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2024-11-21 (목)

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미세 플라스틱, 구름 형성 촉진…극한 날씨와 기후변화 가속 우려

미세 플라스틱이 대기 중 구름 형성을 촉진시켜 극한 날씨와 기후 변화를 가속화시킨다는 연구 결과가 최근 발표됐다. 구름은 대기 중의 보이지 않는 기체인 수증기가 먼지와 같은 작은 부유 입자와 결합해 물방울이나 얼음 결정으로 변할 때 형성된다. 최근 발표된 연구에서 미세 플라스틱 입자도 동일한 효과를 낼 수 있는 것으로 밝혀졌다. 또 미세 플라스틱이 없는 물방울보다 섭씨 5~10도 더 따뜻한 온도에서 얼음 결정이 생성될 수 있음도 보여주었다고 더컨버세이션이 전했다. 연구 결과는 공기 중에 미세 플라스틱이 없었다면 구름이 형성되지 않았을 좀 더 따뜻한 조건에서 미세 플라스틱이 구름을 생성함으로써 날씨와 기후에 적지 않은 영향을 미칠 수 있음을 시사한다. 대기 화학자 중심으로 구성된 연구진은 다양한 유형의 입자가 액체 물과 접촉할 때 어떻게 구름 속에서 얼음이 형성되는지를 분석했다. 대기에서 지속적으로 발생하는 이 과정은 '핵 형성'이라고 부른다. 대기 중의 구름은 액체 물방울, 얼음 입자 또는 두 가지의 혼합물로 구성된다. 기온이 섭씨 0도에서 영하 38도 수준인 중상층 대기의 구름에서 얼음 결정은 일반적으로 건조한 토양의 미네랄 먼지 입자나 꽃가루 또는 박테리아와 같은 생물 입자 주위에 형성된다. 미세 플라스틱도 그런 입자 중 하나다. 미세 플라스틱은 너비 5mm 미만으로 연필 끝에 달린 지우개 정도의 크기다. 일부는 이보다 더 작고 미세하다. 미세 플라스틱은 매우 작기 때문에 공기 중으로 쉽게 이동할 수 있다. 구름 속의 얼음은 날씨와 기후에 중요한 영향을 미친다. 대부분의 강수는 얼음 입자로 시작되기 때문이다. 전 세계 대부분 지역의 구름은 대기 중으로 높이 확장되고 차가운 공기가 구름 꼭대기 수분을 얼린다. 얼음이 형성되면 주변의 액체에서 수증기를 끌어당기고, 얼음 결정은 떨어질 만큼 무거워진다. 얼음이 형성되지 않으면 구름은 비나 눈으로 내리기보다는 증발하는 경향이 있다. 구름은 또한 여러 가지 방식으로 날씨와 기후에 영향을 미친다. 지구 표면에서 들어오는 햇빛을 반사하여 냉각 효과를 내기도 하고 지구 표면에서 방출되는 일부 복사선을 흡수해 온난화 효과를 증폭시킨다. 반사되는 햇빛의 양은 구름에 포함된 액체 상태의 물과 얼음의 양에 따라 달라진다. 미세 플라스틱이 구름에서 얼음 입자를 증가시키면, 이 비율의 변화는 구름이 지구의 에너지 균형에 미치는 영향을 바꿀 수 있다. 물이 섭씨 0도에서 언다고 하지만, 항상 그런 것은 아니다. 먼지 입자와 같이 핵을 형성할 물질이 없다면 물은 섭씨 영하 38도까지 얼지 않고 과냉각될 수 있다. 더 따뜻한 온도에서 동결하려면 물에 녹지 않는 물질이 물방울에 존재해야 한다. 이 입자는 첫 번째 얼음 결정이 형성될 수 있는 표면을 제공한다. 미세 플라스틱이 존재하면 얼음 결정이 형성돼 비나 눈이 더 많이 내릴 수 있다. 연구진은 미세 플라스틱 조각이 물방울의 핵 역할을 할 수 있는지를 확인하기 위해 대기 중에서 가장 널리 퍼진 네 가지 플라스틱, 즉 저밀도 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리염화비닐, 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 이용했다. 