분석 방법이다. 고세균은 해양 상부 200m 수온에 따라 막의 구성을 화학적으로 최적화한다. 그 막의 화학 물질은 해양 퇴적물에서 분자화석으로 발견된다. 연구팀은 이를 채취해 분석했다. 연구진은 조류에서 흔히 발견되는 두 가지 물질인 엽록소와 콜레스테롤의 화학적 성분을 사용해 과거 대기의 이산화탄소 함량을 도출하는 새로운 접근 방식을 적용했다. 이는 정량적 이산화탄소 측정을 위해 콜레스테롤과 엽록소를 사용한 최초의 연구다. 이들 콜레스테롤과 엽록소를 생성하려면 조류는 물에서 이산화탄소를 흡수하고 광합성을 통해 고정(탄소 고정)해야 한다. 한편, 지구상의 탄소 중 아주 작게는 일반적인 12C가 아니라 다소 '무거운 형태'인 13C로도 발생한다. 이산화탄소 소비에 관한 한 조류는 분명히 12C를 선호한다. 그러나 물속의 이산화탄소 농도가 낮을수록, 많은 조류들이 드물게 발생하는 13C도 이용한다. 따라서 엽록소와 콜레스테롤 두 물질의 13C 함량은 바닷물의 이산화탄소 함량을 측정하는 척도가 되며, 이는 용해도 법칙에 따라 대기의 이산화탄소 함량도 연이어 측정할 수 있다. 연구진은 이 같은 새로운 방법을 사용해 이산화탄소 농도가 1500만 년 전 약 650ppm에서 산업 혁명 직전 280ppm으로 떨어진 것으로 추정된다고 밝혔다. 연구팀은 나아가 지난 1500만 년 동안 도출된 온도와 대기 이산화탄소 수준을 각각 그래프로 표시하고 비교했다. 그 결과 둘 관계가 밀접하게 관계됐다는 사실도 발견했다. 1500만 년 전의 지구 평균 기온은 18도가 넘었다. 이는 오늘날보다 4도 더 높은 것으로, IPCC가 가장 극단적인 시나리오에서 2100년을 예측하는 수준과 비슷하다. 연구팀은 "우리의 연구는 인류가 이산화탄소 배출을 줄이기 위한 조치를 등한시하고 탄소 배출을 상쇄하기 위한 혁신을 이룩하지 않으면 미래가 어떻게 나빠질 수 있는지를 엿볼 수 있게 해 준다"라고 강조했다. 이산화탄소의 농도가 생각보다 더 온도에 더 큰 영향을 미칠 것이라는 경고다.
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- 포커스온
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[기후의 역습(18)]이산화탄소 2배 증가하면 지구 온도 최대 14도 높아져
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[우주의 속삭임(19)] 우주의 새벽에 최초로 병합되는 은하핵 '퀘이사 쌍' 발견
- 은하계는 광대하지만, 여전히 충돌하고 합쳐지며 겹쳐진다. 그런 가운데 일본 에히메 대학의 마쓰오카 요시키 교수를 필두로 한 국제 천문학자 팀이 지금까지 발견된 것 중 가장 먼 우주 가장자리에서 한 쌍의 퀘이사(Quasar)를 발견했다고 퍼퓰러사이언스가 전했다. 연구팀은 하와이에 있는 지상 제미니 노스(Gemini North) 및 스바루 망원경으로 이를 관측하고 데이터를 분석했다. 발견된 두 개의 은하핵 퀘이사는 먼지와 가스가 중앙의 초거대 블랙홀로 떨어지는 가운데 서로 합쳐(병합)지고 있다. 그 과정에서 이 퀘이사 쌍은 엄청난 양의 빛을 방출했다. 연구팀은 이 빛을 찾아냈고, 이것이 두 개의 퀘이사 쌍임을 밝혔다. 연구팀은 발견된 퀘이사 쌍이 우주의 새벽(Cosmic Dawn: 빅뱅 이후 약 5000만~10억 년), 즉 초창기 우주 여명기에 해당하는 은하핵이라고 말했다. 특히 우주의 새벽 중에서도 우주 암흑기를 끝내고 별과 은하와 같은 요즘과 같은 천체가 구성되기 시작하고 어두운 우주가 처음으로 빛으로 가득 찰 무렵인 ‘재이온화 시기’에 해당하는 천체다. 퀘이사란? 우주는 빅뱅 이후 거의 140억 년 동안 팽창해 왔다. 초기 우주는 지금보다 매우 작았으며 은하계 서로 상호 작용하고 병합될 가능성이 컸다. 퀘이사는 거대 블랙홀이 주변 물질을 집어삼키는 에너지에 의해 형성되는 발광체를 말한다. 블랙홀은 퀘이사의 중심에 있으며, 주위에는 원반이 둘러싸고 있고, 원반 물질은 소용돌이 모양으로 회전하며 블랙홀로 빨려 들어간다. 은하 병합은 가스와 먼지가 초거대 질량의 블랙홀로 떨어지면서 퀘이사를 밝게 빛나게 하는 에너지다. 블랙홀로 떨어지는 원반 물질의 중력 에너지는 빛 에너지로 바뀌고, 여기에서 거대한 빛이 방출된다. 즉, 퀘이사는 지구에서 멀리 떨어진 우주 가장자리에서 발견되는 광원으로서, 멀리 떨어져 있기 때문에 우주 탄생 초창기인 우주의 새벽 시기의 천체다. 재이온화 시대의 의미 천문학자들은 우주의 재이온화 시대를 빅뱅 이후 대략 4억 년으로 잡는다. 우주 탄생 직후 우주 온도가 높았을 때는 수소의 양성자와 전자가 분리돼 이온화된 상태였다. 시간이 지나면서 우주의 온도는 낮아졌고, 양성자와 전자는 중성수소 원자로 결합됐다. 이를 우주 재결합시대라고 한다. 그 후 일어난 우주 재이온화는 중성수소 원자가 양성자와 전자로 다시 이온화되던 시기를 말한다. 천문학자들에 따르면 재이온화 시대 당시의 수소 이온화는 우주 역사에서 매우 중요한 시대였다. 이 시기는 우주의 암흑시대의 종말이며, 오늘날 지구상에서 볼 수 있는 별이 빛나는 은하구조의 시작이었다. 이번에 발견된 방합 중인 퀘이사는 우주 암흑기를 지나 최초의 별과 은하가 나타났던 우주의 새벽 기간, 그 중에서도 우주 재이온화 시대에서 나타난 것이다. 빨간색 광원 퀘이사 쌍의 합병 천문학자들은 우주의 재이온화 시대에 퀘이사가 수행한 정확한 역할을 이해하기 위해 우주의 초기 및 먼 시대에서 퀘이사를 찾고 있다. 마쓰오카 교수는 "재이온화 시대 퀘이사의 통계적 특성은 재이온화의 진행과 기원, 우주의 새벽 동안 초거대 블랙홀의 형성, 퀘이사 은하의 최초 진화 등 많은 것을 말해준다"고 말했다. 재이온화 시대에 약 300개의 퀘이사가 발견됐지만, 쌍을 이루는 퀘이사가 관측된 것은 이번이 처음이다. 연구팀의 퀘이사 발견은 우연이었다. 망원경으로 촬영한 이미지를 검토하다가 희미한 빨간색 광원을 발견했던 것. 팀은 그러나 나타난 붉은 색 광원 두 개가 퀘이사 쌍이었는지를 확신할 수 없었다. 팀은 스바루 망원경과 제미니 노스의 분광기를 사용해 빛을 분석했고, 결국 두 개의 블랙홀을 품은 퀘이사 쌍임을 확인했다 또한 둘 사이에 가스로 이어진 다리 구조도 찾아냈다. 연구팀은 감지된 빛의 일부가 실제로 퀘이사 자체에서 나오는 것이 아니라고 추정했다. 팀은 또한 중앙에 있는 두 개의 블랙홀이 태양 질량의 약 1억 배에 달하는 크기임을 밝혔다. 발견된 현상을 종합해 보면 두 퀘이사는 대규모의 합병을 진행하고 있음을 시사했다. 재이온화 시대의 병합 퀘이사 존재는 오랫동안 예상돼 왔지만, 이번에 처음으로 확인된 순간이었다.
