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왜 엘니뇨가 발생할까?

엘니뇨는 열대 동태평양과 중태평양의 해수면 온도가 비정상적으로 높아지는 현상을 말합니다. 이 명칭은 페루 어민들이 크리스마스 무렵 어획량이 줄어드는 현상을 '아기 예수'라는 뜻의 스페인어로 부른 데서 유래했습니다. 보통 해수면 온도가 평상시보다 0.5도 이상 높은 상태가 5개월 이상 지속될 때 엘니뇨라고 정의하며, 반대로 해수면 온도가 낮아지는 현상은 라니냐라고 부릅니다. 이들은 고정된 현상이 아니라 일정한 주기를 두고 마치 진동하는 추처럼 번갈아 나타나며 지구 기후에 복합적인 영향을 미칩니다. 오랜 시간 미지로 남아있던 엘니뇨의 원인은 기상학자들의 연구를 통해 밝혀지기 시작했습니다. 영국의 길버트 워커는 태평양 양단의 기압이 시소처럼 반대로 오르내리는 '남방진동'을 발견했으며, 이후 야코브 비에크네스는 이 기압 변화가 엘니뇨와 밀접하게 연관되어 있음을 제안했습니다. 대기와 해양은 서로 독립적인 것이 아니라 상호작용하며 변화를 주고받는 결합된 시스템이라는 사실이 입증된 것입니다. 이러한 통합적 관점의 기상 현상을 우리는 'ENSO(엘니뇨-남방진동)'라고 부르며 기후 예측의 핵심 지표로 삼고 있습니다. 엘니뇨의 발생은 대기와 해양의 강한 상호작용인 '비에크네스 피드백'에 의해 가속화됩니다. 평상시 강하게 불던 무역풍이 약해지면 따뜻한 바닷물이 동쪽으로 이동하고, 이는 다시 수온약층의 깊이 변화와 해수면 온도 상승을 유발하여 무역풍을 더욱 약화시킵니다. 이러한 연쇄 반응은 전 지구적인 기류 변화를 초래하여 폭우와 가뭄, 생태계 파괴 등 심각한 자연재해를 일으킵니다. 따라서 농업과 경제 등 다양한 분야의 피해를 최소화하기 위해서는 엘니뇨와 라니냐의 발생 원리를 깊이 이해하고 정확한 예측 모델을 구축하는 노력이 필수적입니다.