각각은 깨끗한 상태와 자외선, 오존 및 산에 노출된 상태 두 가지로 테스트되었다. 이 모든 것이 대기 중에 존재하며 미세 플라스틱의 구성에 영향을 미칠 수 있다. 연구진은 미세 플라스틱을 작은 물방울에 현탁시키고, 물방울을 천천히 냉각시켜 어는 시점을 관찰했다. 또한 플라스틱 조각의 표면을 분석해 분자 구조를 파악했다. 얼음 핵 형성은 미세 플라스틱의 표면 화학 성질에 따라 달라질 수 있기 때문이었다. 테스트한 대부분의 플라스틱에서 물방울의 50%는 섭씨 영하 22도로 냉각될 때까지 얼었다. 일부 미세 플라스틱은 미세 플라스틱이 없는 물방울보다 더 따뜻한 온도에서 얼음 핵을 형성했다. 자외선, 오존 및 산에 노출되면 입자의 얼음 핵 형성 활동이 감소하는 경향이 있었다. 이는 얼음 핵 형성이 미세 플라스틱 입자 표면의 작은 화학적 변화에 민감하다는 것을 시사한다. 그러나 이 플라스틱들은 여전히 얼음 핵을 형성하므로 구름 속 얼음의 양에 영향을 미칠 수 있다. 미세 플라스틱이 날씨와 기후에 어떤 영향을 미치는지 이해하려면 구름이 형성되는 고도에서의 농도를 알아야 한다. 또 미네랄 먼지 및 생물학적 입자 등 얼음 핵 형성이 가능한 다른 입자와 비교해 미세 플라스틱의 농도를 확인해야 한다. 이러한 측정을 통해 미세 플라스틱이 구름 형성에 미치는 영향을 모델링할 수 있다. 플라스틱 조각은 크기와 구성이 다양하다. 향후 연구에서는 가소제와 착색제 등 첨가제가 포함된 플라스틱과 미세 플라스틱 입자를 이용해 분석을 진행할 계획이다.
- 포커스온
2024-11-11
[기후의 역습(81)] 스페인 홍수, "기후변화가 부른 재앙이다"

엄청난 피해를 입히는 단일한 기상 사건이 기후 변화로 인해 발생했다고 단정하는 사례는 거의 존재하지 않는다. 그러나 최근 벌어진 스페인의 홍수에 대해 다수의 전문가들이 이런 관행을 깨고 "스페인의 최악의 홍수는 기후 변화로 인한 기온 상승이 악화의 주된 역할을 했다"고 지적하고 나섰다고 BBC가 전했다. 발렌시아 등 스페인 남동부 지역에 현지 시간으로 지난달 29일 기록적인 폭우가 내렸다. 기습 폭우로 최소 205명이 사망한 것으로 집계되면서 이같은 대참사를 야기한 원인에 이목이 쏠리고 있는 것. 스페인 기상청에 따르면 당시 발렌시아 치바에서는 10월 29일 새벽부터 8시간 동안 1㎡당 491L의 비가 내렸다. 기상청에 따르면 이는 일반적으로 이 지역의 1년치 강수량이다. 임페리얼칼리지 런던의 프리데리케 오토 박사는 BBC와의 인터뷰에서 "스페인에서의 이런 폭발적인 폭우는 의심할 여지 없이 기후 변화로 인해 심화된 결과다"라고 단언했다. 오토 박사는 온난화의 원인과 영향을 연구하는 국제 과학자 그룹을 이끌고 있다. 그는 "화석 연료 연소로 인한 온난화가 섭씨 1도씩 올라갈 때마다 대기는 더 많은 수분을 보유하게 되며, 결과적으로 더 많은 폭우가 쏟아질 수 있다"는 것이다. 기상학자들은 스페인에서 일어난 이번 집중호우의 주요 원인이 가을과 겨울에 스페인을 강타하는 자연적인 기상 현상일 가능성이 높다고 말했다. '고타 프리아(gota fría)' 또는 콜드 드롭(차가운 물방울)이라고 불리는 이 기상 현상은 지난 몇 년 동안 극도로 뜨거운 상황에 놓여 있는 지중해의 따뜻한 바닷물 위로 차가운 공기가 내려오는 것을 보여준다. 