수분 – 포커스온경제 통합 검색

전체기사보기
2024-11-27 (수)

검색

[기후의 역습(88)] NASA 위성, 세계 담수 고갈 위기 포착…심각한 물 부족 사태 예고

나사(NASA)와 독일의 그레이스(GRACE) 위성을 이용해 관측한 국제 연구팀은 지구의 담수 총량이 2014년 5월부터 급격히 감소하기 시작했으며 그 이후 계속 낮은 수준을 유지하고 있다는 증거를 발견했다고 나사가 공식 홈페이지를 통해 밝혔다. 지구물리학 서베이에 실린 보고서에서 연구진은 이러한 변화가 지구의 대륙이 지속적으로 더욱 건조한 단계에 접어들었음을 나타낼 수 있다고 지적했다. 나사 고다드 우주비행센터의 수문학자 매튜 로델은 "2015년부터 2023년까지 위성 측정 결과 육지에 저장된 담수의 평균 양(호수와 강과 같은 액체 상태의 지표수와 지하 대수층의 물 포함)이 2002년부터 2014년까지의 평균 수준보다 1200㎢ 낮았다"고 말했다. 이는 미국 5대호 중 이리호에서 잃어버린 양의 2.5배다. 가뭄이 들면 관개 농업의 확장과 함께 농장과 도시는 지하수에 더 많이 의존해야 하며, 이는 지하수 공급 감소의 악순환으로 이어질 수 있다. 담수 공급이 격감하고, 강우로 보충되지 않으며, 결국 더 많은 지하수가 소모된다. 2024년에 발표된 유엔 물 스트레스 보고서에 따르면, 이용 가능한 물의 감소는 농부와 지역 사회에 부담을 주고, 사람들이 오염된 수원으로 눈을 돌리게 된다. 그러면 기근, 갈등, 빈곤, 질병 증가로 이어질 가능성이 있다. 연구진은 독일 항공우주센터, 독일 지구과학연구센터, 나사가 운영하는 그레이스 위성의 관측을 통해 담수의 급격한 전 세계적인 감소를 확인했다. 그레이스 위성은 지구 중력의 변동을 매월 측정하여 지상 및 지하의 물 질량 변화를 보여준다. 최초의 그레이스 위성은 2002년 3월부터 2017년 10월까지 운행했다. 후속 그레이스-FO 위성은 2018년 5월 발사됐다. 연구에서 보고된 세계 담수량 감소는 브라질 북부와 중부에서 발생한 대규모 가뭄으로 시작되었고, 그 직후 호주, 남미, 북미, 유럽, 아프리카의 가뭄으로 이어졌다. 2014년 후반부터 2016년까지 열대 태평양의 해수 온도가 상승하면서 1950년 이래 가장 심각한 엘니뇨 현상이 발생했고, 대기 중 제트기류의 변화가 일어나 전 세계의 날씨와 강우 패턴이 바뀌었다. 그러나 엘니뇨가 가라앉은 후에도 세계 담수량은 회복되지 않았다. 연구진은 그레이스가 관찰한 세계에서 가장 극심한 가뭄 30건 중 13건이 2015년 1월 이후에 발생했다고 보고했다. 연구진은 지구 온난화가 지속적인 담수 고갈의 원인일 수 있다고 의심하고 있다. 지구 온난화로 인해 대기가 더 많은 수증기를 보유하게 되어 더 극심한 강수가 발생한다. 총 연간 강수량과 강설량은 크게 변하지 않을 수 있지만, 강렬한 강수 사이의 오랜 기간 동안 토양은 건조해지고 더 단단해진다. 그러면 비가 올 때 땅이 흡수할 수 있는 물의 양이 줄어든다. 전 세계적으로 담수 수위는 2014~2016년 엘니뇨 이후 지속적으로 낮게 유지되고 있으며, 더 많은 물이 수증기로 대기에 갇혀 있다. 온난화는 지표면에서 대기로의 물의 증발과 대기의 수분 보유 용량을 모두 증가시켜 가뭄의 빈도와 강도를 증가시킨다. 담수의 급격한 감소가 주로 지구 온난화 때문이라고 의심할 만한 이유가 있지만, 두 가지를 확실하게 연결하기는 쉽지 않다. 기후 예측에는 불확실성이 많으며 측정과 모델에는 항상 오류가 있기 때문이다. 지구 담수가 2015년 이전 수준으로 회복될지, 안정적으로 유지될지, 아니면 감소세를 이어갈지는 아직 알 수 없다. 현대 기온 기록상 가장 더웠던 9년이 담수의 급격한 감소와 일치했다는 점을 고려할 때, 이는 우연이 아니며 앞으로 일어날 일의 징조일 수 있다고 연구진은 말했다.
- IT/바이오
2024-11-26
[신소재 신기술(131)] 유전자 편집으로 더 달콤하고 큰 토마토 개발

중국 농업과학원 연구팀이 크리스퍼(CRISPR) 유전자 가위 기술을 이용하여 크기는 유지하면서 당도를 높인 토마토 품종 개발에 성공했다. 이는 대량 생산되는 토마토의 맛과 풍미를 향상시키는 동시에 생산 효율성을 높일 수 있는 획기적인 기술로 평가 된다. 해당 연구에 대해서는 영국 일간지 더 가디언과 홍콩 매체 사우스 차이나 모닝 포스트(SCMP), 과학전문 매체 네이처닷컴, 파퓰러사이언스 등 다수 외신이 다루었다. 크리스퍼(CRISPR)는 세균의 면역 체계에서 유래한 유전자 편집 기술이다. 쉽게 말해, 유전자의 특정 부붐을 정확하게 잘라내고 붙여 넣거나 수정할 수 있는 기술이다. 마치 워드프로세서로 문서를 편집하듯이, CRISPR를 이용하면 생명체의 유전 정보를 원하는 대로 수정할 수 있다. 연구팀은 토마토(Solanum lycopersicum)에서 당 함량을 조절하는 두 가지 유전자, SlCDPK27과 SlCDPK26을 CRISPR-Cas9 기술로 식별했다. 이 유전자들은 당(설탕) 생산에 관여하는 효소를 분해하여 토마토의 '슈가 브레이크(Sugar brake)' 역할을 한다. 연구팀은 이 두 유전자를 비활성화함으로써 일반 토마토보다 포도당과 과당 함량이 30% 높은 새로운 품종을 개발했다. 놀라운 것은 과일의 크기나 전체 수확량에는 영향을 미치지 않았다는 점이다. 슈가 브레이크(sugar brake)는 비db적인 표현으로 식물 내에서 당(설탕)의 축적을 억제하는 메커니즘을 의미한다. 마치 자동차의 브레이크가 속도를 늦추는 것처럼 슈가 브레이크는 식물 세포 내에서 당의 양이 과도하게 증가하지 않도록 조절하는 역할을 한다. CRISPR 유전자 편집 기술을 이용하여 이러한 슈가 브레이크 유전자를 비허ㅘㄹ성화하면 토마토의 당 함량을 높일 수 있다. 이번 연구 결과는 2024년 11월 13일 학술지 네이처(Nature)에 게재됐다. 연구팀은 "돌연변이 토마토의 씨앗은 개수가 적고 가볍지만 정상적인 발아를 보였다"며 "이러한 결과는 토마토의 당 축적을 조절하는 메커니즘에 대한 이해를 제공하며, 크기와 수확량을 희생하지 않고 당 함량을 높일 수 있는 가능성을 제시한다"고 밝혔다. 공동 저자인 장진저 박사는 새로운 품종의 토마토가 현재 시중에 판매되는 토마토보다 맛이 훨씬 뛰어나다고 강조했다. 그는 "현재 판매되는 토마토는 마치 물처럼 맛이 없다"며 새로운 품종의 맛에 대한 기대감을 드러냈다. 이번 연구는 단순히 맛을 개선하는 것 이상의 의미를 지닌다. 네이저치는 전 세계적으로 매년 2억500만톤의 토마토가 생산되며, 대부분 야생 조상보다 크기가 100배 이상 크다고 지적했다. 이러한 크기 증가는 수분 항량 증가로 이어져 토마토 피이스트와 같은 제품 생산에 추가적인 에너지, 비용, 시간이 소요된다. 당도가 높은 토마토는 생산 효율성을 높여 제조업체에서 더 나은 선택지를 제공할 수 있다. 더 나아가 이번에 발견된 두 유전자는 다른 많은 식물종에서도 발견되기 때문에, 이와 유사한 유전자 편집 기술을 통해 다른 농작물의 품질을 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다. 아울러 슈가 브레이크는 토마토뿐만 아니라 다른 식물에도 존재하는 것으로 알려져 있다. 슈가 브레이크 메커니즘을 이해하고 조절하는 것은 식물의 품질을 향상시키는 데 중요한 역할을 할 수 있다. 예를 들어 과일의 당도를 높이거나, 곡물의 저장성을 향상시키는 데 활용될 수 있다.
- IT/바이오
2024-11-15
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(82)] 지구, 마지막 빙하기 이후 얼음 용융 속도 가속화