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지구환경과학

📢📢신비한 곤충의 세계! 이거알면 곤충이랑 사랑에 빠질 수 밖에..! ｜심심할 땐 과학 시즌4 EP.03

과학관의 넓은 공간은 단순한 전시관을 넘어 다양한 자연 체험의 장이 되고 있습니다. 곳곳에는 캠핑을 즐기기에 적합한 캠핑 명당이 숨어 있어, 방문객들에게 새로운 경험을 선사합니다. 전파망원경 주변, 생태공원, 벚꽃길, 꽃비마을, 누리호 실물 모형 앞 잔디밭 등 각기 다른 매력을 지닌 장소들이 캠핑 명당으로 손꼽힙니다. 특히 나무 그늘과 평평한 잔디밭은 텐트를 치기에 이상적이며, 벚꽃길이나 연못 주변은 계절마다 색다른 풍경을 제공합니다. 캠핑 장소를 고를 때는 단순히 경치뿐 아니라 안전과 편의성도 고려해야 합니다. 바닥이 평평하고 그늘이 있는 곳이 좋으며, 물가에서는 곤충과 침수 위험을 주의해야 합니다. 실제로 바닷가나 강가에 너무 가까이 텐트를 치면 밀물이나 폭우로 인한 사고가 발생할 수 있습니다. 우리나라에는 다양한 국가지질공원이 있어, 캠핑과 함께 현무암, 화강암, 편마암, 규암, 석회암 등 여러 암석을 관찰할 수 있습니다. 각 지역마다 암석의 종류와 특징이 달라, 자연을 배우는 즐거움도 더해집니다. 캠핑의 묘미 중 하나는 날씨와 계절에 따라 달라지는 자연의 모습을 만끽하는 것입니다. 비 오는 날의 운치, 겨울의 설경, 여름의 청량함 등 사계절 내내 각기 다른 매력을 느낄 수 있습니다. 계절과 날씨에 따라 만나는 곤충들도 달라지는데, 특히 여름과 가을에는 모기와 같은 곤충이 자주 등장합니다. 모기는 체온이 높거나 이산화탄소를 많이 배출하는 사람을 더 잘 찾아내며, 특정 향에도 반응합니다. 모기 기피제는 곤충이 싫어하는 향을 이용해 체취를 가리거나 쫓아내는 역할을 합니다. 곤충에 대한 사람들의 반응은 다양합니다. 다리가 많거나 외골격의 느낌 때문에 거부감을 느끼는 이들도 있지만, 곤충은 생태계에서 중요한 역할을 합니다. 초파리처럼 작은 곤충도 생물학 연구에서 핵심적인 실험 동물로 활용됩니다. 초파리가 자연 발생하는 것처럼 보이지만, 실제로는 사람이나 과일에 붙어 집안으로 들어오는 경우가 많습니다. 계절에 따라 모기, 귀뚜라미, 무당거미 등 다양한 곤충을 만날 수 있으며, 기후 변화로 인해 모기의 활동 시기도 달라지고 있습니다. 캠핑장에서 곤충을 관찰하거나 채집할 때는 안전이 가장 중요합니다. 해충이나 독성이 있는 곤충도 있을 수 있으므로 함부로 만지지 않는 것이 좋습니다. 곤충 역시 방어 본능이 있으므로, 서로의 안전을 위해 주의가 필요합니다. 밤에는 곤충이 밝은 빛에 모여들기 때문에 관찰이 쉬워지지만, 인공 조명은 곤충의 생체 주기를 혼란스럽게 할 수 있습니다. 따라서 장시간 관찰이 필요할 때는 적색광을 사용하는 등 곤충과의 공존을 위한 배려가 필요합니다.

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[댓글이벤트] 😣멸종의 위기는 어디까지 갈 것인가?🔥온난화를 알기 위한 지구순환 이해하기! | 선을 넘는 과학자들

