우리나라에서도 최근에 미군부대주변에서 투기한 홀마린, 폐유 등으로 인한 하천오염, 토양오염과 지하수오염에 대해서 속속들이 고발되고 있다. 뿐만 아니라 약수터의 약수도 대장균 등의 오염으로 마실 수 없게 되었다.
유기염소화합물 이외에도 비소나 카드뮴등의 중금속류, 농약과 화학비료, PCB등의 유기화합물에 의한 지하수오염도 전국 각지에서 지적되고 있어 문제는 점점 심각해지고 있다.
이들 지하수오염의 원인은 거의가 오염된 물이나 폐기물의 불법투기에 있다. 특히 최근에는 대도시권의 폐기물처리장이 처리능력을 초과하거나 처리업자가 매립지 및 야산, 들에 불법 방치하는 사건이 전국적으로 많이 발생하고 있기 때문이다. 이와 같이 불법 투기된 산업폐기물에서 나온 침출수가 지하로 침투하여 지하수를 오염시킨다고 하는 예도 나타나고 있다.
지하수의 흐름은 매우 더디게 진행되고 있다. 빠른 곳에서도 하루에 수백 미터에서 수십 미터라고 한다. 그것은 오염물질이 땅속으로 침투해서 지하수에 혼합되어 우물에서 퍼 올리는 데까지 수년이 걸리는 경우도 있다.
우물에서 오염물질이 검출되었다고 하면 지하수의 오염은 상당한 범위에까지 이르고 있다는 반증이다. 그리고 한번 오염된 지하수를 이전상태로 회복시키는 일은 거의 불가능에 가까운 정도로 곤란한 것이다.
빗방울의 크기와 모양
갑자기 세차게 내리치는 소나기로 유리창이나 양철지붕에 떨어지는 빗방울 소리에 "도대체 이 빗방울은 얼마나 크기에 이렇게 큰소리가 날까”하는 생각을 할 때도 있을 것이다.
빗방울이 이렇게 빠른 속도로 내려치다가 지면에서 곧 변형해버리고 만다. 따라서 이 빗방울의 크기를 계측한다고 하는 것은 매우 어려울 것이라고 생각할 것이다. 그러나 의외로 간단한 방법이 있다. 가령, 콘크리트를 비빌 때 시멘트에 물을 넣거나 또는 밀가루를 반죽할 때 물을 넣으면 그때 물방울이 튀어 둥글게 뭉쳐버리는 경우를 볼 수 있다.
이 원리를 이용하면 주방에서도 간단하게 측정할 수 있다. 우선 잘 건조된 망(될 수 있는 한 미세한 것)으로 밀가루의 덩어리를 제거하고, 그 고운 밀가루를 작은 접시에 옮겨 적당한 시간동안 빗방울을 받는다. 그리고 잠시동안 놓아두었다가 다시 망으로 가루를 분리하여 ‘빗방울 덩어리’의 크기를 재면 된다. 너무나 간단하기 때문에 정말로 이렇게 간단한 방법으로 재도 되는 것인지 의아하게 생각할 정도로 간단한 방법이다. 그래도 이 방법은 눈 결정의 연구자로 유명한 W. Bentley라는 사람이 고안해낸 방법으로써 정확성에 있어서는 상당히 믿을만하다는 평이다.
그렇다면 이러한 방법으로 알게된 빗방울의 크기는 얼마나 될 것인가. 소나기가 얼굴에 맞는 순간의 느낌이나, 양철지붕에 떨어지는 소리를 느낄 때를 생각하면 굉장히 큰 빗방울일 것이라고 생각되겠지만 그러나 그렇지는 않다.
앞에서의 방법으로 조사를 해 보아도 그 크기는 일정치는 않다. 일반적으로 보통 내리는 비는 대체로 직경이 약 1mm정도이며, 조금 강하게 올 때가 약 2mm 정도이다. 저녁때 내리는 소나기나 뇌성이치면서 내리는 소나기의 경우라 하더라도 3mm정도밖에 안 된다. 우선 우리들이 평상시에 경험하는 비는 대체적으로 직경 2mm이하라고 생각해도 될 것이다.
그런데 빗물의 모양은 눈물모양이라고 생각할 수 있지만 그러나 실은 빗방울은 둥글거나(球形) 타원형이다. 빗방울의 모양은 빗방울의 크기와 비가 내리는 형태와도 밀접한 관계가 있다.
따라서 우선 낙하속도를 들 수 있다. 직경 1mm이하의 경우에는 400cm /sec 이하다. 이 경우에는 거의 변형하지 않고 둥근 모양을 하고 있다고 생각해도 된다. 직경 2mm정도에서는 600cm/sec 정도의 속도가 되면 빗방울이 조금 변형하는 것이 눈에 띄게 된다. 아주 강한 비가 내릴 때(태풍이나 뇌성이 치며 쏟아지는 비)의 경우에는 크기가 직경 3mm정도가 되면 낙하속도도 800cm/sec정도로 공기의 저항을 받게되어 빗방울의 모양새는 원체(圓體-호빵 모양)로 변형해 버린다.
