환경과학사전에 의하면 발암물질의 85∼90%는 변이원성을 나타낸다고 한다.
트리할로메탄(THM)의 대표적인 4가지물질을 보면 클로로포름은 발암성을 나타내지만 변이원성은 그다지 나타내지 않으며, 부로모포름은 발암성과 변이원성의 양쪽을 나타내며, 부로모디클로로메탄과 디부로모클로로메탄은 발암성은 보이지 안으나 변이원성을 나타낸다고 한다. 이와 같이 물질에 따라서 발암성과 변이원성이 다르다는 점을 주의해야 한다.
◇ 물과 지구환경
지구상에는 물이 얼마나 있을까
태양계의 혹성(惑星) 중에서 지구가 다른 혹성(惑성과 크게 다른 점이 2가지가 있다.
하나는, 지구표면의 대부분이 물로 덮여져 있다는 것이다. 그리고 또 하나는 지구를 둘러싸고 있는 대기(大氣)의 조성이 질소(N)와 산소(O)를 주체로 하고 있다는 것이다.
지구는 표면의 약 7활이 바다로 쌓여 있으며, 그 바다의 평균수심은 약 4,000m나 된다. 만약에 육지의 암석을 모두 깎아서 바다 속을 메우고, 지구전체의 표면을 완전히 평탄한 지구로 하였다고 하면 지구는 평균 3,000m 가까운 두께의 물로 둘러 쌓인 혹성이 되고 말 것이다. 그야말로 지구는 물의 혹성이 되는 것이다. 그 해수의 양은 1조 톤의 14만 배나 된다.
지상의 물은 해수뿐 아니라 여러 가지의 형태로 우리들의 주변에 존재하고 있다. 그리고, 태양의 빛과 열로, 지구상의 모든 곳에서 증발하여 대기 중에 수증기로서 흡수된다.
바다에서는 1년 동안 평균 1m의 바다의 수위를 내릴 만한 양의 물이 증발하고 있는 셈이 된다. 수증기의 형태로 대기 중에 흡수된 물은 또 다시 비나 눈으로서 지표면에 내리게 된다. 증발한 양과 같은 양만큼의 물이 대기권으로부터 지표면에 되돌아오고 있는 것이다.
대기 중에 평소에 함유하고 있는 물은 이 가운데 3cm 이하에 불과하다. 증발해서 대기권이 평소에 함유하고 있는 수증기는 평균 10일정도면 비나 눈으로서 지표상에 되돌아오기 마련이다. 구름의 사진을 자세히 보면 매일 새로운 구름이 생기고 사라져 가는 것을 볼 수 있다. 이것은 대기 중에서 수증기가 들고나는 격렬한 이동양상의 알기 쉬운 현상이다.
비나 눈이 되어 내리는 물은 염분(鹽分)을 거의 포함하지 않는 물이다. 해수에서 증발할 때에 염분은 증발하지 않고 해수 중에 남게 되는 것이다. 그러기 때문에 증발이 심하고 하천이 비교적 적은 아열대의 바다에서는 해수가 다른데 보다는 조금은 짠 것이다. 육상에 내린 물은 지표의 토양이나 암석에서 여러 가지 성분을 극히 미량씩 녹여가면서 다시 바다로 되돌려 보내고 있다. 이렇게 해서 바다의 물은 전체적으로는 불어나거나 줄어들거나 하는 것은 없다.
지구상에는 담수(淡水)가 매우 적다는 것도 알 수 있다. 1년 동안 증발과 강수(降水)에 의해서 생산되는 진수(眞水)는 해수의 4,000분의1이하밖에 되지 않기 때문에, 더군다나 육상에 내리는 것은 그 중의 일부이며, 육상에 내리는 물은 하천이나 지하수의 형태로 바다로 되돌아가고, 또 육상에서 증발하여 수증기가 된다. 따라서 우리들이 수자원으로서 이용할 수 있는 물은 실은 극히 한정된 양밖에 되지 않는다.