최근 몇 년간 지구의 기후 변화는 점점 더 뚜렷하게 드러나고 있습니다. 산업화 이전과 비교해 지구 평균 기온이 1.5도 상승한 해가 기록되었으며, 이는 세계기상기구와 주요 기후 연구 기관의 자료를 통해 확인되었습니다. 이러한 온도 상승은 단순한 일시적 현상이 아니라, 장기적인 지구 온난화 추세의 일부로 받아들여지고 있습니다. 특히 북극의 온도 상승이 중위도 지역의 기상 패턴에 영향을 미치면서, 우리나라를 포함한 여러 지역에서 이상 기후 현상이 빈번하게 나타나고 있습니다. 기후 변화의 과학적 근거를 마련하기 위해 전 세계 과학자들은 IPCC 보고서를 작성하고 있습니다. 이 보고서는 전 지구적 순환과 기후 변화의 양상을 종합적으로 분석한 결과물로, 우리나라를 비롯한 다양한 국가의 과학자들이 참여하고 있습니다. 기후 모델의 핵심은 모델의 발전에 있습니다. 초기에는 대기와 해양만을 포함한 GCM이 사용되었으나, 현재는 빙권, 생물권, 암석권 등 다양한 요소를 통합한 지구시스템모델(ESM)로 발전하였습니다. 이를 통해 기후 변화의 복잡한 상호작용을 보다 정밀하게 예측할 수 있게 되었습니다. 기후 모델의 발전은 노벨 물리학상 수상자들의 연구를 통해 크게 진전되었습니다. 슈쿠로 마나베 교수와 클라우스 하셀만 교수는 대기와 해양의 상호작용, 그리고 온실가스의 역할을 규명하여 기후 모델의 토대를 마련했습니다. 특히 이산화탄소와 같은 온실가스가 대기 중에 증가할 때 지표면과 대류권의 온도가 어떻게 변화하는지, 그리고 대류가 기후 시스템에 미치는 영향을 과학적으로 설명하였습니다. 이러한 연구는 기후 변화가 단순한 자연 변동이 아니라 인위적 요인에 의해 가속화되고 있음을 보여줍니다. 기후 변화는 생태계에도 심각한 영향을 미치고 있습니다. 최근 조사에 따르면 해양 생물의 대규모 폐사와 멸종 위기가 전 세계적으로 증가하고 있습니다. 또한 극한 기후 현상, 예를 들어 폭염과 산불의 빈도와 강도가 높아지고 있습니다. 온도가 상승하면 토양의 수분이 빠르게 증발하여 땅이 건조해지고, 이로 인해 산불이 발생하면 진화가 어려워지는 환경이 조성됩니다. 이러한 변화는 식량 생산에도 영향을 미쳐, 미래에는 옥수수와 쌀 등 주요 작물의 생산량이 크게 감소할 것으로 예측되고 있습니다. 기후 과학은 예측과 모델링을 통해 미래의 변화를 전망하고 있습니다. 온실가스 배출 시나리오에 따라 2100년까지의 기후 변화를 예측하는데, 각국의 정책과 사회적 노력이 반영된 SSP 시나리오가 활용되고 있습니다. 탄소중립 시나리오인 119 시나리오를 적용할 경우 온도 상승을 효과적으로 억제할 수 있지만, 이를 위해서는 사회 전체의 구조적 변화와 에너지 전환이 필수적입니다. 이러한 예측은 슈퍼컴퓨터와 같은 첨단 기술의 도움으로 더욱 정밀하게 이루어지고 있습니다.

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빙하를 시추하면 무엇을 알 수 있을까?

