[함께 읽는 과학도서] 천천히 곱씹으며 느리게 읽기 <지구의 짧은 역사> 2부

ifrain님의 대화: 아래 링크는 '최소 작용의 원리'를 고안한 피에르 루이 모페르튀이에 대한 내용입니다. 고전 역학 뿐만 아니라 전자기학, 광학, 상대성 이론, 양자역학 등 모든 물리 법칙은 이 최소 작용의 원리를 정의하는 것에서 시작한다고 하죠. "최소 작용 원리에 의하면 모든 자연 현상에서 '작용'이라는 양이 최소화되는 경향이 있다. 모페르튀이는 20년에 걸쳐 이 원리를 개발하였다. 그는 작용을 물체의 질량, 그것이 이동한 거리, 그리고 그것이 이동하는 속도의 곱이라고 수학적으로 표현하였다." 동위원소는 양성자 수는 같지만 중성자 수가 다르죠. 질량이 다르면 같은 에너지 상태에서도 운동 속도나 진동수가 변하게 되고 '최소 작용'을 만족하는 최적의 경로(여기서는 에너지 상태)가 달라집니다. 광합성과 같은 화학 반응이 일어날 때도 에너지 장벽이 낮은 경로를 택하게 될 것이고요. 분별작용(Fractionation)이라는 것이 있어요. 물이 증발할 때 가벼운 동위원소¹⁶O가 포함된 분자가 무거운 동위원소¹⁸O 보다 더 활발하게 움직이고 쉽게 증발합니다. https://ko.wikipedia.org/wiki/%ED%94%BC%EC%97%90%EB%A5%B4_%EB%A3%A8%EC%9D%B4_%EB%AA%A8%ED%8E%98%EB%A5%B4%ED%8A%80%EC%9D%B4

polus님의 대화: @밥심 @ifrain 이 부분은 저도 잘 모르겠네요.^^ 저도 동위원소 지구화학 수업은 그냥 생명체는 가벼운 동위원소를 선호한다고 전제하고 진행됐죠. 단순히 생명체가 에너지 효율을 높이기 위해 상대적으로 결합력이 약한 가벼운 동위원소를 대사에 사용한다 정도로 간단한 설명은 있었던 것 같네요. 이 부분은 아마 양자역학 같은 물리학의 영역일 거에요. 각자 영역이 다른 거죠.^^

polus님의 대화: @ifrain 결국 비슷한 맥락이긴 한데 질량이 작으니 떼어내는 데 필요한 에너지가 상대적으로 적은 것이죠. 이게 분자 레벨에서 이루어지는 것인데 암튼 생명체가 참 영특(?)하다고 생각했던 기억이 나네요.^^

밥심님의 대화: 145쪽에 이런 문장이 있죠. "미스테이큰포인트 생물은 해수면에서 수백 미터 들어간 깊은 곳에 살았다. 햇빛이 들어오지 못하는 깊은 곳이었다." 이어 146쪽엔 요런 문장이 있었습니다. "미스테이큰포인트 암석의 화학적 증거는 이런 생물이 안정적이면서 비교적 산소가 풍부한 환경에서 살았음을 시사한다." 두 문장을 읽었을 때 뭔가 찜찜한 느낌이 들었는데 그냥 넘어갔었습니다. 하지만 오늘 다시 생각해보니 두 문장이 서로 이율배반적인 이야기를 하고 있지 않는가 하는 의심이 들었네요. '산소가 풍부하려면 남세균이 햇빛을 받아 광합성을 해야 하는데, 수심 수백 미터에는 햇빛이 들어오지 못하니 남세균도 없을 테고 그럼 산소가 어떻게 풍부해서 에디아카라 동물들이 산소 호흡을 했다는 거지?' 조금 고민하다가 분명 산소가 있어야 하는데, 어디서 생긴 거지 하고 3장과 4장을 다시 퀵하게 읽어봤는데 관련 내용이 없었습니다. 그래서 검색을 해봤더니 실마리가 나오네요. 바로 차가운 표층수(남세균이 생산한 산소를 풍부하게 품고있는)가 아래로 가라 앉는 해수 순환이 일어나면서 산소를 심해로 실어날랐다는 주장이죠. 그럴싸 하죠? 대기의 순환과 함께 해수의 순환, 그리고 해류 등이 생물의 진화에 막대한 영향을 주었으리라 짐작되는 대목입니다.