지하의 지각이나 만 톨의 암석에도 물은 함유되어 있다. 각섬석(角閃石)이나 운모(雲母)와 같은 광물에 함유되어 있으며, 지각전체로 보면 중량으로 해서 약1% 정도의 물을 함유하고 있는 셈이 된다. 마그마(Magma)속에도 많은 물이 함유되어 있다. 화산의 분화(噴火)에서 폭발이 일어나고 있는 것은 Magma중에 포함되어 있는 가스의 성분이 원인으로 이 가스성분의 대부분은 수중기인 것이다.
그러나, 이들 암석중의 물을 모두 합하고, 해수에 비교한다 하더라도 터무니없이 작은 양이다. 지구의 물은 지구표면에 집중되어 있으며 그것이 생명활동을 받들고 있는 것이다.
물이 있는 혹성은 지구 뿐인가?
지구의 표면에는 대량의 물이 있어 지구표면을 둘러싸고 있다. 그렇다면 태양계의 다른 혹성(惑星)에는 물이 없는 것일까? 태양계의 혹성은 대략 46억 년 전에 성간(星間)가스가 모여서 태양이 만들어 졌을 때에 거의 같은 재료로부터 만들어졌을 것이라고 생각하고 있다.
수성에서 화성까지의 지구형 혹성의 경우, 미혹성(微惑星)끼리 충돌하여 합체 성장하는 과정에서 열이 생성하여 가스성분이 방출되었고, 그것이 혹성을 둘러쌓는 대기가 된 것이다. 이 대기의 온실효과로 혹성의 표면은 걸쭉한 용암으로 쌓이고, Magma ocean이라고 불리는 상태가 만들어졌다고 생각된다.
지구형 혹성의 초기의 대기는 그 magma와 반응하기 위해서 이산화탄소, 수증기, 질소와 같은 비교적 산화적인 성분이 주체가 되는 것이라고 생각된다. 그렇다면 지구형 혹성이 생겼을 때에는 이미 상당한 양의 물이 혹성 표면에 있었다는 것이 된다.
그러나, 그 후의 혹성의 모습은 다른 역사를 걸었다. 현재, 지구형 혹성 중에서 표면에 액체의 물을 볼 수 있는 것은 지구뿐이다. 액체의 물이 바다로서 안정된 상태로 지구표면에 존재할 수 있게 하기 위해서는 태양으로부터의 거리와 혹성의 크기 2개의 조건을 딱 맞게 충족시켜 주어야 한다.
금성과 같이 태양과의 거리가 짧으면 표면이 고온으로 되기 때문에, 물은 액체가 아니라 기체의 수증기로서 대기중에 흡수되는 것이다. 수증기는 온실효과가 큰 기체이기 때문에 표면이 고온으로 유지되고, 언제까지 기다려도 바다는 생기지 않는다. 그 상태가 계속되면 물은 태양의 자외선에 의해서 분해되고, 그 결과 수소와 산소가 생성된다.
수소는 가벼운 기체이기 때문에 우주공간으로 속속 도망가버리고, 산소는 대기중의 유황이나 지표의 암석의 산화에 이용되어 금성표면의 물은 아주 작아져 버렸다.
화성과 같이 혹성의 크기가 작으면 표면의 중력 때문에 대기나 물을 붙잡아 둘 수가 없기 때문에, 이들은 우주공간으로 속속 도망가 버리는 것이다. 그렇기 때문에 현재의 화성은 대기가 아주 희박하다.
그러나 과거에는 액체의 물이 화성표면에 있었는지도 모른다. 화성의 극지지역에 번쩍거리는 것을 볼 수 있다. 극관(極冠)이라고 부르고 있는 부분은 그 크기가 계절에 따라서 변화하고 있다. 탐사기 등에 의한 관측에서는 이것은 주로 Dry ice와 얼음으로 된 부분이라는 것을 알게 되었다. 화성에는 극히 작은 양이기는 하지만 물이 있는 것이다.