그러면 바다 표면의 뜨겁고 습한 공기가 빠르게 상승해 높게 우똑 솟은 비구름이 되어 해안으로 날아와 많은 양의 비를 내린다. 연구진은 기후 변화가 이 구름이 운반하는 비의 양에 직접적인 영향을 미쳤다고 지적했다. 지구 온난화로 인해 기온이 섭씨 1도씩 상승할 때마다 비가 7%씩 증가한다는 것이다. 문제는 지표면이다. 비가 내리면 땅이 그 비를 상당량 흡수하게 된다. 그런데 유럽의 대부분 지역은 포장 도로로 덮여 있다. 게다가 이런 곳은 온도도 높다. 비가 내리기 시작하면 물을 많이 흡수할 수 없는 곳, 온도가 주변보다 높은 곳에 비가 더 강하게 내린다. 리즈 대학교의 마크 스미스 교수는 "강수량이 극심하게 증가하는 것 외에도 여름이 더 더워져 토양이 구워지고, 물을 흡수하는 능력이 떨어지게 된다"고 말했다. "그러면 더 많은 물이 강으로 유입되면서 강수 강도 증가에 더해 직접적인 효과가 증폭된다"는 것이다. 학자들 사이에서는 지구 온난화로 인해 폭풍의 움직임이 더 느려지고, 이로 인해 폭풍으로 내리는 강우량이 더 심해지는지에 대한 논쟁도 있다. 올해는 이런 유형의 폭풍과 폭풍이 가져올 수 있는 파괴에 대한 증거도 보았다. 지난 9월 폭풍 보리스는 중부 유럽의 여러 국가를 강타해 수많은 사상자와 막대한 피해를 남겼고, 이는 지중해의 고온으로 더 심해졌다. 전문가들은 이런 재해가 발생할 가능성이 기후 변화로 인해 두 배나 더 높다고 말했다. 스페인에서는 정확한 기상 예보가 부족해 적절한 조치를 취하지 못했다는 비판도 제기됐다. 다만 기상학자들은 빠르게 움직이는 강렬한 뇌우의 경로를 예측하는 것은 매우 어려운 일이라고 지적했다. 예보는 안전 조치를 취하는 데 도움이 되지만 많은 비가 내리는 정확한 위치를 미리 알기 어려워 예보가 쉽지 않다는 것이다. 스페인의 홍수가 부각시킨 한 가지 문제는 현재의 인프라로는 극심한 홍수에 대처할 수 없다는 사실이다. 현재의 도로와 다리, 거리는 지금의 기후가 아니라 지난 세기의 기후에 맞추어 건설된 것이기 때문에 새로운 접근이 필요하다는 지적이다.
- 포커스온
2024-11-04
[퓨처 Eyes(53)] 세계 최초, 나노 크기 물방울 생성 실시간 포착

수소와 산소를 결합하는 과정을 통해 나노크기의 물방울 생성 장면이 처음으로 포착됐다. 미국 노스웨스턴 대학교 연구팀이 은백색 금속인 팔라듐(Pd)을 이용해 수소와 산소를 결합, 나노 크기의 물방울을 실시간으로 생성하는 과정을 세계 최초로 관찰하고 촬영하는 데 성공했다. 이 연구는 심우주 탐사에서 물을 생산하는 혁신적인 기술로 활용될 가능성을 제시하며 주목받고 있다. PHYS.org, IFL사이언스, 사이언스 얼러트 등 다수 외신이 이 같은 내용을 중점적으로 다루었다. 팔라듐 반응으로 나노 물방울 생성 물(H₂O)의 성분은 간단하다. 수소 원자 2개와 산소 원자 1개를 섞으면 지구 생명체 유지에 가장 중한 물 분자가 만들어진다. 연구팀은 팔라듐 반응을 직접 관찰하기 위해 20나노미터(1나노미터는 10억분의 1미터) 너비의 팔라듐 조각 표면에 수소와 산소 원자를 추가하고 멤브레인을 사용해 이어지는 상호작용을 포착했다. 팔라듐은 수소를 흡수하고 저장하는 능력이 뛰어난 금속으로, 수소가 팔라듐 구조 내부로 들어가 산소와 빠르게 결합하면서 물을 생성한다. 