빙하는 단순히 얼어붙은 물 덩어리가 아니라 수백만 년에 걸친 지구의 역사를 고스란히 간직한 거대한 박물관과 같습니다. 과학자들은 이 거대한 얼음 층을 통해 과거의 환경을 분석하며 지구의 비밀을 파헤칩니다. 빙하는 전 세계 인구의 상당수가 의존하는 중요한 수자원일 뿐만 아니라, 태양광을 반사하여 지표 온도를 조절하는 핵심적인 역할을 수행합니다. 따라서 빙하의 변화를 관찰하고 연구하는 것은 인류의 생존 및 지구 생태계의 유지와 직결된 매우 중요한 과제라고 할 수 있습니다. 지구온난화로 인해 빙하가 녹기 시작하면 태양광을 반사하는 면적이 줄어들어 지표 온도가 더욱 상승하는 악순환이 발생합니다. 또한 빙하는 바닷물이 증발하여 눈으로 내린 뒤 압축되어 형성된 것이기에, 빙하의 양은 해수면 높이와 밀접한 관련이 있습니다. 빙하가 녹아 바다로 흘러 들어가면 해수면이 상승하여 해안가 생태계와 인류 거주지에 큰 위협이 됩니다. 이러한 변화를 이해하기 위해 과학자들은 현장 관찰과 인공위성 등 다양한 수단을 동원하여 빙하의 거동 원리를 심도 있게 연구하고 있습니다. 빙하의 깊은 곳에는 수천 년 전의 정보가 층층이 쌓여 있습니다. 과학자들은 남극이나 그린란드의 두꺼운 얼음층에 구멍을 뚫어 원기둥 모양의 얼음 시료인 '빙하 코어'를 채취합니다. 이 빙하 코어는 과거의 기온, 대기 성분, 화산 활동 등 지구 시스템의 변화를 보여주는 귀중한 기록물입니다. 1,000 미터 이상의 깊이에서 추출된 빙하 코어는 수십만 년 전 지구가 어떤 상태였는지, 그리고 기후가 어떻게 변해왔는지를 명확하게 보여주는 타임캡슐 역할을 하며 지구 시스템의 거동을 이해하는 핵심 자료가 됩니다. 빙하 코어 분석에서 가장 흥미로운 부분은 얼음 속에 갇힌 작은 공기 방울입니다. 눈이 쌓여 얼음이 되는 과정에서 당시의 대기가 그대로 보관되기 때문입니다. 이를 통해 과거 80만 년 동안의 이산화탄소와 메테인 농도 변화를 파악할 수 있습니다. 또한 얼음을 구성하는 수소와 산소의 동위원소 비율을 분석하면 당시의 기온을 추정할 수 있습니다. 이러한 데이터는 과거 빙하기와 간빙기의 기후 패턴을 이해하고 온실가스가 기후에 미치는 영향을 확인하는 데 필수적이며, 대기 성분과 기온 사이의 밀접한 연관성을 증명합니다. 최근 150 년 동안의 온실가스 농도 변화는 과거 80만 년의 기록과 비교했을 때 유례를 찾아볼 수 없을 정도로 급격하고 높습니다. 산업혁명 이후 이산화탄소 농도는 과거의 변동 범위를 훨씬 넘어섰으며, 이는 현재 우리가 직면한 기후 위기의 심각성을 잘 보여줍니다. 빙하 코어를 통해 얻은 과거의 기후 정보는 현재의 변화 원인을 규명하고 미래를 예측하는 나침반이 됩니다. 우리는 이를 바탕으로 지구온난화에 대비할 지속 가능한 해결책을 모색하고, 인류의 미래를 위한 보다 효과적인 기후 정책을 수립해 나가야 합니다.

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지구환경과학

올해 여름은 11월까지라고?💦 기후재난이 시작됐다💥 l 요즘과학

최근 전 세계는 기록적인 폭염과 홍수 등 유례없는 기상 이변에 직면해 있습니다. 과거에는 이를 단순히 '지구 가열화'라고 불렀으나, 이제는 인류의 생존을 위협하는 '기후 위기' 혹은 '기후 붕괴'라는 용어가 더 적절해 보입니다. 2015년 파리 협정에서 설정한 마지노선인 1.5도 상승 제한선이 이미 무너졌다는 소식은 우리에게 큰 경각심을 줍니다. 매년 경신되는 최고 기온은 이제 일시적인 현상이 아니라, 우리가 마주한 냉혹한 현실이 되었습니다. 기후는 본래 자전축의 변화나 화산 활동 같은 자연적인 요인에 의해 미세하게 변동합니다. 이를 '기후 변동'이라 하며, 엘니뇨나 라니냐처럼 일정한 주기를 가지고 회복되는 특성을 보입니다. 하지만 현재 우리가 겪는 '기후 변화'는 이러한 자연적 범위를 벗어나 평균적인 상태로 돌아오지 않는 영구적인 변화를 의미합니다. 화석 연료 사용과 대규모 산림 훼손으로 발생한 온실가스가 지구의 열을 가두면서, 자연의 자정 능력을 넘어서는 가속화가 진행되고 있습니다. 기온 상승은 단순히 날씨가 더워지는 것에 그치지 않고 지구의 물리적 구조를 변화시킵니다. 특히 극지방의 빙하가 녹으면서 태양빛을 반사하던 백색 지표면이 사라지고, 열을 흡수하는 육지와 바다가 드러나는 현상이 심각합니다. 이는 지표면 온도 상승을 유도하여 기온을 더욱 높이는 악순환을 만듭니다. 또한 영구 동토층이 녹으며 배출되는 메테인과 고대 바이러스의 부활은 인류가 이전에 경험하지 못한 새로운 형태의 재난과 질병을 예고하고 있습니다. 해빙 현상은 바다의 생태계와 순환 체계에도 치명적인 영향을 미칩니다. 녹아내린 빙하가 바다로 유입되면 염분 농도가 낮아지고 수온이 상승하여, 차갑고 무거운 해수가 심해로 가라앉는 해수 순환을 방해합니다. 전 세계 바다를 돌며 열과 염분을 조절하던 이 거대한 흐름이 멈추면, 지역별 기온 차이가 극심해지며 기후 불균형이 심화됩니다. 이는 결국 식량 부족과 주거 지역의 변화로 이어져 인류 사회의 불평등을 더욱 심화시키는 원인이 됩니다. 이제 기후 위기는 피할 수 없는 흐름이 되었으며, 단순한 대응을 넘어 새로운 환경에 적응하기 위한 노력이 절실합니다. 화석 연료 중심의 생활 방식을 근본적으로 바꾸는 것은 어렵지만, 개인의 실천과 더불어 국가적 정책 및 기술 개발에 지속적인 관심을 가져야 합니다. 기후 변화는 자연만의 문제가 아니라 우리의 사고와 삶에 깊숙이 닿아 있는 인권과 사회의 문제입니다. 미래 세대를 위해 지금 우리가 할 수 있는 최선의 선택은 위기를 직시하고 함께 행동하는 것입니다.