마지막 지구 빙하기가 끝날 무렵, 꽁꽁 얼어붙은 지구는 기후 변화의 임계점에 도달하면서 녹아내려 진흙투성이의 슬러시 행성이 되었다. 지구의 마지막 빙하기인 플라이스토세 빙하시대는 약 1만1700년 전에 끝났다. 미국 버지니아 공대에서 주도한 연구 결과는 치솟는 이산화탄소 수치로 얼어붙은 지구가 빠르게 녹는 시기로 접어들었던 '플룸월드 해양(plumeworld ocean)' 시대라고도 알려진 슬러시 행성에 대한 최초의 지구화학적 증거를 제공한다고 PHYS가 전했다. 플룸(Plume)은 빙하가 녹아 바다로 흘러들어가는 담수의 흐름을 의미하며, 이러한 담수가 바다 표면에 거대한 층을 형성하여 염분이 높은 심층수와 뚜렷하게 구분되는 현상이 나타났다. 이는 빙하의 녹은 물이 바다를 떠다니는 상황을 연상하면 쉽게 이해할 수 다. 연구를 이끈 버지니아 공대의 티안 간 연구원은 "연구 결과는 마지막 지구 빙하기의 극한 상황 이후 지구의 기후와 해양 화학이 어떻게 변했는지 이해하는 데 중요한 의미를 갖는다"고 말했다. 그는 지질학자 슈하이 샤오와 함께 연구를 진행했으며, 이 연구는 미국 국립과학원 회보 최신호에 발표됐다. 마지막 지구 빙하기는 약 6억 3500만~6억 5000만 년 전에 일어났는데, 과학자들은 이 시기에 지구 온도가 떨어지고 극지방의 빙하가 반구 주변으로 퍼지기 시작했다고 추정한다. 점점 커가는 빙하는 지구에서 햇빛을 반사해 온도를 급격히 떨어뜨렸다. 샤오는 "극도로 낮은 이산화탄소 농도로 인해 바다의 4분의 1이 얼어붙었다"라고 말했다. 해수면이 얼면서 일련의 반응이 갑자기 멈추었다. 먼저 물 순환이 막혔다. 수분 증발이 없어지고 비나 눈이 거의 내리지 않았다. 물이 없으면 암석이 침식되고 분해되는 화학적 풍화작용이라고 불리는 이산화탄소 소비 과정이 극히 느려진다. 그렇게 되면 이산화탄소가 대기에 축적되어 열을 가두기 시작한다. 샤오는 "이 같은 패턴을 깨기에 충분할 정도로 열이 높아지는 것은 시간문제일 뿐이었다. 열 축적이 끝났을 때는 이미 비극이었을 것"이라고 말했다. 갑자기 열이 쌓이기 시작했고 빙하가 후퇴하기 시작했다. 지구의 기후는 묽고 끈적끈적한(슬러시한) 방향으로 급속히 후퇴했다. 단 1000만 년 만에 지구 평균 기온은 섭씨 영하 45도에서 영상 48도로 치솟았다. 연구진은 그러나 얼음이 녹아 바닷물과 동시에 섞이지는 않았다고 말했다. 연구 결과는 우리가 상상하는 것과는 매우 다른 결과를 보여주었다는 것이다. 즉 거대한 빙하수의 강들이 역쓰나미처럼 육지에서 바다로 흘러 들어가고, 빙하수는 매우 짜고 밀도가 높은 바닷물 위에 고였다. 섞이지 않고 웅덩이가 형성된 것이다. 연구진은 전 지구적 빙하기가 끝나갈 무렵에 형성된 일련의 탄산염 암석을 관찰함으로써 당시 상황을 테스트했다. 탄산염 암석 내 리튬 동위원소 분석을 통해 특정 지구화학적인 특징을 분석한 것이다. 플룸월드 해양 이론에 따르면 담수의 지구화학적 특징은 깊고 짠 바다 아래에서 형성된 암석보다 근해에서 녹은 물 아래에서 형성된 암석에서 더 강하다. 연구진이 관찰하고 분석한 결과와 일치한 것이다. 샤오는 이번 발견이 환경 변화의 한계를 더 잘 보여주었을 뿐만 아니라 연구진에게 덥거나 춥고, 진흙이 많은 극한 조건에서 생명의 회복력에 대한 추가 정보와 추정도 가능할 것이라고 밝혔다. 플룸월드 오션은 비교적 최근에 제시된 개념으로, 아직 많은 부분이 베일에 싸여 있다. 향후 더 많은 연구를 통해 플룸월드의 형성 과정, 지속 기간, 지구 시스템에 미치는 영향 등을 밝혀내는 것이 과제다.
- 포커스온
2024-11-07
[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
[기후의 역습(80)] 나사, 남극 빙하의 특이한 '바다 연기' 공개

남극 서부의 주요 빙하가 이달 초 나사(NASA) 위성 관측에서 마치 '연기를 피우고 있는 듯한' 희귀한 광경을 포착했다고 CNN, 어스닷컴 등 외신이 전했다. 빙하에서 나타난 ‘바다 연기’는 실제 연기가 아니라 안개였던 것으로 밝혀졌다. 위성 이미지에서 파인 아일랜드 빙하(Pine Island Glacier)는 바다와 만나는 어두운 바닷물 표면 위에서 솜털 같은 흰색 연기처럼 보였다. 파인 아일랜드 빙하 및 인근의 스웨이츠 빙하는 서남극 빙상에서 아문센해로 흐르는 얼음의 주요 경로 중 하나로 주목받고 있다. 또한 남극 대륙에서 가장 빠르게 후퇴하는(녹아내리는) 빙하 중 하나다. 기묘한 이미지였던 ‘바다 연기’는 물과 바람이 만들어낸 것이었다. 나사에 따르면 강한 바람이 얼음과 차가운 물을 밀어내고 심해의 더 따뜻한 물이 표면으로 솟구치게 했다. 따뜻한 물이 매우 건조하고 차가운 공기에 따뜻하고 습한 공기를 불어 넣었다. 온도 차이로 인해 그 공기의 수분이 응축되어 안개가 형성된 것이다. CNN은 이를 지상에서 보면 마치 누군가가 물 위의 유령의 집에서 안개를 만드는 기계를 작동한 것처럼 보이다고 전했다. 물 표면에 가까운 지역은 연기와 비슷한 안개에 휩싸이게 되기 때문에 '바다 연기'라는 별명이 붙었다. 바다 연기 자체는 드문 일은 아니라고 한다. 차갑고 건조한 공기가 예외적으로 따뜻한 수역을 지날 때마다 발생할 수 있다. 때때로 북극의 첫 번째 겨울 폭풍이 비교적 따뜻한 호수를 지날 때 볼 수 있다. 그러나 나사에 따르면 이런 현상을 아일랜드 빙하에서 위성으로 관측하는 것은 드문 일이었다. 이 지역은 보통 구름에 가려져 있기 때문이라고. 파인 아일랜드 빙하는 남극 대륙에서 중요하고 엄격하게 모니터링되는 지역이다. 지구 온난화의 영향을 받아 존재가 위협받고 있기 때문이다. 이 빙하는 인접한 거대한 빙상의 배관 역할을 하여 인접한 바다로 얼음을 흘려보낸다. 이런 얼음의 흐름은 빙하가 1990년대부터 따뜻한 공기, 물, 눈 부족으로 균형을 잃고 얼음이 축적되지 않게 되면서 크게 증가해 왔다. 이 빙하는 인근 '최후의 보루'라고 알려진 빙하인 스웨이츠 빙하와 함께 지난 수십 년 동안 가속적으로 얼음을 잃고 있다. 얼음이 녹아 해수면을 몇 피트(1피트는 30.48cm) 올릴 가능성이 있다. 스웨이츠 빙하는 또 해수면을 10피트(약 3m)나 올릴 만큼 얼음이 많은 남극 빙상들이 붕괴되는 것을 막는 중요한 댐 역할을 담당하고 있다.
- 포커스온
2024-10-31
[기후의 역습(74)] 심각한 물 부족, 세계 식량 생산 50% '위협'

'인류 역사상 처음으로' 세계 물 순환의 균형이 깨져 경제, 식량 생산, 인간의 삶에 엄청난 피해를 입힐 가능성을 키우고 있다는 충격 보고서가 공개됐다고 CNN 등 여러 외신이 보도했다. 인류가 물 재앙을 부채질하고 있다는 것이다. 국제 지도자 및 전문가 그룹인 글로벌 물 경제 위원회(Global Commission on the Economics of Water)가 발표한 보고서에 따르면, 수십 년에 걸친 파괴적인 토지 개발과 잘못된 물 관리가 인간이 초래한 기후 위기와 충돌하면서 전 세계 물 순환에 '전례 없는 스트레스'를 가했다. 물 순환은 물이 지구에서 이동하는 복잡한 시스템이다. 물은 호수, 강, 식물을 포함한 땅에서 증발하여 대기 중으로 상승해 장거리를 이동할 수 있는 큰 수증기 또는 구름의 강을 형성한 다음 냉각되고 응축되어 비나 눈의 형태로 다시 땅으로 떨어진다. 강을 통해 바다로 흘러드는 물도 같은 구조로 순환한다. 이 같은 물 순환이 붕괴되어 이미 고통을 초래하고 있다. 거의 30억 명이 물 부족에 직면해 있다. 농작물은 시들고 도시는 지하수가 마르면서 가라앉고 있다. 보고서는 긴급한 조치가 없다면 그 결과는 훨씬 더 치명적일 것이라고 경고한다. 물 위기는 전 세계 식량 생산의 50% 이상을 위협하고 있으며, 2050년까지 국가 GDP를 평균 8% 줄일 위험이 있고, 특히 저소득 국가에서는 최대 15%까지 더 큰 손실이 예상된다고 보고서는 밝혔다. 보고서를 발표한 글로벌 물 경제 위원회 공동 의장 요한 록스트룀은 "인류 역사상 처음으로 우리는 세계 물 순환의 균형을 깨뜨리고 있다"며 "모든 담수의 원천인 자연 강수량에 더이상 의지할 수 없는 상황"이라고 우려했다. 보고서는 호수, 강, 지하수에 있는 물은 '푸른 물'로, 토양과 식물에 저장된 수분은 '녹색 물'로 구분해 물 순환 구조를 설명하고 있다. 보고서는 녹색 물의 공급이 오랫동안 간과되어 왔지만, 식물이 증산 기능을 통해 방출하는 수증기가 육지에서 발생하는 모든 강우량의 약 절반을 차지하기 때문에 물 순환에 엄청 중요하다고 지적했다. 보고서는 특히 물 순환 시스템의 붕괴가 기후 변화와 깊이 얽혀 있다고 밝혔다. 녹색 물의 안정적인 공급은 지구 온난화를 가속하는 탄소를 저장할 수 있는 식물의 생명 활동에 필수적이다. 그러나 습지를 파괴하고 숲을 파괴하는 등 인간이 가하는 피해는 이러한 탄소 흡수원을 고갈시키고 있다. 나무가 사라지고 있는 것이다. 반대로 기후 변화로 인한 더위는 자연환경을 건조시키고 습기를 줄이며 화재 위험을 늘리고 있다. 이 위기는 물에 대한 엄청난 수요 증가로 인해 더욱 시급해졌다. 보고서는 사람들이 '품위 있는 생활'을 영위하기 위해 하루 평균 최소 4000리터가 필요하다고 지적한다. 이는 유엔이 최소한 필요하다고 제안하는 50~100리터를 훨씬 웃돌며, 대부분 지역에서 주민에게 제공할 수 있는 현실적인 수량보다 많다. 영국 레딩 대학교의 기후 과학 부문 리처드 앨런 교수는 이 보고서가 "궁극적으로 우리의 생계를 유지하는 가장 귀중한 자연 자원인 물의 암울한 미래를 그린다"고 말했다. 인간이 초래한 세계 물 순환 시스템의 파괴에 대한 경고다. 앨런은 "인간 활동이 대지와 대기를 변화시켜 기후를 따뜻하게 하고, 습하거나 건조한 극단적인 기후 현상을 심화시키고 있으며, 바람과 강우 패턴을 엉망으로 만들고 있다"고 설명했다. 앨런은 CNN과의 인터뷰에서 자연 자원의 더 나은 관리와 지구 온난화를 유발하는 오염 발생의 대대적인 감축을 통해서만 위기를 해결할 수 있다고 말했다. 보고서는 전 세계 국가가 물 순환을 '공동의 선'으로 인식하고 집단적으로 대처해야 한다고 강하게 권고했다. 국가는 국경을 가로지르는 호수와 강뿐만 아니라 대륙을 이동하는 대기 중의 물(수증기와 구름) 때문에라도 서로에게 의존적이다. 물은 장거리를 이동하기 때문에 한 국가에서 내린 결정이 다른 국가에 지대한 영향을 미친다. 보고서는 물 순환의 더 이상의 붕괴를 막기 위해 물 낭비를 줄이기 위한 가격 정책 개선은 물론 전 세계 경제권에서 물이 차지하는 중요도 등을 근본적으로 재조정할 것도 강하게 요구했다.
- 경제
2024-10-18
[먹을까? 말까?(66)] 크레아틴, 운동선수만 먹는다고?⋯효능과 부작용은?