이번 연구에서는 벌집 모양의 나노 반응기와 초박막 유리 멤브레인을 사용해, 팔라듐 표면에서 수소와 산소가 결합해 물방울을 형성하는 과정을 실시간으로 시각화했다. 연구팀은 고진공 투과 전자 현미경을 이용해 이 극미세 반응을 관찰했다. 벌집 모양의 나노 반응기는 기체 분자를 가두어 서로 반응하게 한 후, 그 과정을 초박막 멤브레인을 통해 실시간으로 관찰할 수 있는 기술을 구현했다. 이를 통해 연구팀은 팔라듐이 수소와 산소를 빠르게 물로 변환하는 나노 단위의 과정을 확인했다. 전자 에너지 분광법을 통한 분석 연구팀은 팔라듐 표면에서 생성된 나노 크기의 물방울을 전자 에너지 분광법(EELS)을 사용해 분석했다. 이 방법은 전자를 시료에 쏘아 전자의 에너지 손실을 측정함으로써 시료의 화학적 결합 상태를 파악하는 기술이다. 이를 통해 연구팀은 팔라듐 표면에서 발생하는 물 분자의 결합 상태와 생성 과정을 정밀하게 관찰할 수 있었다. 이는 또한 인도의 달 탐사선 찬드라얀 1호가 달에서 물의 존재를 확인하는데 사용된 것과 동일한 기술이기도 하다. 2008년 발사된 찬드라얀 1호는 얼름, 헬륨-3을 포함한 달의 자원을 조사했다. 물은 인류 생존에 중요한 요소로 과학자들은 달의 남극에서 상당한 양의 물을 발견했으며, 미래의 우주 임무에서 달의 물을 활용하는 점에 주목하고 있다. 게다가 지난 2023년 8월 23일 찬드라얀 3호가 달에서 물이 풍부한 지역으로 알려진 남극 지역에 세계 최초로 착륙해 달 탐사의 새로운 이정표를 세웠다. 우주에서 물 생성 응용 가능성 이번 연구는 심우주 탐사에서 물을 현지에서 생산할 수 있는 가능성을 열었다. 팔라듐을 이용해 수소를 미리 우주선에 저장해두면, 우주 비행사들은 산소만 추가해 식수를 생산할 수 있는 방법을 제시한 것이다. 이는 달, 화성,목성 탐사와 같은 장기 우주 미션에서 중요한 자원 확보 방식으로 활용될 수 있다. 연구의 시니어 저자인 노스웨스턴 대학교 비나약 드라비드 교수는 "나노 규모의 물방울을 직접 시각화함으로써, 극한의 반응 조건 없이도 가스와 금속 촉매를 사용해 빠르게 물을 생성할 수 있는 최적의 조건을 파악할 수 있었다"고 밝혔다. 그는 "이 기술은 우주 환경뿐만 아니라, 수소 연료 전지와 같은 에너지 생산 기술에도 중요한 영향을 미칠 것"이라고 덧붙였다. 팔라듐의 촉매 역할과 수소 에너지 팔라듐은 연성과 전성이 뛰어나 가공하기 쉽고, 내부식성이 강하며 고온에서도 안정적이다. 특히 촉매 활성이 뛰어나 다양한 화학 반응에 활용되며, 수소를 흡수하는 능력 덕분에 최근 수소 에너지와 연료 전지 분야에서 그 중요성이 더욱 커지고 있다. 이번 연구는 팔라듐이 수소와 산소를 결합해 물을 생성하는 속도가 수소와 산소의 주입 순서에 따라 크게 달라진다는 사실을 밝혀냈다. 이는 우주 공간과 같은 특수 환경에서 물을 효율적으로 생산하는 기술 개발에 기여할 것으로 기대된다. 영화 '마션'의 현실화 연구팀은 영화 '마션'에서 주인공 마크 와트니(맷 데이먼 분)가 화성에서 로켓 연료를 태워 수소를 추출하고 산소와 결합해 물을 만든 장면을 언급하며, "우리 기술도 극한 환경 없이 팔라듐과 기체만으로 물을 생성할 수 있다"고 설명했다. 이는 우주 탐사에서 더 간단하고 효율적인 물 생산 방법을 제시한 것이다. 이 연구 결과는 미국 국립과학원회보(PNAS)에 게재되었으며, 향후 우주 탐사 및 수소 에너지 분야에서 중요한 응용 가능성을 제시하고 있다.