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- IT/바이오
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[우주의 속삭임(19)] 우주의 새벽에 최초로 병합되는 은하핵 '퀘이사 쌍' 발견
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[기후의 역습(17)] 기후 변화, 어린이 뇌 손상에 영향…가난한 어린이 위험 더 커
- 기후 변화의 가장 불평등한 측면은 지구를 달구는 탄소 배출에 가장 책임이 없는 사람들, 특히 빈곤층에게 불균형적으로 영향을 미친다는 것이다. 전문가들은 지구 온난화로 인해 노동 인구의 70%가 건강 위험에 노출되고 궁극적으로 약 10억 명이 사망할 수 있다고 예측한다. 이들 중 대부분은 빈곤층이다. 영향을 받는 것은 환경뿐만 아니라 사람들의 신체 자체라는 게 심각한 문제다. '네이처 기후변화(Nature Climate Change)' 저널에 실린 최신 연구는 기후 변화가 빈곤한 개인에게 불균형적으로 영향을 미치는 대표적인 사례로, 태어나기도 전인 태아의 뇌까지 변화시킨다는 사실을 보여준다. 네덜란드, 미국, 스페인 전문가로 구성된 연구팀은 '네덜란드 R세대 출생 집단(Netherlands Generation R birth cohort)'로 알려진 환자 그룹에서 2681명의 어린이를 12년 이상 동안 관찰했다. ‘네덜란드 R세대 출생 집단’은 로테르담의 다민족 도시 인구를 대상으로 태아 생활에서 태어나 자라기까지의 예비 인구 집단에 대한 연구다. R세대 연구 결과는 임산부와 어린이의 건강 및 의료를 최적화하는 전략 개발에 활용된다. 이 연구는 처음에는 9896명의 임산부가 참여했지만 수년에 걸쳐 다수가 제외됐다. 연구는 특히 태아기에 겪는 극심한 더위와 추위가 신경 발달에 영향을 미치는지 여부를 모니터링했다. 참가자 중 절반 이상이 네덜란드 출신이었으며, 10%는 수리남 또는 네덜란드령 안틸레스 출신이고 나머지는 튀르키예, 모로코 및 기타 다양한 국가 출신이었다. 참가자 75% 이상이 자녀가 9~12세가 되기 전에 실험 그룹에서 이탈했다. 남은 사람들은 대부분 가구 소득이 월 2200유로를 초과하고 이전 자녀가 없는, 높은 교육 수준의 네덜란드 부모 출신이었다. 연구진은 이런 인구 통계학적 동질성이 연구 결과를 다소 왜곡할 수 있다고 밝혔지만, 결과는 대단히 고무적이라는 평가다. 수년간 자기공명영상(MRI)으로 환자를 검사한 결과, 더위와 추위에 노출된 임신 초기 태아와 영유아는 청소년기 이전에 뇌의 미엘린(뉴런을 둘러싼 절연체)과 백질에 구조적 문제가 생길 가능성이 더 높았다. 또 이들의 뇌는 평균 확산도(MD), 즉 뇌 조직에서 물 분자가 쉽게 이동하는 정도가 감소했다. 그리고 이렇게 고통받는 아이들은 불균형적으로 저소득층 출신이었다. 연구팀은 "연구 결과는 두뇌 발달이 왕성한 유년기에 추위와 열에 노출되면 백질 미세 구조에 지속적인 영향을 미칠 수 있으며, 이는 현재 심각하게 진행 중인 기후 변화의 맥락에서 고려해야 할 큰 위험임을 시사한다"고 강조했다. 팀은 보고서에서 "임신, 유아기 및 9~12세 어린이에게서 추위와 열 노출 사이의 연관성을 발견했다. 예상되는 지구 온도 상승과 극심한 한파의 증가 추세를 고려할 때, 현재 진행 중인 기후 변화 비상 상황에서 이러한 영향은 더욱 악화될 수 있다"라고 썼다. 태아기나 초기 유아기 동안 극심한 더위나 추위에 노출된 어린이들이 건강한 백질, 즉 지적 활동, 신체 균형 유지 등을 담당하는 뇌 부분이 발달하지 못한다는 것을 의미한다는 지적이다. 이번 연구는 온도와 관련된 뇌의 물리적 구조를 조사한 최초의 분석이기 때문에 특히 중요하다는 평가다. 지금까지는 온도에 따라 어린이의 행동이 어떻게 변하는지를 조사했을 뿐, 행동 관찰을 뇌의 물리적 구조에 직접적으로 연관시킨 연구는 없었다. 연구팀은 가속하는 위기를 완화할 수 있는 방법을 시급히 개발해야할 것이라고 강조했다.
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[기후의 역습(17)] 기후 변화, 어린이 뇌 손상에 영향…가난한 어린이 위험 더 커
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[기후의 역습(16)] 바다 기후 위기의 심화…산호 백화 등 해양 생태계 붕괴 초비상
- 혹독한 더위가 지구촌을 달구고 있다. 더위로 인한 온열 환자와 사망자가 속출하고 있다. 기후 변화로 인한 기상 이변이라는 것이 기후 학자들의 공통된 견해다. 기후 변화가 전 세계적인 관심사로 부상하고 있는 가운데, 해양에서의 기후 위기 우려도 고조되고 있다. 해양은 지구 표면적의 70% 이상을 차지하고 있다. 기후 변화로 해양이 받는 영향과 함께, 그 영향이 인류에게 부여하는 의미에 대한 검증은 그 어느 때보다 활발하게 이루어지고 있다. 환경 관련 NPO(비영리기구) 오세아나(Oceana)의 수석 과학자 캐서린 매튜 박사는 프브스와의 인터뷰에서 "해양은 화석연료를 태움으로써 전 세계에서 발생하는 여분의 열의 90% 이상을 흡수하고 있는데, 지구 온난화로 인해 해양이 흡수하는 열이 지속적으로 증가하고 있는 것이 심각한 문제"라고 지적했다. 이로 인해 해양의 수온이 급등하고 있다는 것이다. 해양의 수온이 전체적으로 상승함에 따라 많은 해양생물이 생존의 위협을 받게 됐다. 섬세하게 균형을 이루고 있는 해수면 아래의 심해 생태계마저 붕괴될 수 있다는 것이 매튜 박사의 우려다. 일례로 산호는 몸속에 품고 있는 작은 조류가 없으면 생존에 필요한 양분을 확보할 수 없다. 그런데 수온이 너무 높아지면 산호는 공생하고 있는 조류를 내뿜는다. 이는 산호의 백화현상으로 불리는 과정이다. 수온이 떨어지지 않는 상태가 계속되면, 조류와 공생하지 못하는 산호는 백화돼 사멸한다. 현재 해양은 대기 중으로 배출된 탄소를 과도하게 흡수하고 있으며, 이는 많은 해역에서 해수의 산성화 진행으로 이어지고 있다. 산성화는 탄산칼슘으로 된 껍질을 가진 해양 생물에게 직접적인 영향을 준다. 이들 생물은 산성화가 진행된 바다에서는 껍질을 형성하기가 어려워지기 때문이다. 매튜 박사는 해양에 대한 적절하고 신속한 개입과 함께, 어업 활동의 유예 등 생태계를 회복하기 위한 조치가 절실하다고 주장했다. 오세아나의 이사회 멤버이자 저명한 수산자원 연구가인 대니얼 폴리 박사는 해양 열파로 불리는 현저한 수온 상승은 온실가스에 의한 탄소 배출과 기후 변화로 인해 빈발하고 있다고 말했다. 해양 열파는 멕시코 만류 등 해류나 엘니뇨 등 기후 패턴의 변화에 의해 일어날 수 있다. 해양의 특정 구역에서 수온이 상승하면 물속에 포함된 산소의 양이 줄어든다. 이에 따라 어류 종은 필요한 산소를 얻기 어려워질 수 있다. 게다가 수온이 올라가면 물고기는 생존을 위해 더 많은 산소를 필요로 한다. 필요한 산소는 많아지는데 절대적인 양은 줄어드는 악순환이 일어나는 것이다. 수온 상승이 완만하면 어류도 온도 변화에 적응할 수 있다. 그러나 갑작스런 열파는 어류의 질식사로 이어질 위험이 있다 수온의 급격한 상승이 미치는 다른 치명적 영향은 해양생물의 생명을 지탱하는 많은 해조류와 플랑크톤이 사망과 개체수 감소다. 그렇게 되면 바다는 산소 농도가 지극히 낮은 '죽음의 해역(데드 존)'으로 전락한다. 멕시코만의 미시시피강 하구 부근에는 이미 이러한 해역이 생겨나고 있다. 심해 산소가 부족해지면 많은 어류 종이 지금의 서식지보다 훨씬 해수면에 가까운 곳까지 부상하게 된다. 이는 어업으로 희생될 확률이 높아짐을 의미한다. 단기적으로 보면 수산업에 긍정적인 효과를 가져올 수 있다. 예를 들어 저산소 해역이 늘어남에 따라 수면으로 부상하는 참치 어획량이 늘어날 것이다. 그러나 길게 보면 공멸의 길이다. 미 해양보호단체인 오션 컨서번시(Ocean Conservancy)의 수석 과학자인 조지 레너드 박사는 기후 변화는 해양 열파를 더욱 격화시킬 것이라고 지적했다. 열파는 따뜻한 바다에 사는 산호 등 움직이지 못하는 생물에게는 죽음을 의미한다. 움직일 수 있는 생물은 남북 양극으로 점차 이동한다. 기후 변화의 영향으로 일부 해양계는 티핑 포인트(임계점)에 도달하고 있다. 해양계를 근본부터 바꾸는 급속한 변화가 일어나고 있다는 것이다. 그렇게 되면 해양계는 예전의 안정된 상태로 돌아가기 어려워진다.
