물. 가장 현실적이면서 가장 신화적인 물질
인간은 물을 통해서 무엇을 보는가. 오늘날 아프리카를 비롯한 갈수지역에서는 물 부족으로 인한 생존 위협에 직면해 있다. 또한 상대적으로 물이 풍족한 지역에서도 각종 오염과 고갈로 심각한 위기 의식을 느낀다. 물은 가장 실제적으로 모든 존재의 존립 자체를 뒤흔다는 물질이다. 그럼에도 여전히 물은 낭만적이고, 경외감 넘치며, 따뜻한 물질로 다가온다. 흐르는 강물과 광활한 바다. 심지어는 하늘에 쏟아져 내리는 비와 눈까지 그 안에는 무언가 물질적인 분석만으로 이해할 수 없는 매력적이고 강력한 힘이 내재해 있다. 여기에 천상과 지상을 오가는 거의 유일한 물질인 물의 신성함이 담겨 있다.
필립 볼
1983년 옥스퍼드대학 화학과를 수석으로 졸업하고, 1988년에는 브리스톨 대학에서 물리학 박사학위를 받았다. 그후 10여 년 동안 세계에서 가장 권위 있는 과학저널 '네이처' 물리하학 분야의 편집자로 활동했다. '뉴 사이 언티스트' '더타임스' '인디펜던스' '뉴스 타임스' 등에 과학자와 일반 대중을 위한 글을 싣고 있으며, 영국 BBC에서도 강의를 하고 있다.
저서로는 등이 있다.
- 물은 모든 생명의 자궁이다
[1] 우주의 스프
1. 최초의 홍수
2. 지구의 혈관
3. 하늘과 얼음 속의 자연수
4. 우주의 바다
[2] 기묘한 액체
1. 원소들에 열려 있는 H20의 이름
2. 왜 물은 가장 기묘한 액체인가
3. 어는점 밑의 물
[3] 생명의 자궁
1. 물의 생물학
2. 세포 속의 물
[4] 에너지의 원천
1. 물에 관한 병적 과학들
2. 구세주로서 물
- 푸른색 금
- 주
- 참고문헌
- 옮긴이의 글
- 찾아보기
기묘한 액체 (238 P)
지금까지의 이야기를 이해했는가? 브리드 박사가 130도라고 말한 것은 화씨가 아니라 섭씨를 뜻한 것이 분명하다. 어쨌든 계속 나아가 보자. 여러분이 이 얼음 9를 웅덩이 속에 떨어뜨리면 어떻게 될까?
"웅덩이는 얼겠지?"
나는 추측했다.
"그리고 웅덩이 주변의 쓰레기는?"
"그것도 얼 거야."
"진흙투성이의 모든 웅덩이들은?"
"그것들도 얼겠지?"
물론 화자의 추측은 옳다.
"그런 것이 없다고?"
내가 물었다.
"없어, 없어, 없어, 없다니까."
<< 물은 H20 넘어 생명의 자궁, 미래 에너지 >> [한국일보 / 오미환기자]
고대 그리스 철학자 탈레스는 ‘물은 만물의 근원’이라고 말했다. 물이 없으면 어떤 생명체도 살 수 없음을 우리는 잘 알고 있다. 인간의 몸을 비롯해 지구상의 모든 동식물 조직의 60~80%가 물이다. 지구 표면은 3분의 2가 물, 20분의 1이 얼음으로 덮여 있다.
지구가 아니라 수구(水球)라고 부르는 게 더 적절할지도 모른다. 마침 올해는 유엔이 정한 ‘물의 해’이다. 너무나 흔해서 귀한 줄 몰랐던 물이, 환경 파괴와 공해 등으로 갈수록 더러워지고 부족해짐에 따라 물의 소중함을 뒤늦게 깨닫고 전지구적 대책 마련에 나선 것이다.