- 포커스온
2024-10-11
[신소재 신기술(114)] 상어 장 모방한 3D 프린팅 파이프, 역류 없는 액체 흐름 구현

미국 과학자들이 상어의 소화기관에서 영감을 얻어 한 방향으로만 흐르는 파이프를 3D 프린팅 기술로 제작했다. 워싱턴대학교(UW) 연구팀은 상어의 나선형 장 구조를 모방해 3D 프린팅 기술로 '한 방향 흐름 파이프'를 개발했다고 과학 전문매체 뉴아틀라스가 전했다. 이 파이프는 액체가 역류하지 않고 한 방향으로만 흐르도록 설계되어, 상어의 소화기관처럼 효율적인 물질 이동을 가능하게 한다. 인간의 장은 속이 빈 튜브에 불과하지만 상어의 장은 아래쪽 부분에 나선형 판막이라는 것이 있다. 이 나선형 판막은 비교적 짧고 굵은 장의 일부로, 내부에 일종의 코르크 마개와 같은 나선형 구조가 있다. 이 구조는 음식물의 이동 속도를 늦추고 표면적을 넓혀 영양분 흡수 효율을 높이는 역할을 한다. 또한 나선형 장의 구조는 음식물의 역류를 방지하는 데도 도움이 된다. 연구팀은 다양한 형태의 나선형 구조를 가진 파이프를 제작하고 실험을 통해 최적의 구조를 찾아냈다. 그 결과 개발된 파이프는 기존의 무빙 파트가 없는 한 방향 흐름 장치인 태슬라 밸브보다 뛰어난 성능을 보였다. 테슬라 밸브(Tesla Valve)는 니콜라 테슬라가 1920년에 발명한 특수한 형태의 유체 흐름 제어 장치다. 움직이는 부품 없이 유체의 흐름을 제어하는 것이 특징이다. 여러 개의 물방울 모양 루프가 파이프 내부에 배열되어 유체가 순 방향으로 흘르 때는 루프를 따라 부드럽게 통ㅎ과하지만, 약방향으로 흐르려고 하면 루프에 의해 와류가 발생하고 흐름이 저항을 받아 통과가 어려워진다. 특히 부드러운 소재로 제작된 이 파이프는 테슬라 밸브보다 최소 7배 이상 효율적인 흐름을 보였다. 그러나 연구팀은 파이프가 상어의 장 조직보다 100배나 더 단단해 앞으로 개선의 여지가 있다고 밝혔다. 이번 연구는 부드럽고 강하며 프린팅 가능한 폴리머 개발에 대한 화학자들의 동기를 더욱 강화할 것으로 기대된다. 이러한 폴리머는 공학, 의학 등 다양한 분야에서 유체 흐름 제어에 활용될 수 있을 것으로 전망된다. 이번 연구 결과는 미국 국립학회보(PNAS)에 게재됐다.
- IT/바이오
2024-09-27
[기후의 역습(36)] 남극 빙붕 아래서 특이한 눈물방울 패턴 발견

남극 해안에 떠다니는 빙붕의 아래쪽에서 전에 본 적이 없는 눈물방울 모양의 패턴이 발견됐다고 라이브사이언스가 전했다. 연구 결과는 최근 국제 학술지 사이언스 어드밴시스(Science Advances)에 발표됐다. 이 패턴은 스웨덴 예테보리(Gothenburg) 대학 해양학 안나 볼린(Anna Wåhlin) 교수팀의 주도 아래 수행된 탐사 도중 서남극의 닷슨(Dotson) 빙붕 아래에서 발견됐다. 탐사 당시 일종의 수중 로봇(드론)인 원격조종차량(ROV)은 빙하 아래 17km까지 잠수해 얼음 밑면을 따라 1000km 이상을 이동하며 조사 중이었다. 닷슨 빙붕은 뉴욕시의 7배 크기인 50km 폭의 떠다니는 얼음덩어리로, 서남극의 마리버드랜드(Marie Byrd Land) 해안에 위치해 있다. 