안녕하세요 김용란 전문가입니다.
화학
Q. 산성화와 산화의 정확한 개념을 쉽게 알려주실..수 있나요
안녕하세요. 김용란 과학전문가입니다.산성화(acidification)란 산도가 높은 물질로 인해서 토양이나 용액(바닷물, 담수 등)의 pH가 높아지는 것을 말하는 겁니다.주로 환경의 오염도를 측정할 때 사용되는 용어이지요공기 중 산성이 강한 물질인 황산, 질산과 같은 물질이 비와 수증기에 흡수되어 산성비로 내리게 되는데, 이 산성비는 산림이나 바다의 산성화를 초래해 자연을 훼손시킵니다.산화(Oxidation)란 분자나 원자가 산소를 얻게 될 경우를 산화라고 합니다(분자나 원자가 수소나 혹은 전자를 방출 할 때도 산화라 함)우리가 음식을 먹고 소화가 될 때 고분자(단백질, 탄수화물, 지방) 물질이 소화 기관을 통해 가수분해되고 궁극적으로 포도당으로 전환되어 혈액을 통해 에너지가 필요한 세포로 가게 된 후 해당과정을 거쳐 전자 전달계를 통해 ATP를 만드는 과정도 대표적인 산화 과정이라 할 수 있습니다. 실생활에서 사용되는 추운 겨울 야외 활동에 보온의 용도로 사용되는 핫팩에는 철가루, 탄소가루, 염화나트륨 등이 들어 있지요~핫팩의 포장을 뜯고 흔들어 주면 따뜻하게 열이 발생하게 되는 데 이 때 산화라는 과정이 설명됩니다(핫팩의 철가루가 공기중의 산소와 산화반응을 일으키며 열이 발생되는 거죠).장작에 불을 붙혀 불멍을 할 때도, 가스레인지의 가스에 불을 붙일 때도 산화 라는 과정이 발생하게 됩니다.
화학
Q. 방귀를 모으면 가스를 생산할 수 있나요?
안녕하세요. 김용란 과학전문가입니다.방귀란 장 속에 있는 가스 성분이 항문을 통해 배출되는 현상을 말합니다.소장과 대장에는 200ml 정도의 가스가 있고 이 성분 중 질소가 가장 많고, 산소와 사람에 따라 다르지만 상당량의 메탄 가스도 함유되어 있습니다. 사람이 분출하는 가스를 재활용하는 불가능하진 않지만 비용적인 측면에서는 경제성이 없어 보입니다.반면 소들이 배출하는 메탄가스의 양이 상당하며 정확하진 않지만 소 한 마리가 배출하는 메탄 가스의 양이 85kg이라고 알려져 있습니다.전 세계적으로 지구상에서 사육되고 있는 소의 사육수수는 13억 정도이며, 년간 1,100억 kg 정도의 메탄 가스가 발생되고 있습니다.사람보다는 소에서 배출되는 메탄 가스를 포집해서 재활용하는 기술이 좀 더 효율적이지 않을까 합니다.
생물·생명
Q. 식물은 광합성을 어떻게 하나요(자세히)
안녕하세요. 김용란 과학전문가입니다.식물의 광합성이란 기본적으로 식물이 공기 중에 있는 이산화탄소와 물 분자를 기질로 이용해 태양에너지(빛 에너지)를 식물의 체내에 저장하는 과정을 의미합니다.쉽게 말하면 식물이 성장 및 유지하며, 씨앗을 만들고 자손을 퍼뜨리는 일에 필요한 에너지를 근본적으로 태양에너지로 가져오기 때문에 광합성이라고 합니다.식물의 광합성을 통해 만들어지는 것이 바로 위 그림에 있는 탄수화물입니다.탄수화물을 영어로 하면 carbohydrate 인데 탄수화물이라는 말은 '탄소+수화물'이라는 뜻이죠.. 탄수화물을 쉽게 말하면 탄소원자에 물 분자의 H+ 이온과 OH-이온이 결합되어 있는 구조입니다...