최근 운동 열풍이 불면서 근육량 증가에 도움이 되는 크레아틴 보충제가 주목받고 있다. 과거 운동선수나 '헬스 마니아'의 전유물로 여겨졌던 크레아틴은 이제 안전하고 효과적인 건강 보조제로서 긍정적인 이미지를 구축하고 있다. 크레아틴은 우리 몸의 근육과 뇌에 자연적으로 존재하는 물질이다. 생선, 붉은 고기, 가금류 등에 함유되어 있지만 일반적으로 보충제 형태로 섭취하고 있다. 생선 약 28g(1온스)에는 약 1~2g의 크레아틴이 들어 있다. 보충제는 대부분 1회 제공량에 크레아틴 3~5g이 들어 있다. 크레아틴은 근육에 빠른 에너지를 공급해 고강도 운동을 할 경우 근력 향상, 피로 회복, 근육량 증가 등에 도움을 줄 수 있다. 크레아틴, 누구에게 필요할까? 크레아틴은 단거리 달리기, 역도, 농구 등 폭발적인 힘을 필요로 하는 운동 선수에게 효과적이다. 또한 근육량 증가나 근력 운동을 하는 사람들에게 도움이 된다. 뿐만 아니라 노화로 인한 근육 감소를 예방하고, 낙상 위험을 줄이는 데 도움이 될 수 있다. 남성 보다는 체내 크레아틴 생산량이 적은 여성, 특히 폐경기 여성의 근육 및 골밀도 감소 예방에 효과적이다. 크레아틴은 뇌 기능에도 긍정적인 영향을 미칠 수 있다. 인지 기능, 기억력, 집중력 향상에 도움이 될 뿐만 아니라 수면 부족시에도 뇌 기능을 지원한다. 최근 연구에서는 불안, PTSD, 우울증 등 정신 건강 문제 개선에도 효과가 있을 수 있다는 가능성이 제기되고 있다. 크레아틴 보충제 부작용은? 크레아틴은 일반적으로 안전하지만, 과다 섭취시 부작용이 나타날 수 있다. 크레아틴 부작용으로는 설사, 복부 팽만, 변비, 탈수 등이 발생할 수 있다. 신장 질환이 있는 경우 크레아틴 섭취는 신장 기능을 악화시킬 수 있으므로 주의해야 한다. 크레아틴은 근육 세포 내 수분을 끌어 들이기 때문에 충분한 수분 섭취가 필요하다. 크레아틴 보충제 섭취 전, 특히 신장 질환이나 다른 질환이 있는 경우 의사와 상담하는 것이 좋다. 임산부, 수유 중인 여성, 청소년은 크레아틴 섭취를 피해야 한다. 크레아틴 보충제, 안전하게 섭취하려면? 크레아틴은 안전하고 효과적이지만 복용량이 중요하다. 크레아틴 보충제는 제품 라벨에 표시된 권장량을 지켜서 섭취해야 한다. 이전에는 전문가들은 근육을 '포화'시키기 위해 약 일주일 동안 매일 20~25g의 크레아틴을 섭취한 다음 더 낮은 복용량으로 낮추는 '로딩 단계(loading phase, 탑재 단계)'를 권장했다. 그러나 현재 대부분 전문가들은 하루에 3~5g으로 시작해 지속적으로 복용하는 것이 더 낫다고 한다. 탈수 증상을 예방하기 위해 크레아틴 섭취 시 물을 충분히 마셔야 한다. ◇ 본 기사는 일반적인 정보 제공을 목적으로 하며, 의학적 조언을 대체할 수 없다. 자신에게 맞는 섭취량과 방법을 확인하기 위해 크레아틴 보충제 섭취 전에 반드시 의사와 상담해야 한다.
- 생활경제
2024-10-04
[기후의 역습(64)] 기후 변화가 초래한 유럽의 위기…급증하는 홍수

기후 변화로 인해 중부 유럽의 파괴적인 홍수가 더욱 악화되고 있다. 전문가들은 유럽이 세계에서 가장 빠르게 온난화되고 있어 냉엄한 미래를 경고하고 있다고 BBC를 비롯한 현지 언론들이 전했다. 폭풍 보리스는 이번주 폴란드, 체코, 루마니아, 오스트리아, 이탈리아 등을 강타해 곳곳을 황폐화했으며, 이로 인해 최소 24명이 사망하고 수십억 파운드의 피해가 발생했다. 세계기상기여(WWA: World Weather Attribution) 그룹은 최근 4일간이 중부 유럽에서 가장 많은 비가 내린 기간으로 기록됐다고 밝혔다. 게다가 기후 변화로 인해 강도가 두 배 더 높아졌다고 한다. 긍정적인 점은 폭풍 예보는 잘 이루어졌다는 것이었다. 때문에 일부 지역은 폭풍에 잘 대비해 사망자를 줄일 수 있었다. WWA는 인간이 200년 동안 화석 연료를 태우지 않은 세상에서의 폭풍, 가뭄 또는 폭염의 상황과 기후 변화가 극심한 기상 현상에서의 상황을 비교하는 모델로 기후 변화의 심각성을 추정하고 있다. 보리스가 쏟아부은 강우량은 드문 경우였다. 오늘날 온실가스 배출로 인해 섭씨 약 1.3도가 상승한 상황에서 100~300년에 한 번 정도 발생할 것으로 예상된다. 그러나 온난화가 2도까지 올라가면 보리스와 유사한 강우가 5% 더 강해지고, 발생 빈도는 50% 더 증가할 것이라고 WWA는 경고했다. 공격적인 기후 조치가 없다면 지구 온난화는 세기말까지 약 3도에 도달할 것으로 예상된다. 임페리얼 칼리지 런던 교수로 WWA 연구를 수행한 프리데릭 오토 박사는 보리스와 같은 폭풍우가 미래에 더욱 많아질 것이라고 우려했다. 기록적인 폭우는 온난화되고 있는 세계에서 유럽의 기후가 변화하는 패턴과 부합한다는 것이다. 유럽은 가장 빠르게 온난화되는 대륙이다. 코페르니쿠스 기후서비스에 따르면 지난 5년은 19세기 후반보다 평균 섭씨 2.3도 더 따뜻했다. 이로 인해 더욱 빈번하고 강렬한 더위가 발생했으며, 특히 북부와 중부 유럽에서 더 극심한 폭우가 발생했다. 남부 유럽에서는 대규모 기상 패턴의 변화로 인해 상황이 더 복잡해졌다. 강렬한 강우가 발생하는 가장 간단한 이유는 따뜻해진 대기가 더 많은 수분을 보유(섭씨 1도당 약 7%)할 수 있기 때문이다. 추가되는 수분은 더 많은 강우로 이어진다. 보리스가 많은 비를 동반한 한 가지 이유는 기상 환경이 고착돼 며칠 동안 같은 지역에 엄청난 양의 물을 쏟아부었기 때문이다. 기후 변화가 제트기류(상층 대기에서 빠르게 흐르는 바람의 띠)에 미치는 영향으로 인해 이러한 '정체' 현상은 더욱 빈발한다. 기후 변화로 인해 정체된 기상 환경은 더 많은 수분을 운반할 수 있고, 잠재적으로 재앙이 될 수 있다. 최근 수십 년 동안 홍수 방지 시설이 개선된 관계로 보리스로 인한 피해는 상대적으로 적었다. 그러나 전문가들은 기온이 상승하고 극심한 강우량이 계속 증가하면 예방 시설도 효과가 없을 수 있다고 우려했다. 날로 심각해지는 상황을 고려하면 현재와 같은 홍수 방지 수준으로는 유럽 사회가 견디기 어려울 수 있다는 것이다. 전문가들은 악화되는 상황을 막는 명확한 방법은 이산화탄소와 같은 온실가스의 배출을 줄이는 것이라고 지적한다. WWA는 "시뮬레이션에 따르면 섭씨 1.5도 이하로 지구 온난화를 제한한다는 파리 협정의 목표만 유지할 수 있다면 미래의 홍수 피해는 예상치의 절반으로 줄어들 것"이라고 전망했다.
- 포커스온
2024-09-27
[기후의 역습(63)] 영구동토층 해빙으로 북극-아북극 산불 급증