그러니까 우리들이 평소에 아무런 생각 없이 ‘비가 오면 오는가 보다’하고 무심코 비를 바라보겠지만 이와 같이 비에 대해서 사전지식을 습득해 두면 지금 오는 비는 직경이 얼마나 될까 하고 생각하게 되고 비가 개기를 기다리는 것도 즐거운 시간이 될 것이다.
깊은 바다의 물은 얼마나 쫄아들까?
보통 크기의 인스턴트 라면의 빈 용기를 망에다 넣고, 수심 1,000m와 1,500m까지 일단 가라앉게 하고 다시 해상으로 끌어올리면 매우 작아진 것에 놀랄 것이다.
바다 속에 가라앉게 한 용기에는 그 위에 놓여있는 바닷물의 무게에 의해서 압력이 작용하는 것이다. 그 압력으로 강한 압축을 받게 된다.
사실은 지상에서 생활하고 있는 우리들의 몸에도 공기의 무게에 의한 압력이 작용하고 있는 것이다. 그 압력의 강도는 1cm당(손톱 하나의 면적) 약 1Kg의 추(錘)가 매달려 있는 것과 같다. 이때의 압력의 강도를 ‘1기압’이라고 부른다.
공기는 수 1,000m의 분량이 1기압이지만 그보다도 무거운 바닷물의 경우는 약 10m를 내려갈 때마다 1기압씩 압력이 커지는 것이다. 1,000m 밑의 바다 속으로 가라앉게 한 인스턴트 라면의 컵에는 ‘100기압’(1000 10), 1cm당 100Kg의 추가 매달려 있는 것과 같은 힘이 작용하고 있는 것과 같다.
인스턴트라면의 컵은 발포 스티로폴이라고 하는 매우 부드러운 재질로 되어있다. 그렇기 때문에 작아진 게 아닌가 하고 생각하는 사람도 많을 것이다.
그렇다면 깊은 바다의 물 그 자체가 오그라져 버리는 것일까? 주사기와 같은데다 물을 넣고 손으로 아무리 강하게 밀어 넣는다 하더라도 꼼짝하지 않을 것이다. 그러나 이것이 몇 100기압이나 되는 높은 압력이 되면 이야기는 달라진다.
실제로 측정을 해보면 1기압 하에서 높이가 10m였던 수주(水柱)가 수심 10,000m나 깊은 바다(압력 1000기압) 속에서는 수주의 높이가 5∼9cm정도 오그라든다. 이것은 가령, 해저에서 해면까지의 압력이 모두 1기압이었다고 하면 해면의 높이가 지금보다 평균 30m가까이 상승해버린다는 것을 뜻하는 것이다.
심해 잠수정의 조사에 의하면 이렇게 높은 초고압의 세계에도 생물이 살고있다는 것은 그야말로 생명의 강인함을 말해주는 것으로 새삼 놀라운 일이 아닐 수 없다.
태풍은 수증기를 먹으며 성장한다
매년 잊어버리지도 않고 찾아오는 불청객인 태풍은 막대한 피해를 남기고 떠난다. 이 태풍은 열대지방에서 고온 다습한 공기가 아주 강한 소용돌이가 된 열대저기압인 것이다. 그 중에서도 북서태평양에서 발생하여 최대풍속이 초속 17m이상의 것이 태풍이 된다. 같은 열대저기압이라도 발생장소나 오는 경로나 통과하는 곳 등에 따라서 hurricane, cyclone 등 부르는 명칭이 다르다. 지구에서 발생하는 열대저기압 중에서 약 50%는 태풍이며, 연중 평균 28개정도 발생하지만 그 중 우리나라에 상륙하는 것은 5∼7개정도가 된다.
해상에서의 태풍이나 구름, 강우의 상태는 기상위성이나 레이더 등으로 관측할 수 있다. 태풍의 활동이 가장 활발할 때의 구름의 범위는 직경이 약 1,000km나 되며, 높이는 불과 15km 정도밖에 안 된다. 소용돌이 라고 해도 ‘엷고 평평’하다.
태풍은 ‘열대의 바다’ 에서 발생한다. 우선 따뜻한 바다에 상승기류가 일어나고, 적란운(積亂雲-소나기구름)이 여기저기에 생기고, 이들이 무엇인지 분명치 않은 원인에 의해서 돌기 시작하는 것이다.
더욱이 소용돌이 중앙의 공기가 희박한 곳에는 주위에서 공기가 밀어닥쳐 더욱더 둥글둥글 돌기 시작한다. 소용돌이의 공기는 속속 잇달아 위로 올라간다. 열대의 바다의 공기에는 많은 수증기를 함유하고 있다.
따라서 올라가면 ‘눅눅’(상승기류가 일어나는 곳에서는 꼭 일기가 나빠진다. 반대로 내려가면 건조해 진다.) 해지는 현상으로 수증기는 속속 물이 되기 때문에 많은 비가 내리게 된다.