화성의 표면에는 과거에 물이 흘러간 것으로 추정되는 계곡모양의 지형을 볼 수 있는 곳도 있다. 또한 화성의 대기나 토양의 분석결과에서도 많은 물이 있었을 것이라고 생각할 수 있다. 현재의 화성에서는 물은 화성표면의 암석의 밑에, 얼음의 형태로 영구동토로써 유폐되어 있는 가능성도 생각 할 수 있을 것이다.
화성의 표면에 액체의 물이 있었으면 생명이 탄생해 있었을지도 모른다. 최근 미국항공우주국(NASA)은 화성에서 온 은석 중에 생명의 흔적 같은 것을 발견했다는 발표를 한 바 있다. 이것을 계기로 새로운 화성탐사 계획이 출발을 계획하고 있다.
물은 열의 전달이 느리다
한여름의 폭서(暴暑)아래 주차해둔 차체를 손으로 만지면 화상을 입을 정도로 뜨겁게 달아있는 것을 볼 때 가 많다. 그러나 Pool의 물은 어떨까? 똑 같이 태양의 햇빛을 받고 있는데 도 불구하고 뜨겁지는 않고 미지근한 정도밖에 되지 않는다. 철은 쉽게 뜨거워지는 것에 비해 물이 쉽게 뜨거워지지 않는 까닭은 어디에 있을까?
물질이 뜨거워지는 정도를 나타낼 때, 비열(比熱 : cal/g. k 또는 J/g. K)이라고 하는 양을 사용한다. 물의 비열은 1(cal/g, K)이지만, 알코올과 같은 일반적인 액체는 0.4mㅡ,0.6(cal/g. K)이며 물의 약 반정도 밖에 되지 않는다. 액체의 물 1g을 온도 1도를 상승시키는데 필요한 열 양으로, 1g의 알코올을 약 2도를 상승시킬 수 있는 것이다. 물은 매우 데워지기 힘든 액체이다.
그것은 물의 성질에 이유가 있는 것이다. 물은 서로가 끌어당기는 힘이 의외로 강한 분자인 것이다. 물은 1개의 산소원자와 2개의 수소원자로 되어있다. 산소원자는, 전자를 끌어당기는 힘이 강하기 때문에 부(負:ㅡ)의 전기(電氣)를 띠고 있다. 반대로 수소원자는, 정(正 ; +)의 전기를 띠고 있다. 그렇기 때문에 물의 분자에는 자석(磁石)과 같이 서로가 끌어당기고 서로 엉키기 위한 힘이 작용하고 있는 것이다.
강한 결합을 분리해 놓기 위해서는 큰 에너지를 저축하여야 한다. 물이 다른 액체 물질과 비교할 때 100도 라고 하는 매우 높은 비점(沸點)을 갖고 있는 것은 이 분자들 사이에서 서로 끌어당기는 힘이 강하기 때문이다.
물이 잘 데워지지 않고, 또한 잘 식지도 않는다고 하는 물의 성질은 지구의 환경에도 영향을 미치고 있다. 잘 알고있는 바와 같이 지구는 하루에 한 번씩 자전(自轉)하고 있다. 태양으로부터 지구와 거의 같은 거리에 있는 달은 낮과 밤의 기온차가 수100도나 차이가 있는 것에 비해, 지구에서는 주야의 기온차는 아주 작고, 거의 일정하게 유지되고 있다고 해도 과언이 아니다.
이것은 지구상의 70%를 덮는 물의 덕택인 것이다. 주간에는 태양으로부터의 열을 큰 바다가 흡수하여 저축한다. 반대로 야간에는 저축한 열을 방출하는 것에 의해 우주에로의 방사냉각으로 잃는 열을 보완하고 저축하는 것이다. 바로 이것이 급격한 기온변화로부터 생물을 보호하고 있는 것이다.