ifrain님의 대화: 작년 9월 인천에 있는 해양박물관에 갔었는데.. 고래에 대해 자세한 설명을 볼 수 있었어요. 인간을 지키는 고래 Whales Protecting Humans 고래의 숨결은 바다와 인간을 숨쉬게 합니다. 고래는 살아 있을 때, 깊은 바다에서 먹이를 먹고 수면 가까이 올라와 배설물을 배출하며 영양분을 공급해 식물성 플랑크톤을 성장시킵니다. 이렇게 자라난 생명들은 광합성을 통해 이산화탄소를 흡수해 바다에 저장하여 지구의 탄소 순환에 도움을 주고 우리가 숨 쉬는 산소를 만들어 냅니다. 고래는 죽었을 때, 평생 몸에 쌓아둔 탄소를 품고 서서히 바다 밑으로 가라앉는데 이를 '고래낙하'라고 부릅니다. 고래의 사체는 '푸른 비료'가 되어 심해 생물들을 살찌우며 해양 생태계를 풍요롭게 하고, '거대한 탄소 저장고'가 되어 장기간 탄소를 심해에 가두어 지구 온난화를 줄이는 데 기여합니다. 이렇게 고래는 살아서는 물론 죽어서도 우리 곁에 머물며 지구의 숨결을 지켜줍니다. Whale breath keeps the ocean and us alive. When whales are alive, they feed in the deep ocean and come to the surface to excrete waste, which provides nutrients to grow phytoplankton. These organisms absorbs carbon dioxide through photo synthesis and store it in the ocean, helping the Earth's carbon cycle and creating the oxygen we breathe. When a whale dies, it slowly sinks to the bottom of the ocean, carrying with it the carbon it has stored throughout its life, a process known as "whale drop". Whale carcasses becomes "blue fertilizer," enriching deep-sea life and enriching marine ecosystems, and "giant carbon reservoirs," trapping carbon in the deep ocean for long periods of time, helping to reduce global warming. In this way, whales are with us in life and in death, keeping the planet breathing.

ifrain님의 대화: 역시 인천해양박물관 전시 내용입니다. "고래는 일생 동안 엄청난 양의 이산화탄소를 흡수한다. ... 고래 한 마리가 기후 위기를 막는 데 수천 그루의 나무와 같은 역할을 한다고 한다. 바닷속에 거대한 숲이 떠다닌다고 상상해 보라." 그린피스, 「고래가 기후위기로부터 우릴 지키는 5가지 방법」 1. 바다 표면의 식물성 플랑크톤이 광합성으로 이산화탄소를 흡수 탄소는 먹이사슬을 따라 큰 생물로 옮겨가며 축적 2. 크릴 같은 작은 해양생물이 식물성 플랑크톤을 섭취 탄소는 점점 몸집이 큰 생물로 옮겨가며 축적 3. 해양 먹이사슬의 최상위인 고래는 약 33톤의 탄소 흡수 대형고래는 살아있는 약 200년 동안 탄소를 몸에 보관하며 살아감 4. 수명이 다하면 탄소와 함께 바다에 가라앉아 해저면에 탄소를 축적 수백 년 동안 탄소를 해저에 가두는 탄소 저장고 역할

polus님의 대화: @밥심 혹시 과학계에 계신가요?^^ 저도 잘 모르는 영역이긴 합니다만 아래 정리하신 내용으로 어느 정도 설명이 될 것 같네요. 지구표면의 온도가 고르지 않기 때문에 상대적으로 차가운 곳은 가라앉게 되죠. 표층에서 풍부한 산소를 머금은 해수가 심층으로 들어가는 메커니즘입니다.^^