극심한 기후 변화로 영구동토층인 북극 지역에 산불이 급증할 것이라는 암울한 연구 결과가 나왔다. 국제 기후 과학자 및 영구동토층 전문가 팀의 연구에 따르면, 새로운 기후 컴퓨터 모델 시뮬레이션 결과 지구 온난화로 인해 영구동토층 해빙이 가속화되고, 이로 인해 북부 캐나다 및 시베리아의 아북극 및 북극 지역에서 산불이 급격히 증가할 것으로 예상된다고 네이처닷컴과 PHYS 등 다수 외신이 24일(현지시간) 보도했다. 최근 관측 결과 따뜻하고 건조한 기후 조건으로 인해 이미 북극 지역의 산불이 심화되고 있는 것으로 나타났다. 미래 인위적 온난화가 산불 발생에 미치는 영향을 이해하고 시뮬레이션하기 위해서는 가속화된 영구동토층의 해빙의 역할을 고려하는 것이 중요하다. 영구동토층 해빙은 토양의 수분 함량을 크게 좌우하며, 이는 산불 발생의 핵심요소다. 최근 기후 모델들은 지구 온난화, 북부고위도 영구동토층 해빙, 토양 수분 및 화재 사이의 상호작용을 완전히 고려하지 않았다. 이번 새로운 연구는 가장 포괄적인 지구 시스템 모델 중 하나인 '커뮤니티 지구 시스템 모델'에서 생성된 영구동토층 및 산불 데이터를 사용했다. 이 모델은 토양 수분, 영구동토층 및 산불 사이의 결합을 통합적으로 파악하는 최초의 모델이다. 온실가스 배출 증가의 인위적인 영향과 자연 발생적인 기후 변화를 더 잘 구분하기 위해 과학자들은 1850년부터 2100년까지의 기간(SSP3-7.0 온실가스 배출 시나리오)을 다루는 50개의 과거-미래 시뮬레이션 앙상블을 사용했다. 이 시뮬레이션은 최근 한국의 부산 IBS 기후물리센터와 미국 콜로라도 볼더 국립대기연구센터 과학자들이 IBS 슈퍼컴퓨터 Aleph에서 수행했다. 이 앙상블 모델링 접근 방식을 통해 연구팀은 21세기 중후반까지 아북극 및 북극 지역에서 인위적인 영구동토층 해빙이 상당히 광범위하게 진행될 것임을 입증했다. 많은 지역에서 과도한 토양 수분이 빠르게 배출되어 토양의 수분이 급격히 감소하고, 이후 지표면 온난화 및 대기 건조가 발생한다. 부산에 있는 IBS 기후물리학 연구원의 연구 주저자이자 박사후 연구원인 김인원 박사는 "이러한 조건은 산불을 심화시킬 것"이라고 말했다. 연구팀은 이러한 조건들이 산불을 심화시킬 것이라고 경고했다. 모델 시뮬레이션 결과 21세기 후반에는 불과 몇 년 만에 사실상 화재가 거의 없는 상태에서 매우 강렬한 화재로 갑작스럽게 전환되는 것으로 나타났다. 이러한 미래 산불 추세는 대기중 이산화탄소 농도 증가로 인해 고위도 지역의 식물 바이오매스가 증가할 가능성이 높다는 사실로 인해 더욱 악화될 것으로 전망된다. 이른바 '이산화탄소 비료 효과'는 추가적인 화재 연료를 제공한다는 것. 참고로 이산화탄소 비료 효과는 대기 중 이산화탄소 농도가 증가하면 식물의 광합성 속도가 빨라져 성장이 촉진되는 현상을 말한다. 쉽게 말해 이산화탄소는 식물에게 비료와 같은 역할을 한다고 볼 수 있다. 식물이 더 빠르게 성장하면 화재가 발생할 경우 연료가 추가되는 것과 같은 효과를 내 화재 위험이 더 높아질 수 있다. 공동연구자인 노르웨이 트론헤임에 있는 노르웨이 과학기술대학의 한나 리 부교수는 "복잡한 영구동토층 환경이 미래를 더 잘 시뮬레이션하기 위해서는 확장된 관측 데이터 세트를 사용하여 지구 시스템 모델에서 소규모 수문학적 과정을 더욱 개선해야 할 필요성이 있다"고 강조했다. 이번 논문의 공동 저자이자 ICCP 책임자 겸 부산대학교 명예 교수인 악셀 팀머만 박사는 "산불은 이산화탄소, 검은 탄소 및 유기 탄소를 대기중으로 방출하여 기후에 영향을 미치고 북극 영구동토층 해빙 과정에 피드백을 줄 수 있다"고 지적했다. 팀머만 교수는 "하지만 화재 배출과 대기 과정 사이의 상호작용은 아직 지구 시스템 컴퓨터 모델에 완전히 통합되지 않았으며, 이러한 측면을 추가로 고려하는 것이 다음 단계가 될 것"이라고 밝혔다. 이번 연구는 국제학술지 네이처 커뮤니케이션스에 게재됐다. 실제로 2023년 캐나다 북부에서 미국 플로리다 주 크기의 지역을 태운 기록적인 산불이 발생했다. BBC에 따르면 2023년 캐나다 산불은 엄청난 이산화탄소를 배출했다. 과학자들은 캐나다의 한대 삼림이 지구 온난화를 유발하는 탄소를 포집하는 데 중요한 역할을 하기 때문에 이례적으로 화재가 발생하면 전 세계 기후 변화 예측에 영향을 미칠 수 있다고 우려하고 있다. 지난 8월 28일 캘리포니아 공과대학과 캐나다, 네덜란드 등 국제 연구팀이 네이처 저널에 발표한 자료에 따르면, 캐나다 화재로 인한 총 배출량을 약 647테라그램의 탄소로 계산했다. 1테라그램은 백만 미터톤이다. 이는 지난 10년 동안 약 29테라그램에서 82테라그램 사이를 오르내렸던 캐나다의 전형적인 산불 배출량을 훨씬 웃도는 수치다. 또한 이는 캐나다의 연간 총 탄소 배출량보다 5배 많으며, 작년에 740테라그램의 탄소를 배출한 인도와 비슷한 수준이었다. 2023년 캐나다 산불보다 더 많은 탄소량을 배출한 나라는 중국, 미국, 인도뿐이었다. 인류의 생존을 위협하는 탄소 배출량을 실질적으로 감소하기 위해 각국 정부와 기관이 더욱 머리를 맞대야 할 시기다.
- IT/바이오
2024-09-25
[먹을까? 말까?(61)] 식이 섬유, 대장암 위험 30% 감소

일반적으로 헛배 부름이나 복부 팽만과 연관되는 식이섬유가 실제로는 생명을 구하는 영양소라는 연구 결과가 늘어나고 있다. 하루 24g의 식이 섬유 섭취, 즉 과일 5인분에 해당되는 양은 대장암 위험을 30%까지 낮출 수 있다고 영국 일간지 데일리 메일이 12일(현지시간) 온라인판에서 전했다. 우리나라 질병관리청에 따르면 성인(30~49세 남/여)의 하루 식이섬유 권장량은 남자 30g, 여자 20g이다. 그러나 미국인 10명 중 9명은 하루 권장량인 30g에 미치지 못하는 식이 섬유를 섭취하고 있으며, 이는 젊은 성인층의 대장암 발병률 급증의 원인으로 지목되고 있다. 전문가들은 식이섬유의 중요성을 강조했다. 애틀란타의 영양사 저린 존스는 "식이섬유는 심장병, 제2형 당뇨병, 특정 암 등 다양한 질병 예방에 중요한 역할을 한다"고 말했다. 식이섬유는 몸에서 완전히 소화되지 않는 탄수화물의 일종으로, 소화기관 대부분을 비교적 그대로 통과한다. 소화 건강에 필수적이며 변비를 예방하고, '나쁜' LDL 콜레스테롤을 낮추며 포만감을 오래 유지시켜준다. 또한 혈당 조절에도 도움을 준다. 몸에서 완전히 소화되지 않기 때문에 혈류로 당이 천천히 방출되어 급격한 혈당 상승을 막아 제2형 당뇨병, 염증, 체중 증가 등을 예방한다. 물론 식이섬유는 가스와 헛배 부름을 유발할 수 있지만, 존스는 "식이섬유의 이점이 단점보다 훨씬 크다"고 강조했다. 식이섬유는 장내 유익균의 균형을 조절하고, 대장 세포에 에너지를 공급하는 대사물질로 분해되어 염증을 에방하며 암 밸생을 억제한다. 또한 변을 부드럽게 하고 수분을 흡수하여 배변을 돕고, 유해 물질의 장내 체류 시간을 줄여 대장암 발생 가능성을 줄여준다. 식이섬유가 풍부한 식단은 체중 관리에도 효과적이다. 소화 및 영양소 흡수를 늦춰 포만감을 오래 유지하고, 칼로리 추가 없이 음식의 부피를 늘려 과식을 방지한다. 연구 결과들은 식이섬유의 항암 효과를 뒷받침한다. 2010년 옥스퍼드 대학 연구에 따르면 하루 평균 24g의 식이섬유를 섭취하면 대장암 위험이 30% 감소한다. 2011년 영국 의학 저널(British Medical Journal)에 발표된 20개 이상의 연구 분석 결과도 식이섬유 10g 추가 섭취 시 대장암 위험이 10% 감소한다는 결론을 내렸다. 미국 오하이오주에 있는 클리블랜드 클리닉의 소화기 종양 전문의 수닐 카마스 박사는 "건강하고 식이섬유가 풍부한 식단은 대장암 예방 및 재발 방지에 매우 중요하다"고 강조했다. 하지만 미국인의 식단은 가공식품, 붉은 육류, 지방, 단순 탄수화물 위주이며, 하루 평균 식이섬유 섭취량은 15g에 불과하다. 이로 인해 젊은 층의 대장암 발병률이 급증하고 있는 추세이다. 미국 암 협회는 2019년 진단된 대장암 환자의 20%가 55세 미만이라고 보고했다. 이는 1995년에 비해 약 두 배 증가한 수치다. 젊은 성인의 대장암 사망 위험 증가에 대한 우려가 커지면서, 미국 예방 서비스 태스크 포스(USPSTF)와 다학회 대장암 태스크 포스는 대부분의 미국인에게 45세부터 대장암 검진을 시작하고 75세까지 정기적으로 검진받을 것을 권고하고 있다. 식이섬유가 풍부한 식품으로는 사과, 바나나, 딸기 등의 과일과 당근, 브로콜리, 시금치 등의 채소가 있다. 또한 현미, 귀리 등의 통곡물 그리고 콩, 렌틸콩 등의 콩류와 아몬드, 치아씨 등의 견과류 및 씨앗류가 있다. 존스는 "식이섬유가 풍부한 다양한 음식을 섭취하면 특정 암의 위험을 줄이고 콜레스테롤 수치를 낮춰 염증을 줄이고 장 건강을 개선할 수 있다"고 조언했다. 이러한 식품 섭취는 소화 건강을 돕고 포만감을 오래 유지시키는 데에도 도움이 된다. 비만은 미국인의 약 42%가 겪는 질환으로, 대장암의 주요 위험 요인 중 하나로 꼽힌다. 한 연구에 따르면 비만은 대장암 위험을 최대 32%까지 높일 수 있다. 전문가들은 식이섬유가 풍부한 식단을 통해 건강을 유지하고 대장암과 같은 심각한 질병을 예방할 수 있다고 강조한다. 균형 잡힌 식습관과 정기적인 검진을 통해 건강한 삶을 유지하는 것이 중요하다.
- 생활경제
2024-09-13
[기후의 역습(57)] 과학자들, 기후 변화 대응에 기여할 새로운 목재 유형 발견