내륙부와 해안 가까운 곳은 기온의 변화에 차이가 있다. 내부에서는 여름이나 겨울, 그리고 밤과 낮의 기온변화가 큰 것에 비하면, 해안이 가까운 곳은 변화가 작다. 이것은 육지를 만들고 있는 암석의 비열(比熱)은 해수의 비열의 약 5분의1이며 해수보다도 훨씬 더워지기 쉽고, 식기 쉽기 때문이다.
물과 기후
하와이의 지명을 듣고 여러분은 어떠한 곳이라고 느끼는가. 아프리카의 사하라는 어떠한가. 하와이에 대해서는 광활한 태평양에 떠있는 풍요로운 자연의 섬들의 아름다운 풍경을 그리고 따뜻하고 살기 좋은 곳 같은 풍토를 상상하는 사람들이 많을 것으로 생각된다. 또, 하와이에 비해서 사하라의 인상은 작열(灼熱)의 사막과 건조한 열풍이 부는 삼엄한 풍토라는 인상을 갖게 되는 것이 아닐까?
실은 이 2개의 지역은 거의 같은 위도(緯度)에 있기 때문이다. 즉, 태양으로부터 같은 양의 열과 빛의 에너지를 받고 있다는 것이다. 그렇다면 양쪽이 모두 같은 양의 에너지를 받고 더워지는 데에도 불구하고 정 반대라고 해도 좋을 만큼 기후가 틀리는 것은 어떻게 해서 일어날까?
양자의 지리적으로 다른 점은 주위가 바다로 둘러 쌓인 섬이라는 점과, 바다로부터 멀리 떨어져 있는 내륙이라는 점이다. 일반적으로 내륙의 토지는 낮과 밤의 기온의 변화가 크고, 하루 중에서도 추운 겨울과 뜨거운 여름의 계절이 존재하고 있는 것과 같은 것이다. 생물이 살아가는 데에는 매우 삼엄한 환경이라고 하겠다. 이와는 반대로, 바닷가의 토지는 기온의 변동이 작은 것이 보통이다. 여름은 시원하고, 겨울에는 따뜻하다.
이들의 기온이 다른 원인은 물의 성질에서 유래하는 것이다. 물은 잘 더워지지 않으며, 잘 식지 않는 성질을 갖고 있어 비열(比熱)이 크기 때문이다. 이것은 다른 물질에 비해서 많은 열을 비축할 수 있기 때문이다. 다시 말해 바다나 큰 호수는 급격한 기온의 변화를 잘 흡수하는 완충작용을 갖고있다는 것이 되겠다.
사막은 물에 의한 완충작용이 작기 때문에 태양에너지 양의 급격한 변화의 영향을 받아 버리는 것이다.
온도가 더 크게 올라가는 것은 물이 전혀 없는 달의 표면이다. 달에서는 태양의 빛이 와 닫는 낮에는 100도 라고 하는 매우 높은 온도가 된다. 작열(灼熱)의 세계가 되는 것이다. 그것이 밤이 되면 영하 150도 라고 하는 매우 차가운 세계로 빨리 변해 버리고 만다. 물의 비열이 크다고 하는 성질은 지구전체에 영향을 미치고 있다. 난류나 한류가 기온에 미치는 영향이다. 같은 해변에서도 난류가 흐르는 곳과 한류가 흐르는 곳의 기온은 큰 차이가 있다.
적도 바로 밑에 있는 Galapagos islands에는 추운 지방에 밖에 생활할 수 없는 펭귄이 생식하고 있다. 이것은 7,000km이상 떨어진 남빙양에서 차가운 hunvolt해류가 흘러오기 때문에 1년 내내 기온이 오르지 않기 때문이다.
이와 같이 물과 기후는 끊을 수 없는 불가분의 관계에 있는 것이다.
다음호에 계속
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