수증기가 물로 변할 때 많은 열을 발생한다. 그렇기 때문에 소용돌이 속의 공기는 위로 올라간다고 하더라도 그다지 냉각되지 않는다. 주위공기의 온도보다도 높기 때문에 위로 잇달아 올라가는 것이다. 그래서 공기가 희박해지고 밑에서는 또 주위의 공기가 밀어닥쳐 소용돌이는 활발해지면서 수증기를 빨아들여 더욱더 활발해지는 것이다.
이러한 의미에서 ‘태풍은 수증기를 먹고 성장한다’라고 할 수 있다. 태풍은 수증기를 빼앗기는 육지에 상륙하면 약해지고 없어지는 것이다. 그렇기 때문에 중국대륙의 내부에까지 들어가는 태풍은 거의 없다. 또 태평양에서 서쪽으로 진행하던 태풍이 필리핀에 상륙하여 쇠약해졌다가 통과 후에 따뜻한 남지나해로 나와서 또다시 세력을 회복하는 경우를 본다 하더라도 지금까지의 설명을 뒷받침하는 것이라고 생각한다.
태풍은 우리들의 재산파괴를 하는 점도 있지만 비를 오게 하여 물 부족을 해소해 준다고 하는 잇점도 있다. 태풍의 피해를 최소화하고 피해를 잘 극복하기 위해서라도 태풍의 정체를 더 자세하게 알아야 하는 것이다.
해수로부터 금을 체취한다
해수 중에는 주요성분 외에도 매우 많은 종류의 물질이 용해되어 있다. 해수중의 주요성분 이외의 성분을 미량성분이라고 하는데 농도의 차이는 다소 있지만 아마도 지구상에 존재하는 원소는 거의 모두 미량성분이 포함되어 있다고 해도 과언이 아닐 것이다.
‘궁극의 mineral water’라고 불러도 될 조성이라고 하겠다. 이들의 미량성분을 이용하는 방법이 여러 가지로 검토되어 왔지만 현재로서는 예외적인 것을 제외하고는 자원으로서의 이용가치는 거의 없는 것으로 알려져 있다.
해수중의 미량성분의 이용을 검토한 예로서 가장 유명한 것은 해수 중의 금을 이용하는 것이다. 해수중의 금을 분리해내어 이용하자고 하는 생각을 한 것은 제1차 세계대전에서 패전한 독일이다. 당시에는 해수 1ton중에 수mg 정도의 금이 포함되어 있을 것이라 생각하고 있었기 때문에 해수 중에서 금을 체취하여 그 금으로 배상금 충당을 생각하였던 것이다.
그러나 Her ver(독일의 화학자)가 해수중의 금의 농도를 재측정한 결과, 1ton당 0.004mg밖에 함유되어 있지 않은 것을 알게되어 기술적 및 경제적으로도 불가능하다는 이유로 중지하게 되었다.(최근에는 그것보다는 더 작은 량이 아닌가하고 의심하고 있다.)
이와 같이, 해수중의 미량성분의 이용을 검토하기 위해서는 우선 정확한 농도나 분포를 알아야하는 것이 중요하지만 다음 단계에서는 농도가 낮은 미량의 성분을 어떻게 효율적으로 잘 모을 수 있느냐 하는 문제, 그리고 대량의 해수를 어떻게 처리하느냐는 문제와도 씨름을 하여야 할 것이다.
Uran은 해수중의 미량성분 중에서도 비교적 고농도인 점과 소량으로도 핵연료로서의 이용가치도 높다고 하는 점에서 연구가 추진되고 있다. 그래도 저농도의 Uran을 저가로 효율적으로 모을 수 있는 방법이 현재 개발도중에 있다. 또한 1Kg의 Uran을 만들기 위해서는 50만ton이라는 해수중의 Uran을 모아야 하기 때문에 이와 같이 많은 량의 해수를 처리한다고 하는 것은 쉬운 일은 아니다.
한편, 해수중의 미량성분은 현재 지구환경의 해명의 계기로 삼고자 연구자들 사이에서는 주목하고 있다. 최근의 연구에 의해서 미량성분의 분포나 존재상태는 바다의 상태나 바다가 놓여져 있는 환경을 알기 위해서도 중요한 실마리가 될 것이라는 것과, 미량성분 중에는 식물 플랑크톤의 생육에 영향을 미치고 있을 뿐만 아니라, 나아가서는 기후에까지 영향을 주고있는 것도 있는 것 같다는 것도 알게되었다.
해양의 미량성분에 관한 연구는 이전 세기부터 이미 진행되고 있었지만 기술적인 문제가 해결되어 분포에 관한 정확한 정보를 얻을 수 있게 된 것은 최근 10∼20년 정도밖에 안되며, 지구환경의 해명의 실마리로서 주목을 받게된 것도 극히 최근의 일이다.
미량성분 중에는 아직 해양에서의 정확한 농도나 분포를 모르고있는 미량성분도 많으며, 향후 연구의 진전이 기대되고 있다.
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