올 여름 역대급 폭염이 이어진 가운데 튤립나무가 기후 변화에 직접적인 영향을 미치는 탄소 포집 효과가 탁월하다는 연구 결과가 나왔다. 한국 기상청에 따르면 지난 8월 폭염일수는 16일로, 2016년 16.6일에 이어 관련 통계를 집계한 1973년 이래 두 번째로 많았다. 또한 지난달 열대야 수는 11.3일로 통계 집계 이후 처음으로 두자릿수를 기록했다. 오래된 나무와 숲이 이산화탄소를 더 많이 흡수하고, 저장한다는 것은 이전의 여러 연구에서 확인됐다. 튤립나무에 대한 연구에서 탄소포집 잠재력이 큰 새로운 목재 구조가 확인됐다고 사이테크데일리가 11일(현지시간) 보도했다. 폴란드 야기에우워 대학교(Jagiellonian University)와 영국 케임브리지 대학교 연구진은 세계적으로 유명한 나무와 관목들의 목재 미세 구조를 진화적으로 조사하던 중 튤립나무에 대한 연구에서 탄소 포집 잠재력이 큰 새로운 목재 구조가 확인됐다고 사이테크데일리가 11일(현지시간) 보도했다. 연구팀은 목련과의 친척이자 30미터 이상 자라는 튤립나무가 활엽수와 침엽수 어느 쪽에도 속하지 않는 독특한 목재를 가지고 있음을 확인한 것이다. 이 획기적인 발견은 빠르게 성장하는 튤립나무를 조림지에 심어 탄소 격리 효율을 높이는 새로운 가능성을 제시한다. 목재 구조의 새로운 발견 최근 국제학술지 '신식물학자(New Phytologist)'에 발표된 연구에서 연구진은 저온 주사 전자 현미경(cryo-SEM)을 사용하여 수분이 함유된 상태의 목재 세포벽 나노 구조를 이미지화했다. 그 결과, 튤립나무(Liriodendron tulipifera)와 중국 튤립나무(Liriodendron chinense) 두 종의 고대 리리오덴드론(Liriodendron) 속 나무들이 활엽수 친척들보다 훨씬 더 큰 마크로피브릴을 가지고 있음을 발견했다. 마크로피브릴은 2차 세포벽 내 층에 정렬된 긴 섬유를 말한다. 탄소 포집에 대한 함의 연구 책임자인 야기에우워 대학교의 얀 우이차코프스키(Jan Łyczakowski) 박사는 "튤립나무는 침엽수나 할엽수와는 구별되는 중간적인 마크로피브릴 구조를 가지고 있다"며 "튤립나무는 약 300만~5000만년 전 목련나무에서 분기되었는데, 이 시기는 대기 중 이산화탄소 농도가 급격히 감소하던 시기와 일치한다. 이는 튤립나무가 탄소 저장에 매우 효율적인 이유를 설명하는 데 더움이 될 수 있다"고 말했다. 연구팀은 이 '중간 목재' 또는 '축적 목재'의 더 큰 마크로피브릴이 튤립나무의 빠른 성장 뒤에 있는 원인이라고 추측한다. 우이차코프스키는 " 두 종의 툴립나무는 탄소를 매우 효율적으로 포집하는 것으로 알려져 있으며, 확대된 마크로피브릴 구조는 대기 중 탄소 이용 가능성이 감소했을 때 더 많은 양의 탄소를 쉽게 포집하고 저장하도록 돕는 적응일 수 있다"며 "튤립나무는 탄소 포집 조림에 유용하게 활용될 수 있을 것이다. 일부 동남아 국가에서는 이미 튤립나무 조림을 통해 효율적으로 탄소를 포집하고 있으며, 이제 우리는 이것이 튤립나무의 새로운 목재 구조와 관련이 있을 수 있다고 생각한다"고 덧붙였다. 케임브리지 대학교 식물원에서 얻은 진화적 통찰 이 발견은 케임브리지 대학교 식물원의 살아있는 컬렉션에서 33종의 나무를 조사하여 침엽수(소나무, 침엽수 등 겉씨식물)와 활엽수(참나무, 물푸레나무, 자작나무, 유칼립투스 등 속씨식물)에서 목재 초미세구조가 어떻게 진화했는지 탐구하는 과정에서 이루어졌다. 우이차코프스키는 "목재 구조가 어떻게 진화하고 외부 환경에 적응하는지에 대해서는 알려진 바가 거의 없다"며 "이번 조사에서 우리는 이전에 관찰된 적이 없는 완전히 새로운 목재 초미세구조외 전형적인 겉씨식물 침엽수 대신 속씨식물과 유사한 활엽수를 가진 겉씨식물 계통을 발견하는 등 몇 가지 중요한 새로운 발견을 했다"고 말했다. 그는 이어 "목재의 주요 구성 요소는 2차 세포벽이, 건축에 의존하는 목재의 밀도와 강도를 부여하는 것은 바로 이 세포벽의 구조다. 2차 세포벽은 또한 샐물권에서 가장 큰 탄소 저장소이므로, 기후 변화 완화를 돕는 탄소 포집 프로그램을 발전시키기 위해서는 2차 세포벽의 다양성을 이해하는 것이 중요하다"고 덧붙였다. 목재 초미세 구조 목재 초미세구조는 목재의 미세한 구조, 즉 재료 구성 요소의 배열과 조직을 의미한다. 저온 주사 현미경을 사용한 이번 목재 조사는 2차 세포벽, 마크로피브릴 등에 초점을 맞췄다. 2차 세포벽은 주로 셀룰로오스와 기타 복합 당으로 구성되며, 리그닌이 함침되어 전체 구조를 단단하게 만든다. 이러한 구성 요소들은 마크로피브릴을 형성하며. 2차 세포벽 내에 뚜렷한 층으로 배열된 긴 정렬 섬유를 만든다. 마크로피브릴은 현재 저온 주사 현미경으로 측정할 수 있는 가장 작은 구조이며, 두께는 약 10~40나노미터이다. 셀룰로오스 마크로피브릴(3~4나노미터)과 기타 구성 요소로 이루어져 있다. 목재 초미세 구조 연구는 목재 가공, 재료 과학, 나무의 생태 및 진화적 측면 이해 등 다양한 분야에 중요하다. 나무 성장과 목재 침착 뒤에 숨은 생물학적 메커니즘을 이해하는 것은 탄소 포집량 계산에도 유용한 정보를 제공한다. 목재 샘플은 케임브리지 대학교 식물원 컬렉션 코디네이터 마르고 애플(Margeaux Apple)과 협력하여 식물원 내 나무에서 채취했다. 겉씨식물과 속씨식물 개체군이 분기하고 진화함에 따라 그 진화 역사를 반영하기 위해 선별된 나무에서 지난 봄 성장기에 침착된 신선한 목재 샘플을 수집했다. 저온 전자 현미경 사용한 역대 최대 목본 식물 조사 케임브리지 대학교 세인즈버리 연구소 현미경 핵심 시설 관리자인 레이먼드 와이트먼(Raymond Wightman) 박사는 "우리는 자이언트 세쿼이아, 울레미 소나무, 그리고 모든 꽃 피는 식물과 분리되어 진화한 가장 오래된 현존 식물군의 유일한 생존 종인 암보렐라 트리코포다(Amborella trichopoda)와 같은 '살아있는 화석'을 비롯하여 세계에서 가장 상징적인 나무들을 분석했다"고 말했다. 와이트만 박사는 "우리의 조사 데이터는 목재 나노 구조와 세포벽 구성 사이의 진화적 관계에 대한 새로운 통찰력을 제공했으며, 이는 속씨식물과 겉씨식물 계통에 따라 다르다. 속씨식물 세포벽은 겉씨식물에 비해 마크로피브릴이라고 불리는 더 좁은 기본 단위를 가지고 있으며, 이 작은 마크로피브릴은 암보렐라 트리코포다 조상에서 분기된 후 등장했다"고 덧붙였다. 우이차코프스키와 와이트먼은 또한 마황류(Gnetophytes) 계통의 두 겉씨식물인 그네툼속(Gnetum gnemon, 그네툼 그네몬)과 그네툼 에둘레(Gnetum edule)의 세포벽 마크로피브릴을 분석하여 둘 다 속씨식물의 활엽수 세포벽 구조와 동일한 2차 세포벽 초미세 구조를 가지고 있음을 확인했다. 이는 마황류가 일반적으로 속씨식물에서만 볼 수 있는 활엽수 유형 구조를 독립적으로 진화시킨 수렴 진화의 한 예이다. 이 조사는 2022년 영국에서 네 번째로 더운 여름으로 기록된 기간 동안 진행됐다. 와이트먼은 "저온 전자 현미경을 사용한 목본 식물 조사 중 역대 최대 규모일 것"이라며, "세인즈버리 연구소가 케임브리지 대학교 식물원 부지 내에 위치하고 있기 때문에 이처럼 많은 신선한 수화된 목재에 대해 대규모 조사를 할 수 있었다. 우리는 2022년에 모든 샘플을 수집했다. 이른 아침에 샘플을 수집하고, 샘플을 초저온 슬러시 질소에 동결시킨 다음 자정까지 샘플을 이미징했다"고 설명했다. 그는 "이 연구는 식물원이 현대 연구에 기여하는 데 지속적인 가치와 영향을 보여준다. 이 연구는 케임브리지 대학교 식물원 컬렉션에서 같은 장소에서 함께 자라는 진화적 시간을 통해 표현된 다양한 식물이 없었다면 불가능했을 것이다"라고 말했다. 참고문헌: Jan J. Lyczakowski와 Raymond Wightman의 「수렴 및 적응 진화가 종자 식물의 현존 계통에서 2차 세포벽 미세 구조의 변화를 주도했다」, New Phytologist .DOI: 10.1111/nph.19983
- IT/바이오
2024-09-12
[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
[퓨처 Eyes(47)] 스마트 벌집, 꿀벌 생존율 높이고 지속가능한 양봉 촉진