향팔님의 대화: 읽다보니 선크림에 대한 설명도 나와있네요. “선크림에는 자외선을 효과적으로 흡수하여 에너지가 더 낮은 빛이나 열의 형태로 바꾸는 물질이 들어 있다. 그래서 선크림을 바르면 피부에 자외선이 직접 닿지 않게 된다.” (p.126)

향팔님의 대화: 우와! 요런 식의 사고실험이라는 건 언제나 너무 어렵고 막연하게만 느껴져서 뭔 채널을 봐도 종국에는 그냥 멍-해지기만 하는 저의 한계를 느꼈었는데요, 밥심님의 사고실험은 찰떡같이 머리 속에 들어오네요. 재미있게 읽다보니 어느새 결론이 나와 있어요! 감탄했습니다. 앞으로도 궁금한 게 생기면 밥심님의 이면지 꿀잼 특강을 종종 신청해도 될까요.

SooHey님의 대화: 우와... 이해가... 되었습니다... 직관적으로는 이해할 수 없는 것이, 논리적으로는 이해가 되네요... 근데 왜 슬퍼질까요? ㅠㅠ

ifrain님의 대화: @밥심 와 - 완벽하게 이해가 되는 그림과 설명입니다. ^^ 그림 실력도 수준급이세요. ^^ 빨간색 광자가 귀엽고 예쁩니다. 저 우주선 안에 타고 있으면.. 동안을 유지할 수 있는 비결이 되려나요? ㅎㅎ @stella15

ifrain님의 대화: 큰 아이가 어렸을 때 같이 유키 구라모토의 공연을 보러 간 적이 있어요. 그때 악보집에 사인도 받았죠. 이번에 <지구의 짧은 역사> 를 읽으며 레이크 루이스를 다시 생각하게 되어서 참 좋습니다. 1부가 끝난 후에는 오랜만에 악보를 열고 피아노로 연주해봤어요. 그리고 일상에서도 유튜브로 유키 구라모토님의 음악을 자주 듣고 있습니다. 레이크 루이스를 듣고 있으면 아주 오랜 시간 전에 지구에 존재했던 생명체들이 말을 걸어오는 것 같아요.

ifrain님의 문장 수집: "속편 벌레 이야기(1) 달밤의 행진 꽤 오래전 이 칼럼에서 벌레 이야기를 4회에 걸쳐 썼다. 들은 바에 의하면 안자이 미즈마루 씨는 벌레를 몹시 싫어해서 삽화를 그리느라 상당히 곤욕을 치렀다고 한다. 짓궂은 짓을 한 셈이다. 그러나 미안하게 생각하는 한편 그런 이야기를 들으면 벌레 이야기를 한층 더 하고 싶어지는 게 인지상정이다. 그런 연유로 또 벌레 이야기. 내 마누라는 옛날에 괄태충 행렬을 본 적이 있다고 한다. 그녀가 여고생일 때 얘기다. 달 밝은 밤에 오차노미즈 여자대학 근처에 있는 언덕길을 걷고 있자니, 멀찌감치 앞쪽에 은색 띠 같은 게 보였다. 그것이 반짝반짝 빛나면서 마치 강물이 흐르는 것처럼 도로를 횡단하고 있었단다. 오른편의 돌담에 빠끔 뚫려 있는 토관 구멍에서 줄지어 기어나와, 길을 가로질러 건너편에 돌담을 올라 어둠 속으로 빨려들어간다. 띠의 폭은 대충 1미터 정도. 대체 뭘까 하고 가까이 다가가보니, 그게 글쎄 쥐만한 크기의 거대한 괄태충 행렬이었던 것이다. 좌우지간 몇천 몇만 마리는 되어서 도저히 헤아릴 수가 없다. 행진은 이미 한참 전에 시작된 듯 자동차에 깔려 물컹하게 짓이겨진 자국이 노면에 선명하게 남아 있다. 그게 달빛에 반사되어 미끈미끈하게 빛난다. 소름 끼치는 광경이다. "그 돌담 너머에 있던 낡은 저택을 부수고 맨션을 짓고 있었으니까. 거기 살던 괄태충이 다른 곳으로 이동하던 거겠지"하고 그녀는 말했는데, 그렇게 엄청난 수의 거대한 괄태충이 과연 한 곳에 모여살 수 있단 말인가? 그리고 그들은 도대체 어디로 옮겨 가 살았을까? 괄태충의 민족대이동이라니. 마치 <십계>에 나오는 모세의 출애굽 같은 이야기다. 필기 그 괄태충 무리 중에는 월등하게 거대한 보스 괄태충이 있고 그것이 앞장서서 모두를 신천지로 인도해갔을 것이다. 이런 생각을 계속하고 있자니 속이 메슥거려 잠을 못 이룰 것만 같다. "