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- 포커스온
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[기후의 역습(16)] 바다 기후 위기의 심화…산호 백화 등 해양 생태계 붕괴 초비상
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서울 아파트값 13주 연속 상승⋯전세값은 57주 연속 오름세 지속
- 서울 아파트값이 13주 연속 상승했다.성동구와 서초구 등 인기 지역은 전주 대비 0.30%가 넘는 상승률을 보였다. 한국부동산원이 20일 발표한 '6월 셋째 주 주간 아파트 가격 동향'(지난 17일 기준)에 따르면 서울의 아파트 매매가는 전주(0.10%) 대비 0.15% 상승하며 상승 폭을 키웠다. 이로써 서울 매매가는 13주 연속 상승세를 이어갔다. 수도권 역시 0.07% 오르며 전주(0.05%)보다 상승 폭을 확대했다. 지방(-0.05%)은 전주와 같은 하락 폭을 유지했으나 수도권의 상승 동력에 힘입어 전국 주간 아파트 매매가격은 0.01% 오르며 지난주 보합(0.00%)에서 상승 전환했다. 서울의 경우 지역별로 선호 지역이나 단지를 중심으로 간헐적 상승 거래가 지속된 가운데 대체 수요로 인식되는 단지의 매도 희망가도 상승하는 조짐이 감지됐다. 부동산원은 서울 지역 시장 동향에 대해 "매도와 매수 희망가 차이로 거래가 활발한 편은 아니나 매수 문의는 꾸준히 유지되는 것으로 나타났다"고 설명했다. 서울에선 성동구(0.35%), 서초구(0.31%), 용산구(0.24%), 광진구·송파구·마포구(0.23%), 은평구(0.22%) 등의 상승세가 두드러졌다. 인천과 경기는 각각 0.06%, 0.02% 오르며 지난주와 같은 상승 폭을 기록했다. 인천에선 중구(0.27%), 경기도에선 과천(0.46%), 성남 분당(0.32%) 등이 평균 이상의 상승률을 나타냈다. 성남 분당의 경우 재건축 기대감이 영향을 미치는 것으로 풀이된다. 수도권과 달리 지방은 0.05% 하락해 지역별 온도 차가 여전한 것으로 나타났다. 5대 광역시가 0.07% 하락했으며 세종은 매물 적체 속에 0.04% 내렸다. 8개도는 0.02% 하락했다. 5대 광역시 중에는 대구(-0.15%)가 대규모 입주 물량 여파로 낙폭이 큰 편이었다. 1년 넘게 상승세를 나타낸 서울 전세 가격은 이번 주에도 0.17% 오르며 전주(0.12%)보다 상승 폭을 키웠다. 이로써 서울 전세가는 57주째 상승했다. 인천과 경기도도 각각 0.13%, 0.07% 올랐다. 전체 수도권의 전셋값 상승률은 전주보다 0.01%포인트 오른 0.11%를 나타냈다. 서울의 전셋값 상승은 매물 부족이 가장 큰 요인으로 손꼽힌다. 특히 역세권, 신축, 대단지 위주로 매물 부족 현상이 나타나며 상승 거래로 이어지는 모습이다. 이로 인해 전세 대기 수요가 인근 구축 단지로 확산하며 전체 상승 폭이 확대됐다고 부동산원은 밝혔다. 자치구별로 보면 성동구·은평구(0.29%), 광진구(0.25%), 중구·노원구(0.24%) 등이 평균보다 상승률이 높았다. 전국 전세 가격은 0.04% 상승했지만 매매가 추이와 마찬가지로 지방은 전셋값이 0.02% 내려 지역별 격차를 뚜렷이 나타냈다. 5대 광역시가 0.02% 하락했으며 세종은 신규 입주 물량 영향으로 0.23% 하락했다. 8개도도 0.01% 내리며 하락세를 지속했다.
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- 산업
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서울 아파트값 13주 연속 상승⋯전세값은 57주 연속 오름세 지속
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[우주의 속삭임(15)] 화성, 적도 근처 화산서 '물서리' 발견
- 화성의 적도 지역에서 처음으로 물서리(수분을 많이 포함하는 액체상의 서리)가 발견됐다고 스페이스닷컴이 전했다. 그동안 화성의 적도 지역에서는 서리가 존재할 수 없는 것으로 알려져 왔다. 물서리 발견은 화성에서 물이 어디에 존재하는지, 그리고 대기와 지표면 사이에서 물이 어떻게 순환되는지 파악하는 데 도움이 될 것으로 기대된다. 특히 이는 머지 않아 시작될 화성 유인 탐사에 요긴한 정보가 될 것이라는 지적이다. 물서리는 지난 2016년 화성에 도착한 엑소마스 TGO(ExoMars Trace Gas Orbiter)와 지난 2003년부터 화성 궤도에서 화성을 탐사해 온 마스 익스프레스(Mars Express)등 두 대의 유럽우주국(ESA) 우주선을 통해 브라운대학교 연구원 아도마스 발란티나스를 비롯한 연구진이 발견했다. 발견 당시 발란티나스는 스위스 베른 대학의 박사과정 연구원이었다. 발란티나스는 "화성 적도 지역은 산 정상에서도 높은 온도를 유지하기 때문에 서리가 형성되는 것이 불가능하다고 여겨 왔다. 여기에서 서리의 존재를 확인한 것은 의미가 크다. 이 지역에 서리가 형성되는 예외적인 과정이 작용했을 수 있음을 암시하기 때문"이라고 말했다. 믈서리가 발견된 곳은 화성에서 가장 큰 화산 지대인 타르시스 지역으로, 여기에는 12개의 대형 화산이 있다. 그 중 올림푸스 몬스는 화성에서는 물론 태양계 위성에서도 가장 높은 봉우리다. 높이는 무려 29.9km로 지구에서 가장 높은 에베레스트 산의 약 2.5배에 달한다. 물서리는 일출 무렵 몇 시간 동안만 나타난 후, 햇빛이 비추면 증발한다. 서리는 또한 대단히 얇은 층을 형성, 인간의 머리카락 두께인 약 0.01mm에 불과했다. 서리 층은 얇지만 여러 화산의 광대한 지역을 덮고 있기 때문에, 수분 총량은 약 60개의 올림픽 규모 수영장을 채울 정도인 2940만 갤런(1억 1100만 리터)에 달한다. 이 물은 화성의 표면과 대기 사이를 매일 순환한다. 타르시스 지역은 올림푸스 몬스와 함께, 아스크라에우스, 아르시아 몬스, 파보니스로 알려진 타르시스 몬테스 화산이 있다. 타르시스 몬테스는 에베레스트 산과 높이가 비슷하다. 물서리는 올림푸스, 아르시아 아스크라에우스 몬스, 케라우니우스 톨루스에서 발견되었다. 각각의 화산 봉우리에는 분화 중에 마그마 활동으로 생성된 칼데라라고 불리는 깊은 웅덩이가 있다. 소위 용암으로 굳어진 거대한 분화구다. 연구진은 타르시스 지역 위에서 순환하는 공기가 화산이 위치한 전역의 기후와 칼데라에 미세기후를 형성하고 있다고 추정했다. 서리 막이 만들어지는 것은 바로 이 미세기후 때문이라는 지적이다. 바람이 산의 경사면을 따라 이동하면서 표면의 습한 공기를 높은 고도로 끌어올리면 밤에 이 공기가 응축되고 서리를 형성한다는 것이다. TGO의 화성 표면 이미징 시스템(CaSSIS)의 연구원이자 베른 대학교의 학자인 니콜라스 토마스는 연구팀이 화성 화산 꼭대기에서 본 물서리는 칼데라의 그늘진 지역, 특히 기온이 낮은 지역에서 형성되는 것으로 보인다고 설명했다. 토마스는 이번 연구는 산 경사면에서 밀어 올리는 습한 공기가 서리로 응축될 수 있다는 것을 밝혀냈다는 점에서 큰 발견이며, 이는 지구와도 유사한 현상이라고 말했다. 이 연구 결과는 '네이처 지구과학(Nature Geoscience)' 저널에 게재됐다.