벨기에 과학자들이 첨단 기술을 활용하여 꿀벌의 생존율을 높이고, 지속 가능한 양봉을 가능하게 하는 스마트 벌집을 개발했다. 벨기에 겐트 대학교 더크 드 그라프 교수 연구팀은 빅데이터와 스마트 벌집 기술을 통해 위기에 처한 양봉 산업에 혁신을 가져오고 있다고 PHYS가 전했다. 드 그라프 교수는 스마트폰 알림으로 벌집의 문제를 실시간으로 파악하고, 지난 5년간 개발해온 벌통 데이터 수집 시스템으로 꿀벌 생존율 향상을 기대하고 있다. 유럽 13개국 연구진과 함께 진행한 B-GOOD 프로젝트를 통해 새로운 기술이 꿀벌 건강과 양봉 지속 가능성에 미치는 영향을 연구했다. 이 프로젝트는 2019년 중반부터 2022년 11월까지 진행되었으며, 벌통 문제를 식별하고 양봉가에게 맞춤형 조언을 제공하는 모니터링 시스템 개발에 성공했다. 이는 2021년 기준 EU에 약 61만5000명으로 추정되는 양봉가들에게 큰 도움이 될 것으로 예상된다. 연구팀이 개발한 디지털 벌집은 다양한 센서가 장착된 얇은 회로 기판으로, 벌들이 그 주변에 벌집을 짓도록 유도한다. 각 벌통에 여러 개의 디지털 벌집을 설치하여 연구진은 실시간으로 데이터를 수집하고 분석한다. 가장 중요한 과제는 데이터 해석 방법을 찾는 것이었다. 드 그라프 교수는 "어떤 매개 변수가 벌 군집의 건강 상태에 가장 큰 영향을 미치는지 파악하는 것이 관건이었다"고 설명했다. 3계절 동안 13개 참여국에서 약 400만 개의 벌 군집을 모니터링하며, 디지털 벌집에서 수집된 데이터 해석 알고리즘을 개발했다. 특히 벌 군집의 무게가 겨울나기에 중요한 지표임을 밝혀냈고, 이를 통해 개입이 필요한 벌 군집을 식별하고 양봉가에게 맞춤형 알림과 지침을 제공할 수 있게 되었다. 꿀벌은 야생 식물과 다양한 농작물의 수분에 필수적인 핵심 종이다. 유럽의 작물과 야생 꽃식물종의 약 80%가 곤충 수분에 의존하지만, 기후 변화, 서식지 손실, 살충제 사용 등으로 야생 수분 매개체의 수는 급격히 감소하고 있다. 특히 살충제는 꿀벌의 기억력 문제를 유발하여 벌통으로 돌아오지 못하게 만들고, 기후 변화는 꿀벌의 먹이 공급 불균형과 생존율 저하를 초래한다. 드 그라프 교수는 "꿀벌은 살충제에 노출되었을 때 즉시 죽지 않는 경우가 많지만, 기억력 문제가 발생하고 결국 벌통으로 돌아오지 못하게 된다"고 설명했다. 또한 기후 변화는 꿀벌의 활동과 생존에 심각한 영향을 미치고 있다. 기온 상승으로 인해 식물의 개화 시기가 변하면서 꿀벌의 먹이 공급에 불균형이 발생할 수 있다. 꿀벌이 필요한 시기에 꽃이 피지 않으면 꿀벌은 충분한 먹이를 얻지 못하고 약해질 수 있다. 가뭄이나 폭염 등 극심한 기상 현상은 꿀벌의 수분 활동을 방해하고, 탈수나 열 스트레스를 유발해 꿀벌의 생존율을 낮출 수 있다. 최근 기후 변화로 산불이 급증하고 있다. 산불은 꿀벌의 서식지를 파괴하고, 꿀벌의 먹지 자원을 감소시켜 꿀벌 개체수 감소에 영향을 미친다. 자동 벌통 데이터 수집 기술은 이미 일부 양봉가들 사이에서 사용되고 있으며, 연구진은 EU 꿀벌 파트너십(EU Bee Partnership)과 협력하여 더 많은 양봉가들이 이 기술을 활용할 수 있도록 노력하고 있다. 이 기술은 꿀벌 건강을 새로운 시각에서 바라보고, 미래 벌통을 계획하는 데에도 도움이 될 것으로 기대된다. EU의 지속적인 자금 지원을 통해 B-GOOD 연구진은 2027년 5월까지 BETTER-B 연구 이니셔티브를 통해 꿀벌 보호를 위한 연구를 이어갈 예정이다. 개발된 기술은 양봉가들이 미래 벌통을 계획하는 데에도 도움이 될 수 있다. B-GOOD 팀은 데이터를 사용하여 특정 환경 조건에서 벌통이 어떻게 반응할지 예측하는 가상 환경을 만들었다. 드 그라프 교수는 "이것은 마치 비행 시뮬레이터 같지만, 양봉가를 위한 것"이라고 말했다. 이번 연구는 꿀벌의 생존과 양봉 산업의 지속 가능성을 위한 중요한 발걸음이며, 첨단 기술이 자연과 인간의 공존에 기여할 수 있다는 가능성을 보여준다.
- 포커스온
2024-08-22
[신소재 신기술(89)] 화장품 미세플라스틱 대체 신소재 개발