생물·생명
Q. 몸의 손발톱, 머리카락은 왜 계속 자랄까요?
안녕하세요. 김용란 과학전문가입니다.한 사람에게 평균적으로 9~12만올 정도의 머리카락이 있으며, 굵기는 사람마다 다른데 17㎛부터 180㎛까지 다양하며 평균적으로 100㎛(=0.1mm) 정도로 알려져 있습니다.머리카락은 살아있는 세포가 아니고, 사실 죽어 있는 세포들이 길게 연결되어 있는 구조입니다.머리카락이 자라는 것처럼 보이는 이유는살아있는 세포가 죽을 세포를 밀어내는 과정으로 모낭에서 일어나는 현상이 꼭 머리카락이 자라는 것처럼 보이는 거죠.손발톱도 마찬가지 입니다...따라서 자르지 않고 손발톱을 나두면 계속적으로 살아있는 세포가 죽은 세포를 밀어내고, 또 밀어내는 과정이 일어나서 손발톱과 머리카락이 길어지게 되는 겁니다.
생물·생명
Q. 왜 게나 새우와 같은 갑각류를 삶으면 붉게 변하나요?
안녕하세요. 김용란 과학전문가입니다.게나 새우와 같은 갑각류는 식물성 플랑크톤인 미세조류를 주식으로 활용하고 있는데요..특히 헤마토코커스라고 하는 광합성 미세조류는 광합성을 통해 체내에 아스타 잔틴이라고 하는 색소 성분을 합성하게 되는데 이 미세조류의 색소 성분(아스타잔틴)에 열을 가하면 붉은 색으로 바뀌게 됩니다.아스타잔틴 성분은 항산화 활성을 가지고 있는 성분이며, 게나 새우와 같은 갑각류가 체내에서 합성하는 성분이 아니고 미세조류의 섭취를 통해 갑각류의 체내에 축적이 되는 성분입니다...아스타잔틴은 크산토필 성분 중 하나로 산란계 사료에 혼합시 난황 착색 효과가 가장 뛰어난 성분이기도 합니다.아스타잔틴 성분은 크릴 새우에서 추출하는 크릴 오일의 주요 기능성 성분이며(크릴 새우가 바다 속에서 미세조류를 주식으로 섭취하기 때문에 체내에 아스타잔틴 성분이 농축됨), 최근 들어 미생물 배양 기술의 발달로 크릴새우에서 추출하는 방법보다 헤마토코코스를 배양해서 아스타진틴 성분을 추출하는 기술이 발달하고 있습니다.아스타잔틴은 붉은 색을 띄며 강력한 항산화 역할을 하며, 혈액의 산화 스트레스를 줄여 혈관벽을 이완시켜 고혈압을 예방하며 세균성 염증으로부터 우리 몸을 보호하여 그로 인한 질병, 만성질환 등에 도움을 주는 것으로 알려져 있습니다.
토목공학
Q. 비닐은 왜 쉽게 분해가 되지 않는.건가요??
안녕하세요. 김용란 과학전문가입니다.비닐봉지 또는 비닐 봉투(영어: Plastic Bag)는 얇고 부드러운 비닐로 만든 봉지 또는 봉투를 의미하죠이 비닐봉지는 음식물이나 책 등 가벼운 상품을 간단하게 포장해서 운반하는데 사용하는데다른 용기와 달리 무게가 가볍고 가격도 싸며, 종이나 천으로 만든 봉투와 달리 물기가 있어도 젖거나 새지 않고, 입구를 막으면 냄새도 나지 않아 널리 사용되고 있습니다.이 비닐 봉지의 주요 재료로 활용되는 성분들은 폴리에틸렌, LDPE, LLDPE 등 여러 종류의 플라스틱 필름인데 이중 폴리에틸렌이 가장 많이 활용됩니다.이 폴리 에틸렌이 환경 오염의 주범이죠 지구상의 어떤 미생물을 포함한 모든 동식물이 이 폴리에틸렌을 분해하기 쉽지 않다는 것이요지구상에 존재하는 유기물은 토양에 이나 환경에 존재하는 미생물에 의해 분해가 되는데요. 이 폴리 에틸렌은 분해가 어렵다는 것이에요그래서 요즘에는 비닐 봉지의 재료를 폴리에틸렌에서 생분해성 원료로 바꾸고 있는 실정입니다.