매년 전세계에서 500만 명 이상이 물과 관련된 질병으로 사망한다. 전쟁으로 인한 사망자의 약 10배나 되는 엄청난 숫자다. 특히 유아 사망의 60% 이상은 수인성 전염병과 기생충이 원인이다. 영국 출신의 과학 저술가 필립 볼의 ‘H₂O_A Biography of Water’(H₂O_물의 전기)는 물의 모든 것을 물리학과 화학을 중심으로 설명하는 과학책이다. 500쪽이 넘는 두툼한 책이지만 복잡한 화학식 같은 건 나오지 않기 때문에 읽는 데 어렵지는 않다.
‘물의 전기’라는 부제에 걸맞게 이 책은 물의 탄생에서 출발한다. 우주의 기원을 설명하는 빅뱅 이론에 기대어 물을 구성하는 두 원소, 수소와 산소의 탄생을 설명하고, 약 46억 년 전 갓 태어난 원시 지구의 풍경을 상상하는 데서 출발한다. 과학자들은 원시 지구의 뜨거운 대기에 들어있던 수증기가 냉각돼 물이 됐다고 본다.
지은이는 물의 성질과 순환 과정, 지구 외 태양계 다른 행성에서 물, 곧 생명의 흔적을 찾아 나선 우주 탐사의 역사를 소개하고, 생명의 원천이자 자원으로서 물의 역할과 미래를 살피는 것으로 책을 마무리한다. 물과 관련된 지질학과 생물학, 기상학의 지식들, 이를테면 물의 흐름이 지구의 표면을 어떻게 조각해 왔으며, 생명체의 몸 속에서 물이 어떻게 작용하는지, 지구 환경에서 기후에 어떤 영향을 미치는지도 차근차근 일러준다. 이런 과정을 통해 물은 ‘생명의 자궁’이자 ‘지구의 혈관’임이 거듭 확인된다.
이 책의 마지막 장은 자원으로서의 물을 다루고 있다. 지은이는 마시는 물 뿐 아니라 에너지의 원천으로서 물의 중요성에 주목한다. 그는 물의 구성 성분인 수소를 이용한 핵융합으로 에너지를 얻으려는 노력을 소개하면서 물을 ‘푸른 색 금’에 비유한다.
유네스코는 2020년 경이면 전세계가 심각한 물 부족에 시달릴 것으로 예측하고 있다. 물을 차지하기 위한 전쟁의 가능성이 점쳐지는 시대다. 이스라엘과 중동 국가들은 요르단강의 지류를 둘러싸고 20세기 중반부터 물 싸움을 벌여온 터이다. 이러한 현실은 우리에게도 강 건너 불은 아니다. 유엔은 한국을 이미 물 부족 국가로 분류하고 있기 때문이다.
지은이에게 물은 단순히 수소 원자 2개와 산소 원자 1개의 화합물이 아니다. 그는 생명의 젖줄이자 문명의 요람, 인류의 미래를 여는 열쇠로서 물에 경의를 바치고 있다.
태초에 물이 생겨나자 곧 생명이 잉태되었다. 그렇다면 물은 어디로부터 왔을까? 우주의 기원에 관한 가장 유력한 학설인 빅뱅이론의 대폭발 이후 우주에는 가장 흔한 원소인 수소가 생겨났다. 그리고 여러 복잡한 핵융합 과정을 거쳐 산소가 탄생했을 때, 물은 둘을 2 대 1 비율로 섞은 신선한 요리로 태어났다. 우주에서 가장 많은 수소와 세번째로 많은 산소의 결합으로 탄생한 물. 그래서 우주 도처에는 다양한 형태로 존재하는 물이 산재해 있다. 그 물의 흔적들을 통해 인류는 우주 저 너머에 있을 생명체들을 꿈꾼다. 그러나 물은 기체, 고체, 액체로 자유롭게 변환하며 순환됨에도 불구하고, 오직 액체 형태로 존재할 때에만 생명을 잉태할 수 있다. 그것이 우리 이웃 별에서 생명을 찾지 못하는 이유이다.