영국에서 화장품 미세플라스틱을 대체할 수 있는 신소재가 개발됐다. 미세플라스틱은 크기가 5mm 이하인 작은 플라스틱 조각으로, 1차 미세플라스틱과 2차 미세플라스틱의 두 가지 경로로 생성된다. 1차 미세플라스틱은 처음부터 작은 크기로 만들어진 플라스틱이다. 예를 들어 세안제와 치약 등에 들어 있는 미세플라스틱 알갱이, 화장품에 사용되는 마이크로비즈, 플라스틱 제품 제조 과정에서 발생하는 작은 플라스틱 조각 등이 있다. 2차 미세플라스틱은 큰 플라스틱 제품이 자외선이나 파도 등에 의해 작게 쪼개지면서 생긴 것을 말한다. 예를 들면 비닐봉투, 플라스틱 페트병, 합성섬유 의류 등이 2차 미세플라스틱이 생기는 원인이 될 수 있다. 미세플라스틱은 너무 작아서 하수 처리 시설에서 걸러지지 않고 강이나 바다 등으로 흘러들어가 환경 오염을 일으킨다. 또한 먹이 사슬을 통해 물고기, 조개 등 해양 생물의 몸 속에 축적되어 결국 우리 식탁까지 위협할 수 있다. 신소재 IP 플랫폼 '아기풀(AggiePol)' 개발 이러한 환경 오염 문제를 해결하기 위해 생분해성 폴리머 전문 기업인 테이샤 테크놀로지스(Teysha Technologies)는 유럽 화장품 산업에서 사용되는 미세 플라스틱을 대체할 수 있는 신소재 IP 플랫폼 '아기풀(AggiePol)'을 개발했다고 프로페셔널 뷰티가 전했다. 테이샤는 글로벌 기업들과 협력해 아기풀을 석유 기반 폴리카보네이트 플라스틱 대체제로 활용해 화장품 산업의 미세플라스틱 폐기물을 크게 줄일 계획이다. 영국 소비자들은 65% 이상이 지속 가능한 대안을 찾기 위해 화장품 구매 시 '클린 성분'을 중요하게 여기는 것으로 나타났다. 영국은 2018년에 화장품 미세 플라스틱 사용을 금지했지만, 여전히 증점제(액체의 점성을 높여서 걸쭉하게 만드는 물질), 필름 형성제, 안정제 등 다른 성분을 통해 미세플라스틱이 배출되고 있다. 유럽화학물질청(ECHA)에 따르면 매년 화장품에서 발생하는 미세플라스틱 약 8700톤 중 절반 가량이 환경으로 유출되고 있다. 인류가 화석 연료로 만든 플라스틱을 사용하기 시작한 것은 1세기가 조금 넘었다. 2차 세계 대전 이후 수천 개의 새로운 플라스틱 제품의 생산과 개발이 가속화되면서 오늘날 플라스틱이 없는 삶은 상상할 수도 없게 됐다. 오늘날 일회용 플라스틱은 매년 생산되는 플라스틱의 40%를 차지하고 있다. 세계 각국은 급속히 늘어난 일회용 플라스틱 제품을 처리하기 위해 골머리를 앓고 있다. 테이샤가 개발한 아기풀은 생분해성 바이오 플라스틱 신소재다. 농업 부산물이나 식품 폐기물 등 천연 원료에서 추출되며, 미세플라스틱을 대체할 수 있는 친환경적인 소재로 주목받고 있다. OECD 생분해성 인증 획득 아기풀은 자연 분해돼 무해한 당 성분으로 변하며, OECD 310 테스트를 통과해 생분해성 인증을 획득했다. 테이샤 테크놀로지스는 다양한 제품 라인, 생산 기술 및 고객 요구 사항에 맞춰 아기풀 화학물 및 제형 테스트를 진행했다. 아기풀 성분은 테이샤의 천연 제품 폴리카보네이트 플랫폼을 통해 추출된다. 이 플랫폼은 다양한 용도에 맞게 특성을 조절할 수 있는 폴리머를 생산할 수 있다. 재생 가능한 자원으로 만들어진 이 폴리머는 강도와 유연성을 모두ㅠ 갖추고 있으며, 가수분해를 통해 환경에 유익한 부산물로 분해된다. 구체적으로 말하자면, 폴리하이드록실 천연 재료는 단량체 구성 요소로 활용되고, 일반적인 엔지니어링 재료에서 발견되는 탄산염은 연결체로 사용된다. 폴리카보네이트의 구성에는 당류와 퀴닌산이라는 두 가지 폴리하이드록실 천연 단량체가 사용되었으며, 이를 변형하여 다양한 다양한 선형 및 초분지 폴리머와 공중합체를 생산할 수 있다. 다양한 내구성을 갖춘 '맞춤형' 플랫폼 테이샤의 플랫폼은 다양한 천연 단량체와 티올 공단량체를 조합하여 최종 제품의 강도, 열 안정성, 분해 속도를 조절할 수 있는 '맞춤형' 시스템이다. 또한 다양한 용매와 첨가제를 사용해 최종 폴리머 네트워크의 특성을 변경할 수 있다. 이를 통해 다양한 최종 제품을 만들 수 있으며, 각 제품은 사용 기간 동안 환경에 안정적으로 유지되도록 설계된다. 또한 특정 자연 조건에 장기간 노출될 때 무해한 물질로 분해되도록 설계할 수 있다. 테이샤 테크놀로지스의 최고기술책임자(CTO)인 카렌 울리 박사는 "아기풀과 같은 생분해성 소재를 화장품에 적용하는 것은 지속 가능한 제품에 대한 소비자들의 요구를 충족시킬 뿐만 아니라 업계의 새로운 기준을 제시하는 것"이라며 "소비자와 환경 모두를 위해 더 안전한 미용 제품을 만드는 데 앞장서게 되어 기쁘다"고 말했다.
- 생활경제
2024-08-02
[퓨처 Eyes(45)] 美 유타대, 공기 중 수분으로 식수 만드는 '마법 장치' 개발

극심한 물 부족 문제를 해결할 혁신적인 기술이 등장했다. 미국 유타 대학교 공학 연구팀은 공기 중의 수분을 포집하여 깨끗한 식수를 생산하는 소형 장치 개발에 성공했다고 테크익스플로어와 인터레스팅엔지니어링 등 다수 외신이 전했다. 지난 7월 26일 학술지 '셀 리포츠 피지컬 사이언스(Cell Reports Physical Science)'에 게재된 연구 내용에 따르면, 연구팀은 연료를 사용하는 흡착식 대기 중 물 포집(AWH) 장치를 개발했다. 이 장치는 특수 흡착제를 이용해 공기 중 수분을 흡수한 후, 열을 가해 물 분자를 액체 상태로 변환시키는 방식으로 작동한다. 현재 물 부족으로 어려움을 겪는 나라가 많다. 특히 중동과 북아프리카, 남아시아 지역은 극심한 물 부족에 시달리고 있다. 중동 및 북아프리카 지역은 전 세계에서 물 부족이 가장 심각한 지역으로, 인구의 83%가 물 부족에 시달리고 있다. 그중 예멘, 리비아, 요르단, 이란, 이라크 등이 심각한 물 부족 국가로 꼽힌다. 남아시아 인구의 74%도 물 부족에 노출되어 있으며, 인도, 파키스탄, 아프가니스탄 등이 대표적인 물 부족 국가다. 사하라 이남 아프리카 지역은 극심한 가뭄으로 인해 식수와 생활용수 부족 문제가 심각하며, 에티오피아, 케냐, 소말리아 등이 큰 어려움을 겪고 있다. 지구 대기에는 유타 주의 그레이트 솔트 호수를 800번 채울 수 있는 엄청난 양의 물이 존재한다. 대기 중에서 수분을 추출하는 기술은 만성적인 물 부족에 시달리는 전 세계 수십억 명에게 깨끗한 식수를 공급할 수 있는 잠재력을 지니고 있다. 다공성 물질을 흡착제로 사용 기존의 대기 중 수분 포집(AWR) 기술은 크기, 비용, 효율성 측면에서 여러 단점을 가지고 있었다. 그러나 유타대 공학 연구팀은 건조한 지역에서도 공기를 식수원으로 활용하는 데 한 걸음 더 다가갈 수 있는 새로운 기술을 개발했다. 연구팀은 개발한 최초의 소형 급속 순환 연료 기반 AWH 장치를 공개했다. 이 2단계 프로토타입은 흡습성 물질을 사용해 습하지 않은 공기에서 물 분자를 끌어낸 다음, 열을 가해 물 분자를 액체 상태로 방출한다. 연구팀은 '금속 유기 골격체(MOF)'라는 다공성 물질을 흡착제로 활용했다. MOF는 레고 블록처럼 다양한 구조로 재배열할 수 있으며, 연구팀은 알루미늄 푸마레이트를 이용해 물 분자만 선택적으로 흡착하도록 설계된 MOF를 개발했다. 이 MOF는 흡착 과정에서 열을 방출하는 발열 특성을 가지고 있어, 열을 가하면 흡착된 물 분자를 쉽게 방출할 수 있다. 연구를 주도한 유타대 사마르 라오 기계공학과 조교수는 "공기 중의 수증기만 흡착하고 다른 것은 흡착하지 못하도록 만들 수 있다. 정말 선택적이다"라고 설명했다. 물, 하루 5리터 생산 이 연구의 수석 저자인 대학원생 네이션 오티즈와 함께 개발한 시제품은 1kg의 흡착제로 하루 5리터의 물을 생산할 수 있다. 즉, 3일 만에 15리터의 물을 생산할 수 있으며, 이는 일반적인 물 휴대량을 넘어서는 수준이다. 연구팀은 흡착제로 대기 중의 수분을 추출한 뒤 군용 캠핑 스토브를 활용해 열을 가하고 물을 응축시켜키는 방식을 채택했다. 이는 에너지 밀도가 높은 연료를 사용해 건조한 환경에서도 물을 효율적으로 생산할 수 있도록 하기 위한 것이다. 이번 연구는 미국 국방부가 지원하는 DEVCOM 솔저 센터(Soldier Center) 프로그램의 일환으로 진행됐다. 군은 물 공급이 제한적인 외딴 지역에서 작전하는 병사들에게 수분을 공급하기 위한 기술 개발에 관심을 가지고 있다. 연구팀은 이 장치가 병사들이 큰 물통을 휴대하지 않고도 필요할 때마다 물을 생산할 수 있도록 해줄 것으로 기대하고 있다. 라오 교수는 "우리는 군인들이 작고 컴팩트한 물 생성 장치를 갖고 물이 가득 찬 큰 물통을 갖고 다닐 필요가 없도록 방위용 애플리케이션에 대해 특별히 살펴보았다"며 "이것은 말 그대로 수요에 따라 물을 생산할 것"이라고 말했다. 민간 활용 위해 특허 출원 중 연구팀은 이 기술을 군사용뿐만 아니라 일반 가정에서도 활용할 수 있도록 특허 출원을 진행 중이다. 특히 물 부족 문제를 겪는 지역에서 식수 공급에 기여할 수 있을 것으로 기대된다. 연구팀은 "기존 대기 중 물 포집 기술은 크기, 비용, 효율성 문제로 실용화에 어려움을 겪었지만, 이번에 개발한 장치는 이러한 문제를 해결하고 실용성을 높였다"며 "물 부족 문제를 겪는 전 세계 수십억 명에게 깨끗한 식수를 공급할 수 있는 잠재력을 지니고 있다"고 강조했다. 특히 가정에서 하루 평균 15~20리터의 식수를 소비한다는 점을 고려할 때, 이 장치가 가정용 식수 문제 해결에도 크게 기여할 것으로 기대된다. 하지만 아직 시제품 단계이며, 태양광 대신 연료를 사용하는 방식이기 때문에 환경 문제를 고려해야 한다는 지적도 있다. 연구팀은 앞으로 효율성과 안전성을 높이고, 실제 환경에서의 성능을 검증하는 추가 연구를 진행할 계획이다.
- 포커스온
2024-08-01
[기후의 역습(30)] 한겨울 아카타마 사막, 10년 만에 꽃밭 변신