이곳은 서남극 빙상의 일부로, 빙하 붕괴로 전체 빙상이 붕괴되면 전 세계 해수면은 무려 3.4m나 상승할 수 있는 민감한 곳이다. 연구팀은 ROV를 얼음 아래로 내려보내 소나(수중음파탐지기)로 빙하의 아랫면을 스캔함으로써 빙하 아랫면의 가장 광범위하고 완전한 그림을 만들어 냈다. 이는 350m 두께의 빙붕을 위협하는 요인들을 더 자세히 조사하기 위함이었다. 이전의 연구에서는 꾸준한 침식이 빙상 가장자리를 갉아내고 있으며, 따뜻한 바닷물이 빙상 밑면으로 스며들고, 결국 빙상은 육지에서 떨어져 나가 붕괴가 불가피하다는 사실이 밝혀졌다. 이번 연구는 그 후속으로 실제 빙붕 상황을 조사한 것이다. 학계에서 예상했던 대로, 연구팀 조사 결과 빙하는 수중 해류가 바닥을 침식하는 지점에서 가장 빨리 녹고 있는 것으로 밝혀졌다. 또한 빙하를 가로지르는 균열은 얼음이 녹은 물이 표면으로 이동하도록 유도한다는 것도 보여주었다. 연구팀은 "남극의 얼음 순환과 얼음이 대륙에서 바다로 이동하는 과정을 이해하려면 얼음이 아래에서 어떻게 녹는지 이해해야 한다. 이는 육지의 얼음을 바다로 밀어내는 중요한 과정이다"라고 설명했다. 탐사 과정에서 연구팀은 예상과 달리 빙하의 바닥이 매끄럽지 않고, 얼음의 봉우리와 골짜기에서 나오는 눈물방울 모양으로 얼룩덜룩하다는 것을 발견했다. 이러한 모양 중 일부는 길이가 최대 400m에 달하는 것도 있었다. 연구팀은 이 패턴이 지구의 자전에 따라 물이 빙하 아랫면을 가로질러 이동하면서 고르지 않게 녹아 발생한 모양이라고 추정했다. 지구에서 움직이는 물은 '코리올리 효과'의 영향을 받는데, 이 효과는 남반구에서 지구 운동 방향의 왼쪽으로 작용한다. 그 결과 '에크만 나선'이라는 나선 흐름 패턴이 나타난다. 이는 바람이 바다 표면 수역을 지날 때 흔히 나타나지만, 물이 얼음 위를 지날 때도 나타날 수 있다. 팀은 "얼음을 녹이려면 많은 에너지가 필요하다. 따라서 남극의 모든 빙하는 거대한 지구의 온도 안정제와 같다. 즉 남극은 지구 기후 시스템을 유지하는 핵심이다"라며 "남극 빙상이 높은 속도로 바다로 흘러 들어가면 해수면 상승에 큰 영향을 미칠 수 있기 때문에 남극 지방에서의 빙붕 탐사는 미래의 해수면 상승 억제에 기여할 수 있다"고 지적했다.
- 포커스온
2024-08-02
[우주의 속삭임(5)] '지구의 쌍둥이' 금성에서 물이 사라진 이유는?

행성을 연구하는 콜로라도대학 볼더 캠퍼스(University of Colorado Boulder)의 과학자들이 뜨겁고 사람이 살 수 없는 지구의 이웃 금성이 건조해진 이유를 밝혀 냈다고 PHYS가 보도했다. 연구팀은 컴퓨터 시뮬레이션을 사용해 행성 대기의 수소 원자가 ‘해리성 재결합(dissociative recombination)’이라고 알려진 화학반응을 통해 우주로 수분을 날려버렸다는 사실을 발견했다. 이로 인해 금성은 과거의 추정치에 비해 매일 약 두 배의 물을 잃게 됐다고 한다. ‘해리’는 전자의 충돌에 의해 분자가 작게 분해되는 현상이며 해리성 재결합은 그 역작용을 말한다. 이번 연구 결과로 은하계 전역의 수많은 행성에서 물이 어떤 현상을 일으키는지 설명할 수 있다는 평가다. 이 연구 결과는 최신 '네이처' 저널에 발표됐다. 