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[우주의 속삭임(15)] 화성, 적도 근처 화산서 '물서리' 발견
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빌 게이츠의 테라파워, 첫 소형원자로(SMR) 착공…SK도 투자
- 마이크로소프트(MS) 창업자 빌 게이츠가 설립한 차세대 소형모듈원자로(SMR) 기업 테라파워가 미국 내 첫 SMR 건설에 착수했다. 11일 SK㈜와 AP 통신 등에 따르면 테라파워는 10일(현지시간) 미국 와이오밍주 케머러에서 착공식을 열고 4세대 SMR 원자로인 '나트륨'을 포함해 전력 생산 장비 등 기타 제반 공사에 본격적으로 시작했다. 이날 착공식에는 빌 게이츠 테라파워 창업자와 크리스 르베크 테라파워 최고경영자(CEO), 유정준 SK온 부회장 겸 SK아메리카스 대표, 김무환 SK㈜ 그린부문장 등이 참석했다. 테라파워는 지난 3월 미 규제당국인 원자력규제위원회(NRC)에 나트륨 원자로 건설 허가를 신청했다. 승인되면 상업용원자로로 운영될 예정이다. 이날 시작된 공사는 NRC의 승인이 내려지면 가능한 한 빨리 원자로를 건설할 수 있도록 부지를 준비하는 작업이라고 AP가 전했다. 테라파워의 나트륨 원자로는 냉각재로 물이 아닌 액체 나트륨을 사용하는 것이 특징이다. 액체 나트륨은 끓는 점이 880℃로 물(100℃)보다 높아 더 많은 열을 흡수하면서 발전 출력을 높일 수 있는 등의 장점이 있다. 러시아는 나트륨 냉각 원자로 개발에 앞장서고 있다. 이런 기술은 세계적으로 수십 년 전부터 사용됐지만, 미국은 그동안 상업용 발전소로 전통적인 수랭식 원자로만 계속 건설해 왔다. 게이츠는 기공식에서 이 차세대 발전소에 대해 "우리는 곧 미국 에너지의 미래를 움직일 것"이라고 기대했다. 그는 "이것은 안전하고 풍부한 탄소 제로 에너지를 향한 큰 진전이다. 우리의 경제와 기후 목표를 달성하기 위해 우리는 더 풍부한 청정에너지가 필요하다"고 말했다. NCR에 따르면 와이오밍 프로젝트는 기업이 미국에서 첨단 원자로를 상업발전소로 가동하려고 시도한 것은 약 40년 만에 처음이다. 테라파워의 이번 프로젝트에는 최대 40억달러(약 5조5000억원)의 비용이 들 것으로 예상되며, 그중 절반은 미 에너지부(DOE)에서 지원할 예정이다. 테라파워의 SMR 실증단지는 세계적인 투자자 워런 버핏이 소유한 전력회사 파시피콥의 석탄화력발전소 부지 내에 약 25만가구가 동시에 사용할 수 있는 용량인 345㎿(메가와트)급 단지로 구축된다. 테라파워는 2030년까지 SMR 실증단지를 완공하고 상업운전까지 돌입하는 것을 목표로 하고 있다. 기존 화력발전소를 대체해 지역 주민들에게 전력을 공급할 계획이다. 이번에 건설되는 345㎿ 원자로는 최대 500㎿까지 생산할 수 있으며, 이는 최대 40만가구에 전력을 공급할 수 있는 양이다. 앞서 SK㈜와 SK이노베이션은 2022년 테라파워에 2억5000만달러(당시 약 3000억원)를 투자해 선도 투자자 지위를 확보하고 있다. 실증 사업이 성공적으로 진행될 경우 SK는 테라파워와 함께 아시아 사업 진출을 주도할 것으로 전망된다. SMR은 기존 원전에서 발전 용량과 크기를 줄인 소형 원전으로, 부지 규모가 작고 안정성이 높아 도시와 산업단지 등 전력 수요처 인근에 구축하기 유리하다. 원자로는 지구 온난화의 주범인 온실 가스를 배출하지 않고 작동한다. 또 소형 원전인만큼 건설 시간과 비용 모두 기존 원전 대비 대폭 줄일 수 있어 미국과 한국, 프랑스, 러시아, 중국 등 원전 기술 강국들이 SMR 개발과 상용화를 서두르고 있다. 최근에는 인공지능(AI) 산업의 급격한 성장으로 전 세계에서 전력 수요가 폭발적으로 증가하면서 SMR이 이를 해결할 유력한 방안으로 주목받고 있다. 세계경제포럼(WEF)은 2040년까지 SMR 시장이 연평균 22%씩 성장할 것으로 내다봤으며, 영국 국가원자력연구원(NNL)은 2035년 SMR 시장 규모가 약 400조∼600조원 수준에 달할 것으로 전망하기도 했다. 한편, 빌 게이츠는 민간 부문에서 탄소 연료를 쓰지 않는 안전하고 풍부한 청정에너지를 생산한다는 목표로 2008년 테라파워를 공동 설립했다. 테라파워는 원자로 냉각재로 물을 사용하지 않는 비경수형 원전 시대를 주도하고 있다. 경수형인 3세대는 고온의 핵연료를 식혀주는 냉각재로 물을 사용하지만, 4세대 비경수형 원자로는 물 대신 액체금속, 가스 등을 사용한다. 원자로는 높은 온도에서 작동될수록 발전 효율이 높아지고 경제성도 나아진다. 물을 사용하지 않는 4세대는 이전 세대보다 월등히 높은 온도에서 가동이 가능하다. 물을 사용하지 않아 유사시 오염수가 발생할 우려도 없다. 챗 GPT 개발사인 오픈AI의 샘 올트먼 CEO도 소형도듈원전 개발사인 오클로에 투자했다. 오클로는 현재 가동중인 원전은 없고, 2027년 첫 원전가동을 목표로 하고 있다. 오클로는 올트먼이 향후 AI가동을 위해 급격히 늘어날 것으로 예상되는 전력 수요에 대비해 투자한 회사 중 하나다. 김무환 SK㈜ 부문장은 "테라파워는 탄탄한 기술력을 바탕으로 미국 정부, 민간기업 등과의 파트너십을 통해 상업화에 빠르게 다가서고 있다"며 "향후 테라파워와의 협력을 통해 아시아 지역에서 다양한 사업 기회를 발굴할 것"이라고 말했다.
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빌 게이츠의 테라파워, 첫 소형원자로(SMR) 착공…SK도 투자
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[기후의 역습(13)] 네덜란드 과학자, 녹아내리는 북극 빙하 재동결 프로젝트 가동
- 지구 온난화로 인해 눈 덮인 북극의 빙하가 녹아 내리는 것을 막기 위해 과학자들이 이 지역 전체의 기후를 획기적으로 바꿀 계획을 세우고 있다. 월스트리트저널(WSJ)이 운영하는 동영상 채널에 따르면, 네덜란드의 과학자 팀이 기후 변화와 지구 온난화로 인해 치명적으로 줄어들고 있는 북극 빙하를 보전하기 위한 얼음 재동결 프로젝트를 시작했다. 그렇다고 이 프로젝트가 북극 전체를 아우를 정도로 거창한 것은 아니다. 북극을 거대한 냉동고에 넣는 것과 같은 엄청난 실행 계획은 아니지만, 햇빛을 반사함으로써 북극 온도를 낮추고 냉각시킴으로써 얼음을 늘린다는, 이론적으로나 실제적으로 실현 가능한 프로젝트라는 지적이다. 프로젝트들 중 일부는 이미 진행 중이라고 한다. 한 실험은 물을 얼음 표면으로 퍼 올려 얼게 해 북극의 눈 위에 보호층을 형성하는 것이다. 다른 실험은 과학자들이 태양에서 내리쬐는 직사광선을 반사할 수 있도록 눈 위에 반사 유리 구슬을 흩뿌리는 것이었다. 이들 프로젝트는 모두 지구공학의 한 솔루션으로서, 기후 변화로 인한 피해를 상쇄하기 위해 환경의 특정한 측면을 다루는 기술이다. 과학자들이 이런 프로젝트를 심각하게 고려하고 실행하는 것은 국가나 기업, 기관과 단체의 기후 변화 완화 노력이 충분하지 않기 때문이다. 지난해는 북극에서 기록상 역대 가장 따뜻한 해였다. WSJ 동영상에서 네덜란드의 스타트업 악틱리플렉션(Arctic Reflections)은 북극해 전역에서 전략적으로 선택된 장소에 바닷물을 퍼 올려 얼림으로써 얼음층을 두껍게 만들고, 북극 얼음을 열 차폐로 복원하는 실험을 진행하고 있다. 악틱리플렉션은 "빙상 경기를 위한 아이스링크를 건설하는 방식을 차용해 '들판에 물 뿌려 얼리기'와 같은 작업을 반복했다"고 밝혔다. 회사는 "아이스링크 건설 업체들의 얼음 얼리는 방식에서 영감을 얻어 이 프로젝트를 수행함으로써, 탄소 배출을 줄일 획기적인 기술이 적용되기까지 북극 얼음을 조금이라도 더 두껍게 복원하고 유지할 수 있을 것"이라고 기대했다. 얼음은 재생할 수 있다고 회사는 희망적인 메시지를 전하고 잇다. 이런 노력으로 빙하가 녹는 속도를 30% 정도 감소시킬 수 있지만, 여기에는 막대한 투자 및 국제적인 상호 협력과 공동 운영이 매우 중요하다는 지적이다. 유사한 프로젝트를 북극권에서 대폭 확장하는 데 드는 비용은 대략 5000억 달러에 이른다는 추산이다. 그러나 한 연구에서는 북극의 해빙으로 인해 기후 변화가 가속화하면 향후 3세기 동안 무려 130조 달러의 경제적인 손실이 발생할 수 있다고 경고하고 있다. 그러나 이 프로젝트는 기본적으로 1회용 반창고와 같이 일시적으로 상처를 가리는 솔루션일 수밖에 없다. 환경 변화에 대한 광범위한 대응책을 준비하는 임시방편의 의미가 크다는 지적이다.