지구과학·천문우주
Q. 태양계 행성에서 명왕성이 퇴출된 이유는 무엇인가요?
안녕하세요. 김용란 과학전문가입니다.명왕성은 태양계의 왜행성(Dwarf Planet) 중 하나로, 최초로 발견된 카이퍼 벨트 천체입니다.1930년 2월 18일 미국의 천문학자 클라이드 톰보(Clyde Tombaugh)가 발견한 이래 2006년 행성의 기준이 수정되기 전까지 태양계의 아홉 번째 행성으로 인식되었다가 2006년 행성에서 탈락하게 됩니다.이유는 바로 행성에 대한 기준이 정립되는 과정에서 탈락된 거에요2006년 8월 24일 국제천문연맹(IAU)에서 처음 도입한 행성의 기준으로, 3가지 기준 모두를 충족해야 행성으로 인정됩니다.행성으로 구분할 수 있는 기준태양을 중심으로 한 공전 궤도를 갖아야 합니다.구형의 모습을 가질 수 있을 정도의 중력과 질량을 가져고 있어야 합니다.(궤도) 주변의 다른 천체들에게 일정한 지배(영향)력을 행사할 수 있어야 합니다.명왕성이 행성에서 탈락한 첫번째 문제는 명왕성의 크기와 질량이 달보다도 작다는 점입니다. 1978년 위성인 카론이 발견되면서 명왕성의 행성 지위는 위태로워지기 시작했습니다.위성인 카론을 관측하면, 이로부터 명왕성의 질량을 확인할 수 있었는데 , 측정된 명왕성의 질량은 지구의 0.2%에 불과했고, 명왕성의 지름은 약 2,370km로 계산되었습니다.즉, 명왕성을 행성으로 보기에는 엄청 작았다는 것이죠 명왕성이 행성에서 탈락한 첫 두번째 문제는 되는 것은 명왕성이 공전하는 '질량 중심이 명왕왕성 외부에 있다는 점이다. 이 때문에 명왕성-카론을 행성과 "위성 관계로 볼 것이냐", 아니면 "이중 행성으로 볼것이냐"라는 논란도 발생하게 됩니다.참고로, 지구-달 사이의 질량 중심은 지구 중심에서 4,700km정도에 위치하며, 지구 반지름이 6,400km이므로, 질량 중심은 행성 안에 있고, 달은 명백하게 지구의 위성을 돌고 있는 것이지요.
생물·생명
Q. 기억을 잊어버려도 거짓말 탐지기에 걸릴까요?
안녕하세요. 김용란 과학전문가입니다.거짓말 탐지기의 원리는 거짓말을 할때 나타나는 신체 변화를 통해 거짓을 가려냅니다...거짓말 탐지기의 공식적인 명칭은 '폴리그래프(Polygraph)' 이며 인간의 맥박, 호흡, 손에 흐르는 땀 등을 읽어내서 그래프로 나타내는 기계. 거짓말을 할 경우 마음이 불안해지므로 손에 땀이 나고 호흡이 가빠지며 심장 박동과 뇌파가 빨라지는 등 신체적인 반응이 나타나 그래프의 변동이 심해지게 되는데 이것을 감지하는 기계입니다.이 '폴리그래프(Polygraph)' 는 1935년 미국의 심리학자 ‘레너드 킬러’에 의해 처음 개발되었습니다폴리그래프(Polygraph)는 거짓말을 할 때 일어나는 신체의 여러 가지 반응을 연구한 심리학자, 과학자들의 이론을 한데 묶어 한꺼번에 측정할 수 있게 개발된 장치로, 수사의 용도로 사용됐습니다.폴리그래프(Polygraph)는 거짓말의 약 95%~98%를 가려낼 수 있습니다(범죄 수사에서 중요한 역할). 현재 주로 사용되고 있는 거짓말탐지기에는 우리 몸의 생리적인 반응을 분석하는 폴리그래프와 뇌파를 분석하는 뇌파탐지기가 있습니다.기억을 잃어버린 일에 대해서나, 기억이 안 나는 일들에 대한 것들, 혹은 마인드컨츄럴 능력이 뛰어난 사람들의 거짓말을 탐지 못하는 헛점도 분명하게 존재합니다...