지구상의 모든 물을 토스트에 잼을 바르듯 지구 전체에 뿌리면 약 3km 깊이의 물 층이 생긴다. 같은 방식을 금성에 적용하면 금성은 발가락이 젖을 정도인 3cm 정도가 된다. 연구팀원이었던 대기 및 우주 물리학 연구소(LASP) 연구원 마이클 채핀 박사에 따르면 금성은 크기와 질량이 지구와 같지만, 물은 지구보다 10만 배 적다고 한다. 연구팀은 컴퓨터 모델을 사용해 금성을 거대한 화학 실험실로 가정하고 행성의 소용돌이치는 대기에서 발생하는 다양한 반응을 관측했다. 관측에서 금성 대기층에 있는 HCO+(수소, 탄소, 산소 각각의 원자 하나로 구성된 이온)라는 분자가 금성의 물 상실의 원인일 수 있다는 결과가 나왔다. 연구팀원인 LASP 에린 캔지 박사는 ”이번 발견을 통해 한때 지구와 거의 동일한 것으로 보였던 금성이 오늘날 이처럼 마른 이유에 대한 새로운 힌트를 제시했다“고 말했다. 캔지는 금성이 과거에도 사막이었던 것은 아니라고 지적했다. 과학자들은 수십억 년 전 금성이 형성될 때 금성에도 지구만큼 많은 물이 있었을 것으로 추정하고 있다. 그러나 어느 순간 재앙이 닥쳤다. 금성 대기의 이산화탄소 구름은 태양계에서 가장 강력한 온실효과를 일으켰고, 결국 표면 온도를 섭씨 480도까지 올렸다. 그 과정에서 금성의 모든 물은 증발했고 대부분 우주로 날아갔다. 그러나 당시의 증발은 금성이 오늘날처럼 완전히 건조한 이유나 계속해서 우주로 물을 상실하는 이유는 설명해 주지 못한다. 물병에 담긴 물을 버려도 여전히 일부 물기는 남아 있는데, 금성의 경우 지금은 남은 물방울도 거의 모두 사라졌다. 새로운 연구에 따르면 그 범인은 바로 HCO+라는 것이다. 연구팀은 금성의 상층 대기에서 물이 이산화탄소와 혼합되어 HCO+ 분자를 형성한다고 설명했다. 이전 연구에서도 연구원들은 HCO+가 화성이 많은 양의 물을 잃는 원인일 수 있다고 발표한 바 있다. 금성에서 HCO+는 대기에서 지속적으로 생성되지만, 오랫동안 잔존하지 못한다. 대기 중의 전자는 이러한 HCO+ 이온을 찾아 재결합하여 원자들을 분리한다. 그 과정에서 수소 원자는 우주로 빠르게 빠져나갈 가능성이 높아진다. 즉, 금성에서 물의 두 가지 구성 요소인 수소와 산소 중 하나인 수소를 빼앗아 가는 것이다. 물이 줄어들 수밖에 없는 상황이다. 연구팀은 금성의 건조 상태를 확실하게 설명할 수 있는 유일한 방법은 금성이 대기에 예상보다 많은 양의 HCO+를 보유하고 있는지의 여부라고 판단한다. 아직 금성 주변에서 HCO+의 양을 관측한 사례는 없다. 이번 연구 결과가 사실임이 증명되려면 HCO+가 실제로 금성 대기에서 가장 풍부한 이온이라는 것을 증명하는 것이라고 채핀은 말했다. 화성으로 향했던 우주 미션은 또 다른 변화를 맞이하고 있다. 최근 몇 년 동안 점점 더 많은 우주 프로젝트가 금성을 목표로 하고 있다. 나사(NASA)가 계획한 비활성 가스, 화학 및 이미징에 대한 금성 대기 조사(다빈치, DAVINCI) 임무는 탐사선을 금성의 대기를 통해 금성 표면에 착륙시키는 것이다. 캔지는 "금성에 대한 프로젝트는 많지 않았지만 새로 계획된 임무들은 수십 년의 경험을 활용해 극한의 행성 대기, 진화 및 생명체 거주 가능성을 탐구할 것”이라고 기대했다.