세계에서 가장 건조한 칠레 아카타마 사막에서 10년 만에 겨울철 개화 현상이 나타났다. 남반구 가을에 애당하는 지난 4월 중순, 칠레 북부에 약 11mm의 비가 내린 후 아카타마 사막에서 최대 15년 동안 휴면 상태였던 식물들이 꽃을 피우기 시작했다고 라이브사이언스와 인터레스팅엔지니어링 등 다수 외신이 전했다. 가장 먼저 꽃을 피우는 종은 밝은 자홍색 꽃을 가진 '파타 데 과나코(Cistanthe grandiflora)'와 흰색 꽃을 피우는 '들판의 한숨(Nolana baccata)'이다. 이번 개화는 약 300~400㎢ 면적에서 발생했다고 칠레 국립산림청(Conaf) 아타카마 지부의 생물다양성 보존 및 과학 연구 책임자인 세사르 피사로가 밝혔다. 남반구에 있는 아카타마 사막의 개화는 겨울비로 인해 봄(9월~10월, 북반구는 가을 절기)에 발생하며, 200종 이상의 꽃이 약 15,000㎢에 걸쳐 만개한다. 이는 6월부터 8월 사이에 15mm 이상의 비가 내리는 엘니뇨 현상과 관련이 있다. 2015년에도 지금과 마찬가지로 가을 절기인 3월에 비가 내려 겨울에 식생이 활성화됐다. 같은해 7월과 8월에도 비가 내려 사막에 꽃이 앞다퉈 피어났다. 하지만 이번에도 같은 일이 일어날지는 불투명하다. 미국 국립해양대기청(NOAA)의 예측에 따르면 엘리뇨와 라니냐가 모두 발생하지 않는 현재의 ENSO 중립 상태가 라니냐로 전환되기 전 한 달간 더 지속될 가능성이 높다고 한다. 이는 가뭄이 재발하고 아타카마 사막이 이 기간동안 초목을 다시 활성화하기에 충분한 습도를 갖지 못하게 될 지도 모른다는 뜻이다. 앞으로 몇 주 안에 비가 오면 대기 습도가 평년보다 높아져서 9월에 꽃이 필 수도 있다. 그러나 이는 에측할 수 없다는 것이 NOAA의 설명이다. 연구자들은 아카타마 사막의 식물들이 한겨울에 꽃을 피우기 시작한 원인 중 하나가 아마도 기후 변화 때문일 것이라고 말했다. 칠레 가톨릭 대학교 생태학 조교수인 마리아 페르난다 페레스는 가장 큰 문제는 벌이나 나비 등 꽃의 씨앗을 맺게 하는 수분매개자가 꽃이 피는 속도에 맞춰 나타나지 않는다는 점을 우려했다. 페레스 교수는 "씨앗이 발아하고 꽃이 피지만 벌이나 나비 등 곤충 수분매개자가 제때 도착하지 않으면 씨앗이 결실을 맺지 못한다"고 설명했다. 연구자들은 "기후 변화로 인해 한겨울에도 꽃이 자주 피는 희귀한 현상이 발생할 수 있으며, 이는 대부분 1년생 식물이 번식하지 않을 수도 있다는 의미"라며 사막에서 식물이 아예 사라져버릴 수도 있다고 우려했다.
- 생활경제
2024-07-23
[신소재 신기술(77)] 나사, 소변을 식수로! 혁신적인 새 우주복 개발

미국 과학자들이 소변을 식수로 5분만에 바꿀 수 있는 획기적인 우주복을 설계했다. 코넬 대학교 연구진은 영화 '듄'에 등장하는 전신 '스틸슈트'와 같은 공상 과학 기술을 현실로 구현하기 위한 우주복용 소변 수집 및 여과 시스템 시제품을 개발했다고 영국 일간지 더 가디언스와 과학 전문 웹사이트 PHYS.org, 라이스사이언스닷컴 등 다수 외신이 보도했다. 우주 유영중인 우주 비행사들이 우주복 안에서 용변을 해결해야 하는 것은 잘 알려진 사실이다. 이는 불편하고 비위생적일뿐만 아니라 ,국제 우주 정거장(ISS)내 폐수와 달리 우주 유영 중 발생하는 소변 속 물을 재활용할 수 없다는 점에서 낭비적인 측면도 있다. 스틸슈트는 땀과 소변을 통해 손실되는 수분을 흡수, 정화하여 식수로 재활용하는 기능이 있다. 나사의 새 우주복 디자인은 '프론티어스 인 스페이스 테크놀로지(Frontiers in Space Technology)' 저널에 게재됐다. 연구팀은 진공 기반 외부 도뇨관과 정삼투-역삼투 통합 장치를 통해 우주 비행사에게 지속적으로 식수를 공급하며, 다양한 안전 장치를 통해 안전을 보장한다고 밝혔다. 미국 나사가 2025년과 2026년에 예정된 유인 우주 탐사선 아르테미스 Ⅱ와 아르테미스 Ⅲ 임무를 위해 개발된 이 시스템은, 기존 우주복의 폐기물 관리 시스템인 MAG(Maximum Absorbency Garment)의 불편함과 비위생 문제를 해결하려고 했다. MAG는 1970년대 후반부터 사용된 일종의 성인용 기저귀로, 누출 및 요로 감염, 위장 장애 등 건강 문제를 일으키는 것으로 알려져 있다. 연구팀이 개발한 소변 수집 장치는 유연한 직물로 만들어진 속옷과 실리콘으로 제작된 수집컵으로 구성된다. 수집 컵은 남녀 신체 구조에 맞게 설계되었으며, 내부에는 폴리에스터 극세사 또는 나일론-스판덱스 혼합 소재가 사용되어 소변을 흡수하고 진공 펌프를 통해 빨아들인다. 수집된 소변은 우주복 등에 부착된 여과 시스템으로 이동하며, 2단계 장삼투-역삼투를 통해 87% 효율로 재활용된다. 정제된 물은 전해질을 추가하여 식수로 사용 가능하다. 500ml 소변을 수집하고 정화하는 데는 5분이 소요된다. 이 시스템은 제어 펌프, 센서, 액정 디스플레이 화면을 포함하며, 20.5V, 40Ah 배터리로 작동한다. 크기는 38x23x23cm, 무게는 약 8kg으로 우주복 뒷면에 부착할 수 있도록 작고 가볍게 설계됐다. 현재 시제품이 완성됐으며, 향후 모의 환경 및 실제 우주 유영에서 테스트될 예정이다. 이를 통해 시스템의 기능성과 안전성을 검증하고 실제 우주 임무에 적용할 수 있을 것으로 보인다.
- 포커스온
2024-07-15
[신소재 신기술(62)] '기적의 소재'로 만든 태양광 패널, 에너지 혁명 앞당긴다

'기적의 소재'로 불리는 페로브스카이트 실리콘 소재로 태양광 패널의 효율을 30% 이상 높이는 신기록을 수립했다. 세계 최대 태양광 패널 제조업체인 중국 롱기(Longi)그린에너지기술(주)의 연구원들은 직렬형 페로브스카이트-실리콘 태양전지를 사용하여 34.6%의 전력 변환 효율을 달성했다고 인디펜던트가 보도했다. 이 새로운 기록은 또한 대부분의 상용 태양광 패널에서 볼 수 있는 표준 실리콘 태양전지의 기록보다 7% 이상 더 효율적이다. 페로브스카이트는 배터리부터 통신, 재생에너지에 이르기까지 모든 분야를 크게 향상시킬 수 있는 잠재력으로 인해 차세대 태양광 소재로 주목받고 있다. 현재의 실리콘 태양전지 패널이 물리적 한계에 도달함에 따라 연구자들은 이제 태양 에너지를 더 잘 활용할 수 있는 차세대 직렬 전지를 찾고 있는 것. 페로브스카이트 실리콘 전지의 이론적 효율 한계는 43%로 표준 실리콘 전지의 한계인 29%를 훨씬 초과한다. 페로브스카이트 태양전지는 용액 공정을 통해 저온에서 제조 가능해 생산 비용을 크게 절감할 수 있다. 또한 짧은 시간 내에 실리콘 태양전지에 근접하는 효율성을 달성했으며, 이론적으로는 더 높은 효율을 달성할 수 있는 잠재력이 있다. 또한 유연하고 가벼운 특성으로 건물 외벽이나 창문, 휴대용 기기 등 다양한 분야에서 활용할 수 있다. 최신 페로브스카이트-실리콘 태양전지 기록은 지난 3년 동안 태양전지 효율성 부문에서 세계 기록을 16번이나 깬 롱기(Longi)의 일련의 혁신에 이은 것이다. 회사 측은 중국 상하이에서 열린 제17회 국제 태양광 발전 및 스마트 에너지 컨퍼런스(SNEC)에서 사우디 에너지 기업인 ACWA 파워(Power)와 협력해 글로벌 에너지를 변화시키기 위한 새로운 '랜드마크' 계약과 함께 이번 신기록을 발표했다. 인디펜던트는 롱기는 현재 이 기술을 상용화하는 과정에 있는 여러 회사 중 하나이지만 신기술에 대해 더 자세한 내용은 공개되지 않았다고 전했다. 롱기는 성명에서 "전자 수송층의 박막 증착 공정 최적화, 고효율 결함 패시베이션 재료 개발 및 사용, 고품질 계면 패시베이션 구조 설계를 통해 신기록을 달성했다"고 밝혔다. 페로브스카이트에 대한 또 다른 업체로 영국의 옥스포드 PV는 독일에 생산 시설을 설립해, 올해 페로브스카이트 기반 태양전지 제품을 첫 고객에게 전달할 수 있기를 기대하고 있다. 한편, 페로브스카이트는 수분과 열, 빛 등 외부 환경에 취약해 장기적인 안정성 확보가 필요하다는 단점이 있다. 또한 대부분의 페로브스카이트 태양전지는 납을 함유하고 있어 환경과 건강 문제를 야기할 수 있다. 게다가 대면적화 기술 개발 및 상용화가 아직 미흡한 단계에 있다. 과학자들은 페로브스카이트의 이러한 문제를 해결하기 위해 관련 연구를 활발히 진행하고 있다.
- 포커스온
2024-06-21
[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.
- IT/바이오
2024-06-12