지구과학·천문우주
Q. 백두산도 분화 가능성이 있는 화산인가요?
안녕하세요. 김용란 과학전문가입니다.백두산의 화산이 휴화산이냐 아니면 활화산이냐는 논쟁이 있습니다.2010년 아이슬란드의 에이야프얄라요쿨 화산의 폭발과 2011년 신모에다케의 폭발 등과 같은 화산 재해들이 발생하였고, 이와 같은 화산 폭발에 대한 연구들은 긴 휴식기를 지난 백두산의 폭발 가능성을 제기하고 있습니다. 화산 전문가들은 10,000년 이내에 분출 기록이 있는 화산은 활화산으로 분류하고 있으며, 1991년에 좀 더 엄격해진 일본 기상청 활화산 기준은 2000년을 기준으로 하고 있습니다.이와 같은 기준을 근거로 하면 백두산과 심지어 제주도 한라산도 활화산의 범주에 포함되게 됩니다.과거 역사를 보면 대조영이 건국한 발해가 망하게 된 이유를 백두산의 화산 폭발로 보고 있습니다.2015년 11월 사이언스 어드밴시스(Science Advances)에 발표된 연구 결과에서 백두산 화산 폭발은 최근 천 년 동안에는 가장 컸던 것으로 추정되다고 하였고, 북한과 영국, 미국 공동 연구팀이 백두산 근처에서 화산활동으로 생긴 암석에 남은 기체 성분을 분석한 결과 백두산 화산폭발로 배출된 ‘황’의 양이 1815년 인도네시아에서 일어난 탐보라 화산폭발 규모를 넘어서는 것으로 나타났습니다(Iacovino et al., 2016).정리해 보면 백두산은 휴화산이 아니고 지금도 활동성이 있는 활화산을 보는 것이 마땅하다는 거죠...백두산 화산 폭발에 의해 우리가 받는 피해도 상당할 것으로 알려져 있습니다.땅속에 뜨거운 마그마를 잔뜩 품은 채 가만히 있는 화산이 활화산보다 훨씬 더 위험하다고 합니다. 백두산의 화산 폭발 전조 현상(화산 지진 현상, 화구가 부풀어 오른는 현상 등), 이 지속적으로 발생하고 있는 것도 조만간의 백두산의 화산폭발을 예견하는 거라 할 수 있습니다.백두산 화산이 폭발에 의한 남한의 피해는?1. 뜨거운 마그마 : 뜨거운 마그마가 남한까지는 영향을 주진 않지만 백두산 인접 지역에는 큰 영향을 미칠 겁니다.2. 화산쇄설류(火山碎屑流, Pyroclastic flow): 화산 설쇄류란 화산의 폭발로 인해 화산 가스, 화산재, 연기, 암석 등이 뒤섞인 구름이 고속으로 분출되는 현상을 말하며, 화쇄류(火碎流)라고도 합니다(최대 속도 700km/h, 온도는 섭씨 1,000도). 이 화산 설쇄류로 인해 주변 산림이나 유기 물질에 불이 붙게 되며 이로 인한 심각한 가스 분출이 시작되게 되며, 이로 인한 가스가 한반도 전역의 대기권에 영향을 줄 수 있습니다.3. 화산재: 백두산에 화산 폭발에 의해 발생된 화산재가 우리나라 뿐만 아니라 중국 및 일본에도 영향을 줄 수 있습니다.
지구과학·천문우주
Q. 유빙이 바닷물에 뜨는 이유는 무엇일까요?
안녕하세요. 김용란 과학전문가입니다.유빙은 주로 시베리아 지역, 알래스카 지역, 이이슬랜드 등의 추운 지방이라면 나타나는 흔한 형상입니다.우리나라도 유빙을 볼 수 있는 지역인데요 주로 북한 지역에서 볼 수 있다고 합니다.겨울철 기온이 하락하면 시베리아 지역에서 만들어진 유빙이 떠내려 오기도 합니다. 유빙은 육지에서 형성된 빙하가 바다로 흘러나와 떠다다니는 빙산과 구별됩니다.유빙이 물에 뜨는 이유는 물이 가진 특별한 성질 때문인데요...액체 상태의 물이 고체 상태의 얼음이 될 때 그 부피가 늘어나게 되는데요(이러한 현상은 2리터 들이 생수통에 물을 가득 채운뒤 냉동실에 한참 동안 넣어 놓고 확인하면 생수통이 불룩하게 커져 있는 것을 확인할 수 있음)이 이유는 물분자의 구조적인 특징으로 인한 것으로 액체 상태에서는 불규칙적이던 물분자가 고체 얼음이 되면서 규칙적으로 배열되게 되는데 이때 물분자 사이에 공간이 만들어지게 됩니다.. 이로 인해 부피가 늘어나는 거죠유빙의 밀도가 물보다 크다면 유빙은 바다속으로 가라앉을 겁니다.. 유빙의 밀도가 물보다 작기 때문에 유빙이 물 위로 올라오게 되는 거죠...