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녜?!😲 별별원정대가 국립해양과학관에 갔다구요? 거길 왜 가?? l 별별원정대

2025년 새해를 맞아 방문한 국립해양과학관은 바다의 신비를 탐구하고 과학적 호기심을 충족하기에 최적의 장소입니다. 이곳에서는 바닷속 염분과 수심을 직접 측정하는 실제 장비들을 통해 해양 과학의 기초를 생생하게 엿볼 수 있습니다. 특히 표층 해류와 심층 해류가 연결되는 해류 순환 과정은 지구의 기후 시스템을 유지하는 핵심적인 역할을 합니다. 밀도가 높은 물이 가라앉으며 형성되는 거대한 해류 순환은 지구 전체의 온도를 조절하며, 이러한 순환이 멈출 경우 발생할 수 있는 기후 변화의 위험성을 전시를 통해 깊이 있게 이해할 수 있습니다. 심해 탐사는 인류에게 여전히 거대한 도전 과제이며, 이를 극복하기 위한 공학적 설계의 정수가 심해 탐사선에 담겨 있습니다. 영화감독이자 탐험가인 제임스 캐머런이 타이타닉호를 목격하기 위해 좁은 구형 심해 탐사선 안에서 수 시간을 견뎌낸 일화는 심해 탐사의 고충을 잘 보여줍니다. 심해 탐사선이 구형으로 제작되는 이유는 외부의 엄청난 압력을 모든 방향에서 고르게 분산시켜 견디기 위함입니다. 우주선이 내부 기압을 유지하며 팽창을 막는 구조라면, 심해 탐사선은 외부에서 짓누르는 수압을 버텨내야 하기에 더욱 정교하고 튼튼한 설계가 요구됩니다. 해양 과학 기술은 생태계 보호를 위한 연구로도 이어지며, 울진의 특산물인 대게의 형상을 닮은 탐사 로봇 '크랩스터'는 그 대표적인 예입니다. 크랩스터는 해저 지형을 걸어 다니며 정밀한 조사를 수행할 수 있도록 설계되었습니다. 하지만 이러한 기술 발전의 이면에는 해양 쓰레기라는 심각한 환경 문제가 존재합니다. 한 번 입에 넣은 것을 잘 뱉지 못하는 바다거북의 신체 구조 때문에 플라스틱 쓰레기는 치명적인 위협이 됩니다. 우리가 무심코 버린 쓰레기가 결국 먹이사슬을 타고 인간에게 되돌아온다는 사실은 환경 보호의 시급함을 일깨워 줍니다. 바다는 생명의 요람으로서 거대한 순환을 이어가고 있으며, 전시관의 3D 수족관과 미래형 잠수함 체험은 이러한 바다의 생동감을 전달합니다. 특히 대왕고래와 같은 거대 생명체의 죽음은 생태계 내에서 새로운 시작을 의미합니다. 고래의 사체는 심해로 가라앉아 수백 년 동안 수많은 해양 생물에게 영양분을 공급하는 거대한 안식처가 됩니다. 이러한 '고래의 낙하' 현상은 바다가 단순히 물로 채워진 공간이 아니라, 모든 생명체가 유기적으로 연결되어 에너지를 주고받는 거대한 생명 공동체임을 증명하는 신비로운 사례입니다. 국립해양과학관의 하이라이트는 별도의 장비 없이도 수심 10미터 아래의 동해 바다를 직접 관찰할 수 있는 해중 전망대입니다. 이곳에서는 실제 바닷속 물고기들을 마주하며 자연의 경이로움을 느낄 수 있습니다. 다만 깊은 바다에서 급격히 상승할 때 혈액 속 기체가 기화되어 발생하는 잠수병의 원리를 통해 수압의 위력을 다시금 체감하게 됩니다. 미지의 영역인 우주와 바다는 탐구의 대상이라는 점에서 닮아 있으며, 이번 여정은 우리가 살고 있는 지구의 푸른 심장을 깊이 이해하고 미래를 준비하는 소중한 계기가 되었습니다.