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[기후의 역습(13)] 네덜란드 과학자, 녹아내리는 북극 빙하 재동결 프로젝트 가동
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[신소재 신기술(56)] 탄소 포집 혁신, 전기 스펀지로 CO₂ 직접 흡수
- 이산화탄소(CO²)가 그 어느 때보다 빠르게 대기 중에 축적되고 있는 가운데 영국 과학자들이 전기 스펀지로 공기 중에서 직접 탄소를 포집하는 기술을 개발했다. 미국 국립해양대기청(NOAA)에 따르면 NOAA의 글로벌모니터링연구소가 마우나 로아 대기 관측소에서 측정한 이산화탄소 수준은 지난 5월 427ppm으로 급상승하며 동월 기준 최고치를 기록했다. 매년 5월은 이산화탄소가 북반구에서 가장 높은 수준에 도달하는 달이다. 이번 측정 수치는 2023년 5월에 비해 2.9ppm 증가한 것이며 NOAA의 50년 기록 중 5번째로 큰 폭의 증가이기도 하다. 2023년의 3.0ppm 증가를 고려하면, NOAA가 측정을 시작한 이래 2022~2024년까지 2년 동안의 상승폭으로도 최고 기록이다. 이처럼 이산화탄소의 축적이 역대급인 가운데 에너지가 적게 느는 혁신적인 공기중 직접 탄소 포집 기술이 개발돼 주목을 끌고 있다. 케임브리지 대학 연구원들은 충전된 활성탄을 사용해 기존 방법보다 더 효과적으로 공기 중 이산화탄소를 직접 흡수할 수 있는 저에너지 탄소 포집 기술을 개발했다고 사이테크데일리가 9일(현지시간) 보도했다. 연구팀은 가정용 정수 필터에 일반적으로 사용되는 활성탄에 에너지를 공급하기 위해 배터리 충전 기술을 적용했다. 연구팀은 활성탄 '스폰지'를 CO₂와 가역적인 결합을 형성하는 이온을 충전함으로써, 이 충전된 물질이 공기에서 직접 CO₂를 성공적으로 포집할 수 있다는 사실을 발견했다. 연구를 주도한 유수프 하미드 화학과(Yusuf Hamied Department of Chemistry)의 알렉산더 포스 박사는 “대기 중 탄소 배출을 포집하는 것은 최후의 수단이지만 기후 위기의 심각성을 고려할 때 반드시 탐구해야 할 사항”이라고 말했다. 공기 직접 탄소 포집(DAC) 기술 스폰지와 같은 재료를 사용해 이산화탄소를 제거하는 공기 직접 탄소 포집(DAC) 기술은 탄소 포집을 위한 잠재적인 접근 방법 중 하나다. 그러나 현재의 접근 방식은 비용이 많이 들고 고온과 천연 가스 사용이 필요하며 안정성 부족 등의 단점이 잇다. 포스 박사는 "대기로부터 탄소 포집을 위해 다공성 물질을 사용하는 몇가지 유망한 연구가 진행됐다"며 "활성탄은 저렴하고 안정적이며 대량으로 생산되기 때문에 우리는 활성탄이 옵션이 될 수 있는 지 확인하고 싶었다"고 설명했다. 또한 충전된 활성탄 스폰지는 포집된 CO₂를 제거해 저장할 때 기존 방법보다 훨씬 낮은 온도를 필요로 하기 때문에 현재의 탄소 포집 방법보다 더 에너지 효율적일 수 있다. 연구 결과는 '네이처(Nature)' 저널에 게재됐다. 포스 박사는 "우리가 가장 시급하게 해야 할 일은 전 세계적으로 탄소 배출량을 줄이는 것이지만, 온실가스 순배출 제로를 달성하고 기후 변화의 최악의 영향을 제한하기 위해서는 온실가스 제거도 필요하다. 현실적으로 우리는 할 수 있는 모든 일을 해야 한다"고 말했다. 탄소 포집에서 활성탄의 역할 활성탄은 정수기 필터와 같은 많은 정제 응용 분야에서 사용되지만 일반적으로 공기 중에서 탄소를 흡수하고 보관하지는 못한다. 포스 박사 팀은 활성탄을 배터리처럼 충전할 수 있다면 탄소 포집의 적절한 재료가 될 수 있다고 제안했다. 연구팀은 활성탄을 수산화물이라는 화합물로 충전하면 이산화탄소와 가역 결합을 형성하기 때문에 탄소 포집에 적합할 것이라는 가설을 세웠다. 배터리를 충전할 때는 충전된 이온이 배터리 전극 중 하나에 삽입된다. 이후 연구팀은 배터리와 유사한 충전 프로세스를 사용해 저렴한 활성탄 천을 수산화물 이온으로 충전했다. 이 과정에서 천은 본질적으로 배터리의 전극과 같은 역할을 하며 수산화물 이온이 활성탄의 작은 기공에 축적된다. 충전 과정이 끝나면 활성탄을 배터리에서 제거해 세척해서 말린다. 연구팀은 충전된 활성탄 스폰지 테스트 결과 수산화물의 결합 메커니즘 덕분에 공기 중에서 직접 이산화탄소를 성공적으로 포집할 수 있는 것을 확인했다. 포스 박사는 "이것은 배터리와 같은 프로세스를 사용해 새로운 재료를 만드는 방법"이라면서 "CO₂ 포집 속도는 기존 방법과 비슷하다. 이 방법이 유망하다고 보는 것은 에너지를 훨씬 더 적게 사용한다는 점이다"라고 설명했다. 저온에서 수산화물-CO₂ 역전 포집된 CO₂를 정제하고 저장할 수 있도록 활성탄에서 탄소를 회수하기 위해서는 활성탄을 가열해 수산화물-CO₂를 역전시켜야 한다. 대기로부터 CO₂를 포집하는 데 현재 사용되는 대부분의 재료에서는 900°C와 같은 높은 온도까지 가열해야 하며 종종 천연 가스를 사용해야 한다. 그러나 케임브리지 팀이 개발한 충전된 활성탄 스폰지는 90~100°C만 가열하면 되며 이는 재생 에너지로 달성할 수 있는 온도다. 재료는 저항 가열을 통해 가열되며, 이는 본질적으로 재료를 안팎으로 가열해 프로세스를 더 빠르고 에너지 효율적으로 만든다. 하지만 아직 재료의 한계도 있다. 포스 박사는 "우리는 현재 포집할 수 있는 이산화탄소의 양을 늘리는 데 노력하고 있으며, 특히 성능이 저하되는 습한 조건에서 이산화탄소의 포집 양을 늘이기 위해 더욱 애쓰고 있다"고 말했다. 연구원들은 이 접근 방식이 탄소 포집 분야를 넘어 활용될 수 있다고 말했다. 기공과 활성탄에 삽입된 이온을 미세 조정해서 다양한 분자를 포집할 수 있기 때문이다.
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[신소재 신기술(56)] 탄소 포집 혁신, 전기 스펀지로 CO₂ 직접 흡수
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[기후의 역습(12)] 이산화탄소 수치, 역대 최고치 기록…극한 기후 지속돼 가파르게 상승
- 이산화탄소가 그 어느 때보다 빠르게 대기에 축적되고 있다. 역대 최고 수준으로 가파른 상승세를 보이고 있다고 NOAA(미 국립해양대기청)와 캘리포니아 주립대 샌디에이고 캠퍼스 스크립스해양학연구소(Scripps Institution of Oceanography offsite link)의 연구진이 발표했다. NOAA에 따르면 NOAA의 글로벌모니터링연구소(Global Monitoring Laboratory)가 마우나 로아 대기 관측소(Mauna Loa Atmospheric Baseline Observatory)에서 측정한 이산화탄소 수준은 지난 5월 427ppm으로 급상승하며 동월 기준 최고치를 기록했다. 매년 5월은 이산화탄소가 북반구에서 가장 높은 수준에 도달하는 달이다. 이번 측정 수치는 2023년 5월에 비해 2.9ppm 증가한 것이며 NOAA의 50년 기록 중 5번째로 큰 폭의 증가이기도 하다. 2023년의 3.0ppm 증가와 맞물리면, NOAA가 측정을 시작한 이래 2022~2024년까지 2년 동안의 상승폭으로도 최고 기록이다. 불길한 신호를 보내는 이산화탄소 측정 마우나 로아에서 1958년부터 이산화탄소 관측을 시작해 독립적으로 데이터를 축적해 분석해 온 스크립스연구소는 지난 5월 월 평균 이산화탄소 농도를 426.7ppm으로 측정했다. 이는 1년 전인 2023년 5월 측정치 423.78ppm보다 2.92ppm 증가한 수치다. 스크립스연구소에서 이산화탄소 수준이 2년 연속 가파르게 뛰어오른 것은 2020년에 세운 종전 기록에 이은 두 번째다. NOAA와 스크립스 연구진은 1~4월까지 이산화탄소 농도가 다른 해의 동기간 보다 더 빠르게 증가했다고 밝혔다. 최근 몇 년간 기후 변화에 대응하기 위해 화석연료 사용을 억제했고 이에 따른 탄소 배출이 정체 상태에 있다는 보고가 있었지만 실제 대기에서 이산화탄소 농도는 더 짙어진 것이다. NOAA의 릭 스핀래드 박사는 "지난 1년 동안 우리는 기록상 가장 더운 한 해, 기록상 가장 뜨거운 해수 온도, 끝없는 폭염, 가뭄, 홍수, 산불 및 폭풍을 경험했다"라며 "이번에 대기 중 이산화탄소 수준이 그 어느 때보다 빠르게 증가하고 있음이 드러났다. 우리는 이것이 이산화탄소 오염이 기후 시스템에 끼치는 피해를 보여주는 분명한 신호임을 인식하고 가능한 한 신속히 화석연료 사용을 줄이기 위한 조치를 취해야 한다”고 강조했다. 스크립스연구소의 탄소 프로그램 책임자 랄프 킬링 박사는 “이산화탄소의 현재 농도는 수백만 년 만에 최고 수준일 뿐만 아니라 어느 때보다 빨리 증가하고 있다. 화석연료 연소로 인해 매년 최고치를 달성하고 있는 것이다. 화석연료 오염은 마치 매립지의 쓰레기처럼 계속 쌓이고 있다"고 경고했다. 거대한 열을 가두는 담요 다른 온실 가스와 마찬가지로 이산화탄소는 대기에서 담요와 같은 작용을 한다. 지구 표면에서 방출되는 열이 우주로 빠져나가는 것을 막는 것이다. 온난화된 대기는 폭염, 가뭄, 산불은 물론 폭우와 홍수 등 극심한 기상 현상을 촉발한다. 인간이 공기 중으로 방출하는 이산화탄소의 약 절반이 대기 중에 남아 있다. 나머지 절반은 지구 표면에 흡수되어 육지와 바다에 나뉘어 축적된다. 2022~2024년까지 관찰된 2년간의 기록적인 이산화탄소 수준 급증은 2년 째 이어지는 화석연료 연소에 따른 대량의 방출과 엘니뇨 현상의 결합에 따른 것이라는 해석이 많다. NOAA의 글로벌 탄소순환 연구원인 존 밀러 박사는 이를 두고 지구의 자정 능력과 한계를 벗어났다고 진단했다. 이산화탄소의 과다 노출로 인해 해양의 화학적 성질이 변하고 있으며, 이는 해양 산성화와 함께 용존 산소량 감소로 이어져 일부 해양 생물의 생존까지 위협하고 있다. 해양 생태계 전반이 위기에 처하고 있는 것이다.