- IT/바이오
2024-05-08
'로스 드롭렛' 기법, 커피의 맛과 추출량 극대화

미국 오레곤 대학의 연구에 따르면 '로스 드롭렛' 기법은 커피의 맛과 향을 더욱 높이는 것으로 나타났다. 사진=픽사베이 커피 맛과 추출량을 극대화하는 새로운 추출 기법이 주목받고 있다. 바로 '로스 드롭렛' 기법이다. 로스 드롭렛 기법은 물방울을 이용하여 커피를 추출하는 방식이다. 일반적인 추출 방식은 뜨거운 물을 한 번에 부어 커피를 추출하는 방식이지만, 로스 드롭렛 기법은 물방울을 조금씩 떨어뜨려 커피를 추출한다. 커피 애호가들은 원두를 갈기 전에 약간의 물을 첨가하면 더 맛있는 커피를 만들 수 있다고 오랫동안 믿어왔다. 미국 CNN 방송은 최근 미국 오레곤 대학의 연구원들이 발표한 연구 결과를 인용, 이러한 믿음을 뒷받침하는 것으로 나타났다고 보도했다. 연구팀은 그라인더에서 먼지가 뿜어져 나오는 등 종종 지저분한 커피 제조 과정을 해결하기 위한 시도로 시작된 이 기술이 커피 맛에도 어떤 영향을 미치는지 조사했다. 오레곤 대학의 전산 재료 화학 부교수인 연구 공동 저자 크리스토퍼 헨던(Christopher Hendon)은 커피 원두를 갈 때 가루가 흩어져 주변에 묻는 것에 대해, 약간의 물을 넣으면 그라인더에서 나오는 먼지가 뭉치지 않고 원두에 달라붙어 흩어지는 것을 방지할 수 있다고 말했다. 연구팀은 커피 원두를 갈 때 먼지가 흩어지는 이유는 정전기 때문이라는 연구 결과를 발표했다. 연구팀은 커피 원두를 갈 때 콩이 서로 부딪힐 때 마찰에 의해 정전기가 발생한다고 설명했다. 이 정전기는 분쇄 커피 입자를 같은 극성의 자석처럼 서로 밀어내어 사방으로 흩어지게 한다. '로스 드롭렛' 기술로 정전기 방지 물은 절연체와 같은 역할을 하여 이 정전기를 약화시킨다. 따라서 커피 원두에 물을 첨가하면 먼지가 뭉치는 것을 방지할 수 있다. 연구팀은 물 한 방울에서 위쪽에 이르는 소량의 물을 첨가하면 정전기를 부동태화하여 먼지가 뭉치는 것을 방지할 수 있다고 하며, 이 과정을 '로스 드롭렛' 기법이라고 한다. 연구팀은 물을 넣기 전에, 마이크로그램 단위까지 정밀하게 피펫을 사용해 커피의 무게를 정확하게 측정한 후 전문 그라인더를 사용하여 분쇄했다. 헨던 교수는 “커피 원두에 물을 첨가하면 정전기가 약해져 커피 가루가 뭉치지 않고 그라인더를 빠져나간다”라고 말했다. 물이 정확히 어떻게 작용하는지는 아직 밝혀지지 않았지만, 전하를 흡수하거나 그라인더 내부의 온도를 변화시켜 마찰을 줄이는 것으로 추측된다. 그는 또 “커피 원두에 물을 많이 넣으면 뭉치지 않고 더 잘 추출된다. 또한, 폐기물이 적어질 수도 있다. 그 이유는 물이 커피 가루의 표면적을 넓혀주기 때문이다라고 설명했다. 커피의 맛에 미치는 영향 커피 원두의 로스팅 유형과 분쇄도의 거칠기 등 여러 가지 요인에 따라 물이 커피의 맛에 미치는 영향은 달라질 수 있다. 하지만 연구에 따르면 일반적으로 물을 추가하면 추출 수율이 약 10% 증가하는 것으로 나타났다. 헨던 교수는 이 결과가 '로스 드롭렛' 기술의 이점을 확인하는 것으로 볼 수 있지만, 반드시 맛의 차이로 이어지는 것은 아니라고 지적했다. 이번 연구 결과는 지난 12월 6일 학술지 '매터(Matter)'에 기록됐다. 이 연구는 아직 초기 단계이며, 더 많은 연구가 필요하다. 특히, 다양한 로스팅 유형과 분쇄도의 거칠기에 따른 로스 물방울 기술의 효과에 대한 연구가 필요하다. 또한, 로스 드롭렛 기술이 커피의 맛에 미치는 영향에 대한 보다 구체적인 연구도 필요하다. 전반적으로, 로스 드롭렛 기술은 커피 추출을 개선하고 더 나은 맛을 내는 데 도움이 될 수 있는 잠재력이 있다. 그러나 더 많은 연구를 통해 기술의 효과와 한계를 보다 명확히 밝혀야 할 것이다.
- 생활경제
2024-01-02