지구는 온통 액체 물로 뒤덮여 있다. 우리는 발을 딛고 살아가는 땅의 존재만을 인식하지만 실로 광대한 바다가 이 세계를 덮고 있기에, 사실 지구는 수구(水球)라고 불러야 마땅할지도 모른다. 바다는 생명의 시원이자 보고이며, 물의 순환 주체로 작용하며 엄청난 양의 담수를 땅 위로 보내준다. 이는 인류 생명의 젖줄임은 말할 것도 없다. 물은 곧 '흐름'을 상징한다. 태초의 대홍수가 있은 후 물이 흐르지 않았다면 생명도 없었을 것이다. 이런 점에서 '물의 순환'은 생명의 필수조건이었던 셈이다.
그렇다면 물은 단지 순환할 뿐이며, 그런 방식으로 생명에게 수분을 제공하는 것만으로 모든 역할을 다하는 것일까? 그렇지 않다. 물은 그렇게 '흐르면서' 막대한 에너지를 이동시킨다. 이 기묘한 액체는 다른 어떤 액체보다도 많은 많은 에너지를 담을 수 있다. 우리는 물을 끓이기 위해 상당한 열을 가해야 한다는 것을 경험적으로 알고 있다. 이는 물의 열용량이 크기 때문이다. 이렇게 물은 적도로부터 고위도로 고위도로부터 적도로 순환하며 열에너지를 전지구에 골고루 분배한다. 이 열순환은 세계 곳곳의 기후에 엄청난 영향을 미친다. 게다가 물은 열뿐만 아니라 수많은 물질을 용해할 수 있는 능력을 지니고 있다. 이로 인해 순수한 담수도 염분으로 가득 찬 바다도 모두 생명을 잉태할 씨앗을 가질 수 있게 된다. 만약 지구상의 물이 단지 수소와 산소의 화합물 그 자체인 증류수와 같다면 어떤 생명도 존재할 수 없었을 것이다.
물이 지닌 기묘함은 이뿐만이 아니다. 우리는 겨울이 되면 꽁꽁 언 얼음판 위에서 즐겁게 스케이트를 타기도 하고, 표면의 얼음을 깨고 한가롭게 낚시를 즐기기도 한다. 너무나도 자연스러운 풍경 같지만, 이는 물이 지닌 가장 기묘한 특성으로 인해 누릴 수 있는 혜택이다. 대부분의 액체는 고체가 될 때 밀도가 더 커진다. 만약 물도 그렇다면 얼음은 가라앉아야 하고, 더 궁극적으로 물 밑바닥부터 얼어야만 한다. 그러나 물은 그렇지 않다. 어는 점 부근에서, 좀더 정확하는 4도가 되기 전에 물은 0도일 때보다 밀도가 커진다. 즉 4도 이하의 물은 얼음보다 밀도가 크다. 따라서 얼음은 차가운 물 위를 둥둥 떠다닐 수 있는 것이다. 놀랍게도 물의 이러한 특성으로 인해 수많은 수중생물들이 한겨울에도 생명 활동을 영위할 수 있다.
또한 어는 점 밑에서 다양한 형태의 결정을 형성하는 물은 몸속에 수분을 가지고 있는 동식물들이 어떻게 추위를 이겨내는지에 대한 대답을 보여준다. 왜 식물은 죽은 듯이 꽁꽁 언 후에도 다시 살아나는지, 인간은 극한의 추위에서 왜 쉽게 동사하지 않는지, 개구리는 어떻게 죽음 같은 겨울잠을 자는지 등등.
이 모든 물의 기묘함은 '수소결합'이라는 독특한 분자구조로부터 기인한다. 저자는 이를 '산소'와 '수소'들이 서로 두 손, 두 발을 붙잡고 추는 춤으로 비유한다. 이들은 때로는 손을 놓기도 하고, 춤의 배열을 바꾸기도 하면서 극적이고 환상적인 무도회를 연출한다. 물론 물은 수소결합을 형성할 수 있는 유일한 분자가 아니다. 하지만 물처럼 모든 공간에 퍼진 연결망을 지닐 수 있는 적절한 형태를 띠고 있는 분자들은 없다. 수소결합은 액체에게는 매우 생소한 구조적 제약을 가하고, 그 결과 이런 제약은 밀도, 열용량, 열전도와 같은 물리적 성질들에 영향을 미친다. 물은 그 태생으로부터 작용에 이르기까지 우주에서 가장 기묘한 액체이다.