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[기후의 역습(12)] 이산화탄소 수치, 역대 최고치 기록…극한 기후 지속돼 가파르게 상승
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[기후의 역습(11)] 지구 평균 기온, 12개월 연속 사상 최고치
- 12개월 연속으로 지구 평균 기온이 사상 최고치를 기록했다. 미국 매체 더 힐은 5일(현지시간) 유럽연합의 코페르니쿠스 기후변화서비스(C3S)를 인용, 지난달은 사상 가장 더운 5월이었다며 이같이 보도했다. 유럽 기후 과학자들의 데이터에 따르면 지구 평균 기온이 산업화 이전 수준보다도 1.5도 이상 높았던 달이 11개월 연속 기록된 것으로 나타났다. 지난달 세계 평균 기온이 역대 5월 중 가장 높았다고 유럽연합(EU) '코페르니쿠스기후변화서비스(C3S)'가 밝혔다. C3S가 발표한 보고서에 따르면 지난달 지구 표면의 평균 기온은 섭씨 15.9도였다. 이는 산업화 이전 평균치보다 1.52도 높은 수치다. 이로써 작년 6월부터 지난달까지 12개월 연속으로 '역대 가장 더운 달' 기록을 지속하게 됐다. 같은 기간 지구 평균 기온은 산업화 이전 대비 1.63도 높았다. 2015년 파리기후변화협약에서 합의된 기온 상승 폭 제한 기준은 산업화 이전 대비 1.5도다. 지난 12개월 동안 지구의 평균 기온은 1991~2020년 평균 기온보다 0.75°C 높았고, 산업화 이전 평균보다 1.63°C 높았다. 세계기상기구(WMO)도 같은 날 발표한 보고서에서 지구 연평균 기온 상승 폭의 마지노선인 섭씨 1.5도를 2028년 내 넘을 확률이 80%라고 예측했다. C3S의 최신 데이터는 향후 5년 중 적어도 한 해 동안 지구의 연평균 기온이 산업화 이전 수준보다 섭씨 1.5도를 초과할 가능성이 80%에 달한다는 세계기상기구의 최신 연례 업데이트와 유사하다. 세계기상기구는 2024∼2028년 5년 동안 지구 연평균 표면 기온이 산업화 이전 시기인 1850∼1900년 기준선보다 1.1∼1.9도 더 높을 것으로 보인다고 밝혔다. 이를 토대로 2024∼2028년 사이에 연평균 기온 상승 폭이 1.5도를 넘어서는 해가 적어도 한번 나올 확률을 80%로 추계한 것이다. 지난해의 경우 연평균 기온이 산업화 이전 대비 1.45도 높아져 사상 최고치를 기록했다. 지난해 6월부터 올해 5월까지 1년간 지구 평균 기온이 산업화 이전 대비 1.63도 높았다는 것은 파리기후변화협약 제한선인 1.5도가 깨졌다는 것을 나타낸다. 이같은 기후변화 추이는 국제사회의 목표 달성이 현실적으로 어려워지고 있음을 시사한다. 기후변화는 그 어느 나라도 예외일 수 없다. 우리나라는 지난 봄 기온이 역대 두 번째로 높고 바다는 10년 새 가장 뜨거웠던 것으로 나타났다. 기상청이 지난 5일 공개한 기후분석 결과에 따르면 지난 봄 전국 평균 기온은 13.2도로, 평년(1990~2010년 평균) 봄 기온보다 1.3도 높았다. 이는 1973년 이후 봄 기온으로 상위 2번째에 해당한다. 봄 기온이 가장 높았던 해는 2023년(13.5도)이고 3번째로 높았던 해가 2022년(13.2도)으로 최근 3년 내내 봄기온은 역대급을 기록했다. 게다가 올 봄 우리나라 주변 해역 해수면 온도는 평균 14.1도였다. 이는 최근 10년 평균치(13.0도)를 1.1도 웃돈 것으로 10년 중 최고치다. 카를로 부온템포 C3S 이사는 성명에서 "12개월 연속 기록에 도달한 것은 충격적이지만 놀랍지는 않다"고 말했다. 그는 "이러한 일련의 기록적인 달은 결국 중단되겠지만 기후 변화의 전반적인 징후는 여전히 남아 있으며 이러한 추세에 변화가 생갈 조짐은 보이지 않는다"고 토로했다. 세계기상기구는 "온실가스 배출을 줄이기 위한 노력을 시급하게 기울이지 않으면 큰 대가를 치르게 될 것"이라고 경고했다. 지구의 열 증가로 인해 해빙이 증가하고 강수량이 많아지면 극한의 기상 조건으로 이어질 수 있다. 미국 남서부의 열돔으로 캘리포니아주 데스밸리는 7일 122도(섭씨 50도)에 도달해 1996년에 이후 최고 기록을 경신했다. 유타주 솔트레이크시티 국립기상청은 8일까지 평년보다 최대 20도까지 높은 기온이 어어질 것이라고 예고했다고 7일 CNN은 전했다. 50도를 오르내리는 멕시코와 인도의 폭염 등 기후변화로 인한 재난의 심각성이 커지는 현실을 직시하고 글로벌 차원의 협력과 대응책을 논의할 때다. 또한 폭염과 집중호우, 태풍 등 자연재해에 선제적으로 대비하기 위한 노력도 더욱 기울여야 할 때다. 우리 정부도 기후변화로 인한 재난관리 체계를 거듭 점검하고 피해를 최소화하기 위한 근본 대책을 세우는데 총력을 기울여야 한다. 한편 지난해 전 세계를 덮친 폭염과 홍수 등 이상기후 현상의 주범으로 지목된 '엘니뇨'가 올 하반기 소멸하고, 그 반대 현상인 '라니냐'가 나타날 가능성이 높다는 전망이 나왔다. 세계기상기구는 엘니뇨가 점차 약해지고 라니냐가 도래할 확률이 6~8월에는 50%, 7~9월에는 60%, 8~11월에는 70%까지 증가할 것으로 예측했다. 엘니뇨는 적도 부근 동태평양 해수면 온도가 비정상적으로 높아지는 현상으로, 지구 온난화를 가속하는 요인으로 꼽힌다. 지난해 지구가 역사상 가장 더운 해로 기록된 배경에도 엘니뇨가 한몫하고 있다. 반면 라니냐는 해수면 온도가 평년보다 낮아지는 현상으로, 지구 기온 상승을 일부 억제하는 효과가 있다. 하지만 세계기상기구는 라니냐가 온다고 해서 현재의 기후변화 추세가 꺾일 것으로 보지 않는다. 실제로 2020년부터 지난해 상반기까지 라니냐가 지속됐지만, 지구 기온은 오히려 상승세를 기록했다. 세계기상기구 코 배럿 사무부총장은 "엘니뇨 종료가 기후변화의 중단을 의미하지 않는다"며 "온실가스 축적으로 인한 온난화는 계속될 것"이라고 경고했다.
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[기후의 역습(11)] 지구 평균 기온, 12개월 연속 사상 최고치
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[신소재 신기술(55)] 재활용 플라스틱으로 지속가능한 '냉각 페인트' 개발
- 싱가포르의 과학자들이 재활용 플라스틱을 활용해 새로운 '냉각 페인트(cool paint)'를 개발했다. 난양이공대학교(NTU) 연구팀은 재활용 플라스틱(아크릴, 폐 PVC 파이프, 폴리스티렌 폼)과 황산바륨(BaSO4)을 이용해 새로운 유형의 '냉각 페인트'를 제조하는 방법을 개발했다고 PHYS가 5일(현지시간) 보도했다. 이 페인트는 신규 플라스틱 사용을 대체하는 지속 가능하고 효율적인 방법을 제공한다. 난양이공대학교는 싱가포르 난양에 위치한 연구집약형 공립 종합대학으로 이공계 분야 세계적인 명문대학이다. NTU 연구팀은 '솔-겔(sol-gel)'과 '상 분리(phase inversion)' 등 두 가지 방법을 사용해 냉각 페인트를 개발했다. 먼저 솔-겔 방법으로, 연구팀은 재활용 플라스틱과 황산바륨을 혼합해서 페인트를 제조했다. 싱가포르 건물 옥상에서 실시된 24시간 테스트 결과, 이 페인트는 직사광선에 노출되었을 때 주변 기온보다 최대 1.2°C 낮은 온도를 유지했다. 야간에는 주변 온도보다 최대 3°C 낮은 온도를 유지했다. 이 페인트는 태양열 반사율이 약 97.7%이며 적외선 영역에서 열 방출율이 95%에 달하는 것으로 나타났다. 두 번째인 상 분리 방법 역시 재활용 플라스틱과 황산바륨을 사용하지만, 제조 과정에서 공기가 들어갈 수 있는 미세 기공을 형성시켜 재활용 플라스틱을 다공성으로 만드는 데 중점을 두었다. 이러한 기공은 햇빛을 스펙트럼 전체에 걸쳐 산란시키는 데 도움을 준다. 테스트 결과, 이 페인트로 코팅된 표면은 정오에는 거의 주변 기온과 동일한 온도를 유지했으며 야간에는 주변 온도보다 최대 2.5°C 낮았다. 두 방법 모두를 사용해 개발된 냉각 페인트는, 일반적으로 표면 온도를 주변 온도 이하로 낮추지 못하는 시판용 냉각 페인트보다 성능이 뛰어났다. 또한 분류되지 않은 플라스틱 폐기물(아크릴, PVC 파이프, 폴리스티렌 폼 혼합물)을 사용한 추가 연구에서도 단일 종류의 플라스틱 폐기물만 사용해서 개발된 냉각 페인트와 비슷한 결과를 얻었다. 이는 NTU 연구팀의 접근 방식이 다양한 종류의 플라스틱 분류 필요성을 줄여준다는 것을 시사한다. NTU 방식은 열대 환경의 온도를 낮추는 데 도움이 될 뿐만 아니라 효과적인 플라스틱 폐기물 관리에도 기여할 수 있다. 한편, 모든 플라스틱이 재활용 되는 것은 아니다. 플라스틱 액션 플랫폼인 리퍼포스 글로벌(rePurpose Global)에 따르면 실제로 재활용된 플라스틱은 10% 미만이다. 약 12%는 소각되었으며, 나머지는 매립되거나 바다로 버려졌다. 씨넷에 따르면 플라스틱의 약 91%는 재활용되지 않았다. 실제로 재활용할 수 없는 유형의 플라스틱이 많이 있지만 소비자의 부주의로 인해 재사용에 적합하지 않은 플라스틱도 있다. 예를 들어 플라스틱 용기에 잔여물이나 쓰레기, 또는 기타 물질이 들어 있으면 재활용을 할 수 없다. 따라서 재활용하려는 픍라스틱 용기를 깨끗하게 청소해서 분리수거 통에 버리는 것이 재활용 율을 높일 수 있는 가장 기본적이면서도 제일 중요한 방법이다.