polus님의 대화: @밥심 밥심님 탐구욕은 웬만한 과학자를 훨씬 능가하는 군요.^^

밥심님의 대화: 네, 향팔 님이 인용하신 이런 선크림이 있고 제가 말씀드렸던 아예 반사를 해버리는 선크림 두 가지 방식이 있다고 합니다. 오늘 운동할 때 선크림 잔뜩 발랐는데도 불구하고 햇볕이 너무 좋아서 얼굴이 벌겋게 익어버렸네요. 아내가 진정 크림을 덕지덕지 조금 전에 발라줬습니다. ㅋㅎ

밥심님의 대화: 제가 아는 내용이라면 기꺼이 설명드리겠으나 그런 부분이 얼마나 있을지는 모르겠네요. 보통 빨리 날아가는 우주선에서 시간이 늦게 가는 이유에 대해 궁금해하시는 분들은 중력이 세면 왜 시간이 빨리 가는가? 또는 인공위성이 안 떨어지고 계속 도는 진짜 이유가 잘 이해가 안 된다, 또는 라디오 주파수가 인간의 가청 주파수보다 훨씬 큰데 어떻게 라디오에서 음악을 듣는가 같은 문제들도 세트로 궁금해하시는데 향팔 님도 궁금하시면 말씀하세요. 나중에 또 시간 나면 설명드리겠습니다. 그리고, 지금 하시는 물리 공부로 대략 세상을 구성하는 물질들이 돌아가는 원리에 대해 흥미가 생기고 나면 이런 물리를 이용한 기계와 도구들은 어떻게 만들어졌는지를 공부하면 세상을 바라보는 시야가 훨씬 커질 겁니다. 그럴 때는 아래 책을 참고하면 좋아요. 아이들도 많이 읽고, 그림으로 설명한다고 쉽다고 생각하고 읽다가 포기하는 분들도 많은데, 사실 물리 원리를 제대로 알고 있어야 이해하기 쉽습니다. 그럼, 다시 과학 공부 파이팅 하세요! 아 참, 사진은 오늘 제가 직접 찍은 반가우면서도 반갑지 않은 새포아풀입니다. ㅎㅎ

polus님의 대화: @밥심 @ifrain 이 부분은 저도 잘 모르겠네요.^^ 저도 동위원소 지구화학 수업은 그냥 생명체는 가벼운 동위원소를 선호한다고 전제하고 진행됐죠. 단순히 생명체가 에너지 효율을 높이기 위해 상대적으로 결합력이 약한 가벼운 동위원소를 대사에 사용한다 정도로 간단한 설명은 있었던 것 같네요. 이 부분은 아마 양자역학 같은 물리학의 영역일 거에요. 각자 영역이 다른 거죠.^^