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[신소재 신기술(55)] 재활용 플라스틱으로 지속가능한 '냉각 페인트' 개발
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[신소재 신기술(54)] 무산소 공정으로 고품질 그래핀 대량 생산 가능
- 북미 과학자들이 무산소 공정을 활용해 '꿈의 소재'로 불리는 그래핀의 대량 생산 길을 열었다. 미국 콜럼비아 대학교 대학원 엔지니어링의 혼(Hone) 연구소가 국립표준기술연구소(NIST), 캐나다 몬트리올 대학교 연구원들과 함께 '무산소 화학 지상 증착(OF-CVD)' 기술을 개발해 고품질 그래핀의 대량 생산을 가능하게 했다고 아조나노와 인디펜던스 등 다수 외신이 보도했다. 이 기술은 고품질 그래핀 샘플을 대규모로 생산할 수 있으며, 산소와 그래핀 품질 간의 직접적인 상관관계를 밝히고 미량 산소가 그래핀의 성장 속도에 어떤 영향을 미치는지 보여준다고 그래핀은 탄소 원자 단일층으로 이루어진 물질로 2004년 처음 발견됐다. '21세기 경이로운 소재'로 꼽히는 그래핀은 전기 전도성과 강도가 매우 뛰어나 에너지 저장부터 의료 기기, 전자 제품에 이르기까지 다양한 산업 분야에서 혁신을 가져올 수 있는 물질로 알려져 있다. 하지만 현재까지 그래핀은 제조 과정에서 불순물이 발생하고 대량생산이 어려워 산업 활용에 한계가 있었다. 특히 산소 존재는 그래핀 성장 속도에 영향을 미치고 불순물을 발생시켜 산업적 활용을 저해하는 주요 원인이었다. 연구팀은 산소를 거의 완전히 제가한 상태에서 그래핀을 화학 기상 증착(CVD)방식으로 합성하는 새로운 방법을 개발했다. 연구팀은 "산소 제거를 통한 고품질 그래핀 합성 재현 기능성 확보는 대량 생산으로 나아가는 중요한 이정표"라고 말했다. 기존 그래핀 제조 방법은 두 가지였다. 첫번째는 박리 그래핀 방식이다. 연필 심과 동일한 재료인 흑연 샘플에서 가정용 테이프를 사용해 흑연 막을 벗겨내는 '스카치 테이프(박리 그래핀)' 방법은 매우 순수한 그래핀을 얻을 수 있지만 대량 생산에는 적합하지 않다. 두 번째는 CVD 성장 방식으로 알려져 있다. 15년 전 개발된 CVD 방식은 대량 생산이 가능하지만 산소 존재로 인해 품질이 균일하지 않았고, 성장 속도 저하 문제 등이 있었다. CVD 방식은 메탄과 같은 탄소 함유 가스가 구리 표면위로 통과한다. 가스의 온도가 메탄 조직과 탄소 원자가 재구성되어 벌집 모양의 단일 그래핀 층을 형성하는 지점까지 올라가면 그래핀이 합성된다. CVD 성장을 확장하면 cm(센티미터) 혹은 m(미터) 크기의 그래핀 샘플을 생산하는 것이 가능하다. 그러나 문제는 산소였다. 연구팀은 산소로 인해 공정이 훼손되는 문제를 해결하기 위해 산소 제어를 통한 그래핀 합성 프로세스를 개선했다. 공동 저자인 몬트리올의 리차드 마텔(Richard Martel)과 피에르 레베스크(Pierre Levesque)는 이전에 미세한 농도의 산소가 성장을 방해하고 심지어 그래핀을 제거할 수 있다는 사실을 입증했다. 약 6년 전, GSAS'19의 크리스토퍼 디마르코는 증착 과정에서 첨가되는 산소의 양을 정밀하게 제어할 수 있는 CVD 성장 시스템을 설계하고 구축했다. 디마르코의 연구는 현재 박사 과정 중인 싱저우 얀(Xingzhou Yan)과 제이콥 아몬트리(Jacob Amontree)가 수행해 성장 시스템을 개선했다. 이들은 미량의 산소가 제거되었을 때 CVD 성장이 일관되게 더 빨라진다는 사실을 발견했다. 또한 산소가 없는 CVD 그래핀 성장의 동역학을 조사하고 간단한 모델을 사용하여 온도와 가스 압력 등 다양한 매개변수에 따라 성장 속도를 예측할 수 있음을 발견했다. OF-CVD로 성장한 샘플의 품질은 박리 그래핀의 품질과 거의 동일한 것으로 나타났다. 컬럼비아 대학교 물리학과 교수들과 협력으로 생산된 그래핀은 자기장이 존재할 때 분수 양자 홀 효과에 대한 강력한 증거를 제공했다. 개선된 공정을 통해 빠르고 안정적으로 성장하는 고품질 그래핀을 얻을 수 있었으며, 이는 향후 그래핀 대량 활용 가능성을 열어준다. 이번 연구 결과는 학술지 '네이처(Nature)'에 '산소 없는 화학 기상 증착을 통한 재현 가능한 그래핀 합성'이라는 제목으로 게재됐다.
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[신소재 신기술(54)] 무산소 공정으로 고품질 그래핀 대량 생산 가능
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[기후의 역습(10)] 치명적인 열돔 강타, "캘리포니아 평년 대비 10도 급등"
- 텍사스 등 미국 남부와 멕시코를 덮친 열돔(Heat Dome)이 북상해 미국 애리조나주와 캘리포니아주 등 서부까지 폭염으로 기온이 급격히 상승하는 열파 현상을 겪을 것으로 예상된다. . 미국 기상청(NWS)은 3일(이하 현지시간) 이번 주 애리조나주와 네바다주, 캘리포니아주 일부 지역에 폭염 경보를 발령한다고 밝혔다. 열돔(heat dome)이라는 기상 현상은 고기압에 의해 뜨거운 공기가 특정 지역에 갇히면서 발생한다. 이 현상은 지난달 멕시코에서 수십 명의 사망을 초래했으며, 이번에는 미국 남서부 지역에 기록적인 고온을 가져올 것으로 예상된다. 다시 말하면 열돔은 찬 공기 이동을 방해해 구름과 비를 몰아내고 산불 발생 가능성을 높인다. 마치 뜨거운 냄비에 뚜껑을 덮으면 더 빨리 끓는 것과 비슷하다고 데일리 메일은 설명했다. NWS는 미 서부의 여러 지역에서 6월 초 기온이 평년보다 10도 이상 높게 오를 수 있다고 경고했다. 특히 캘리포니아 중남부 내륙부터 뜨겁게 달아오를 것으로 예상됐다. 광활한 농장 지대가 있는 캘리포니아 센트럴밸리에서 샌프란시스코 베이 북부의 나파밸리, 로스앤젤레스(LA)의 북쪽 내륙인 팜데일 등 지역에도 4일부터 폭염 주의보가 발효된다. 평소 기온이 크게 오르지 않아 와인 산지로 유명한 나파밸리는 4일 최고 기온이 화씨 96도(섭씨 36도)로 예보됐다. 캘리포니아 주도(州都)인 새크라멘토는 4일 최고 기온이 올해 처음으로 섭씨 38도를 넘을 것으로 예상된다. 이 같은 캘리포니아 중부 지역의 이상 고온은 오는 6일 밤까지 이어질 전망이다. 세계에서 가장 더운 곳으로 알려진 데스밸리 사막 지대는 오는 6일 예상 기온이 섭씨 49도 이상 오를 것으로 관측됐다. 데스밸리는 보통 6월 중·하순에 이렇게 뜨거워지지만, 올해는 더 일찍 고온 현상이 나타나고 있다. 캘리포니아는 최소 1주일 동안 평균 기온보다 섭씨 11도 이상 기온이 높아질 수 있으며, 텍사스 국경 근처 일부 지역은 최대 섭씨 45.5도까지 올라갈 수 있다. 뉴욕 타임스 보도에 따르면, 열돔 현상으로 캘리포니아 센트럴밸리의 기온은 최대 섭씨 43.3도까지 올라갈 것으로 예상된다. 이는 6월 평균 기온보다 섭씨 11도 높은 수치다. 열돔으로 미국 전역 기온 상승 미 기상청은 남서부 지역의 열돔으로 인해 중서부에서 북동부에 이르는 미국 전역의 기온도 상승할 것으로 예상된다고 경고했다. 악시오스 보도에 따르면 일부 지역에서는 열돔이 6월 8일까지만 지속될 것으로 예측하지만, 다른 지역은 이 현상이 6월 내내 지속될 수 있다. 미 기상청은 10일까지 극심한 열파 발생 확률이 40~60%라고 밝혔다. 미 내무부에 따르면, 캘리포니아주 센트럴밸리 지역은 과일, 견과류, 곡물 등 미국 식량의 25%를 생산한다. 이 극심한 열파는 약 14만6400명의 농장 노동자들에게 위험을 초래할 수 있다. 캘리포니아 환경보호국은 성명을 통해 "극심한 열기는 기후변화의 보이지 않는 위험이며, 캘리포니아의 노인과 어린이들은 특히 취약하다"고 공지했다. 이 열파는 또한 아몬드, 토마토, 호두, 견과류, 와인 포도 등 농작물의 생산에 크게 영향을 미칠 수 있다. 텍사스, '열파 주의보' 발령 텍사스에서는 멕시코 국경 근처 남부 및 서부 지역에 열돔이 집중될 것으로 예상된다. 텍사스 주 일부 지역은 앞으로 며칠 동안 최고 기온이 섭씨 43.3도에서 45.5도 사이에 이를 것으로 예상되며, 이는 6월 평균 기온보다 최대 섭씨 5.5도 높은 수치다. 텍사스는 1998년에 기록된 최고 기온 섭씨 42.2도를 뛰어넘어 5월 30일에 섭씨 46.1도를 기록했다. 이러한 극심한 고온은 주 전역에 걸쳐 폭풍우를 유발했다. 텍사스 당국은 라사라, 카메론파크, 브라운즈빌 등 멕시코 국경 근처 도시들을 대상으로 '열파 주의보'를 발령했다. 애리조나 남부와 네바다 남부 일부 지역은 오는 5일부터 낮 최고 기온이 섭씨 43도에 가까워진다. 애리조나주 피닉스는 오는 6일 낮에 섭씨 43도를 찍을 것으로 예상된다. 피닉스의 최고 기온이 화씨 110도(섭씨 43도) 이상으로 예보된 것은 올해 들어 처음이다. 지난해 피닉스에 이 정도 기온의 폭염이 덮친 것은 6월 말부터였다. 이번 열파는 이번 달 멕시코에서 시작되어 20명 이상의 사망자와 심각한 정전을 초래했다. 평균 이상의 기온은 치명적인 위험도 초래할 수 있다. 2023년 미국에서는 최소 1만1000명이 열파로 사망했다. 세계보건기구(WHO)에 따르면, 폭염은 체온 조절 능력의 저하로 인해 심장과 신장에 부담을 주고 심장 마비, 뇌졸중, 신장 기능 장애를 유발할 수 있다. 미국 질병관리본부(CDC)는 매년 약 1220명이 폭염으로 사망한다고 추정하고 있다. 그러나 실제 사망자 수는 이보다 더 높을 가능성이 있다. 미국 기상 전문가 크리스티 달 박사(Climate and Energy program at the Union of Concerned Scientists 소속 주요 기후 과학자)는 영국 일간지 가디언에 "우리는 또 다른 기록적인 날씨를 맞이할 것으로 예상된다. 이미 텍사스와 플로리다 일부 지역에서는 일일 기록이 깨지고 있다"고 우려했다. 지난해 같은 시기 뉴욕시 기온은 섭씨 18.3도에서 21.1도 사이였지만, 올해는 섭씨 22.2도에서 26.7도 사이에 이르고 있다. 2023년 6월 4일 플로리다 마이애미 기온은 섭씨 29.4도였지만, 올해는 섭씨 30도에 이를 것으로 예상된다. 올 여름도 기록적인 폭염 예상 전문가들은 올 여름에도 극심한 열파와 더 많은 기록적인 폭염이 발생할 가능성이 있다고 경고하고 있다. 이번 열파는 열돔의 영향을 크게 받았다. 이번 경우 멕시코 만에서 상승한 뜨거운 공기가 고기압에 의해 텍사스와 캘리포니아 위에 머무르면서 열돔을 형성했다. 태평양 적도부 해수면 온도 변화와 관련된 라니냐(La Niña) 현상도 이번 열파에 영향을 미쳤을 가능성이 있다. 라니냐 현상은 태평양 적도부 동쪽 해수면 온도가 평년보다 낮아지는 현상으로, 이는 북미 지역에서 겨울철 기온이 낮아지고 여름철 기온이 높아지는 경향을 초래할 수 있다. 실제로 2023년 겨울 북미 지역은 평년보다 추운 겨울을 보냈고, 이는 이번 여름철 극심한 열파 발생 가능성을 높였을 가능성이 있다. 한편, 북미 뿐만 아니라 동남아시아 지역에서도 폭염 피해가 심각하다. 인도에서는 최근 북부와 서부 중심으로 섭씨 50도 아팍의 기록적인 폭염이 계속되고 있다. 인도과학대학(IIS)의 구프란 베이그 교수는 로이터통신에 최근 기록적인 기온 상승 등은 결국 기후 변화와 관련돼 있다고 말했다. 전문가들은 기후변화로 인해 홍수 등 남아시아의 자연재해가 해를 거듭할수록 강해지고, 예측하기가 더욱 힘들어진다고 지적했다.
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[기후의 역습(10)] 치명적인 열돔 강타, "캘리포니아 평년 대비 10도 급등"
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[우주의 속삭임(14)] 화성의 신비한 구멍, 채광창인가?
- 화성 표면에 신비한 구멍이 포착돼 우주 과학자들의 주목을 받고 있다. 미 항공우주국(나사·NASA)의 화성 정찰 궤도선이 화성에서 신비한 구멍을 포착했다고 사이언스얼럿과 위온 등 다수 외신이 최근 보도했다. 위의 이미지는 NASA의 화성 정찰 궤도선 MRO에 있는 HiRISE(고해상도 이미징 과학 실험) 카메라로 캡처됐다. 신비한 구덩이 폭은 몇 미터에 불과하며 화성의 아르시아 몬스(Arsia Mons) 지역에 위치하고 있다. 아르시아 몬스는 3개의 화산으로 구성된 타르시스 몬테스(Tharsis Montes)군에 속한 휴화산 중 하나다. 타르시스 벌지(Tharsis Bulge)의 타르시스 지역은 수천 킬로미터에 이르는 광활한 화산 평원이다. 화성의 다른 지역에 비해 고도가 높으며 평균적으로 화성의 평균 고도보다 약 10km(3만3000피트) 높다. 이 지역은 과거에 화산 활동이 활발했던 곳으로, 이번에 포착된 구덩이와 같은 지형은 고대 화산 활동의 직접적인 결과물이다. 구덩이에 대한 과학자들의 다양한 추측 중에 하나는 지하 용암 동굴로 가는 채광창이 될 수도 있다는 것이다. 이 이론은 지구상의 하와이 같은 화산 지역에서 유사한 지형이 목격 되었다는 사실에 근거한다. 이러한 유형의 채광창은 옹암 동굴의 지붕이 무너지고 구멍이 생길 때 형성된다. 화성의 구덩이가 과학자들의 추정과 같이 실제로 채광창이라면 미래에 우주 비행사들에게 자연적인 피난처가 될 수 있다. 이 구덩이는 방사선과 극한 온도, 먼지 폭풍과 같은 극한의 우주 환경에서 우주 비행사들을 보호해 줄 수 있다. 구멍이 지각이나 화산 활동에 의해 형성되었을 가능성도 있다. 이러한 구덩이는 지구에서 흔히 발견되며, 화산 활동으로 생긴 공극(토양이나 암석 속의 비어 있는 부분) 뒤에 있는 땅이 붕괴된 후에 만들어진다. 아르시아 몬스 지역의 몇몇 구덩이는 지하 용암 동굴로 이어지는 것일 수도 있지만 불확실하다. 지하 훨씬 더 깊은 곳에서 일어난 붕괴의 결과일 수도 있다. 화성에 용암동굴이 존재하지 않을 이유는 없다. 화성의 중력은 지구보다 훨씬 약하기 때문에 더욱 큰 용암 동굴이 존재할 수도 있다. 화성 화산의 구덩이 중 하나인 파비스 몬스는 더욱 특이하다. 구덩이 아래에는 일종의 빈 공간이 있지만 그 정체를 파악하기는 어렵다. 용암 동굴로 보기에는 지구상 대부분의 용암 동굴보다는 왜소하다는 지적이다. 앞에서 설명했듯이 구멍이 실제로 용암 동굴로 이어진다면 미래의 우주 탐험가들을 위해 이상적인 거주 가능 지역이 될 가능성이 있다. 더 큰 용암 동굴은 영구 기지 건설에 가장 적합한 광대하고 안정적인 환경을 제공할 가능성이 높다. 또 농업에 적합한 환경을 제공하고 화성에서 인간이 장기적으로 거주하는 데 중요한 생명 시스템을 지원할 수도 있다. 과학자들은 화성에 용암 동굴이 풍부하다는 형태학적 증거를 많이 발견했지만 이번에 발견된 신비한 구덩이가 구체적으로 어떤 것인지는 아직 미스터리로 남아있다고 말했다.
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[우주의 속삭임(14)] 화성의 신비한 구멍, 채광창인가?
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