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[강연] 안진호_빙하에 숨겨진 공기 방울｜제32회 서울대 자연과학 공개강연_"과학의 탐험" | 1강

빙하는 과거의 대기 성분을 고스란히 간직하고 있는 천연 타임머신입니다. 남극이나 그린란드의 거대한 얼음층 속에는 수많은 공기 방울이 갇혀 있는데, 이는 눈이 쌓여 얼음으로 변하는 과정에서 당시의 공기가 함께 봉인된 것입니다. 과학자들은 이 작은 공기 방울을 추출하여 수십만 년 전의 기온 변화와 온실가스 농도를 정밀하게 분석합니다. 이를 통해 우리는 지구가 과거에 어떤 기후 변화를 겪었는지, 그리고 현재의 온난화가 얼마나 이례적인 현상인지 이해할 수 있는 중요한 단서를 얻게 됩니다. 빙하가 형성되는 원리는 매우 흥미롭습니다. 매년 내리는 눈이 겹겹이 쌓이면 하층부의 눈은 상층부의 무게에 눌려 점차 다져지게 됩니다. 약 50~100미터 정도의 두께가 되면 눈송이 사이의 틈이 완전히 닫히며 단단한 얼음으로 변하는데, 이때 공기가 빠져나가지 못하고 방울 형태로 남게 됩니다. 이렇게 만들어진 공기 방울은 외부와 차단된 채 수만 년 이상의 시간을 견뎌냅니다. 과학자들은 특수 장비를 이용해 얼음을 깨뜨리거나 녹여 이 공기를 추출하며, 이는 과거 지구의 대기 상태를 직접 확인할 수 있는 유일한 방법입니다. 지난 80만 년 동안의 기록을 살펴보면 이산화탄소, 메테인, 아산화질소와 같은 주요 온실가스 농도는 빙하기와 간빙기의 주기적 변화와 밀접하게 연동되어 왔습니다. 따뜻한 시기에는 농도가 높았고 추운 시기에는 낮아지는 경향을 보였으나, 최근 100년 사이의 변화는 과거의 자연적인 변동 범위를 완전히 벗어났습니다. 화석 연료 사용과 농축산업의 확대로 인해 온실가스 농도가 급격히 상승한 것입니다. 이러한 급격한 변화는 지구가 수십만 년 동안 경험하지 못한 새로운 환경적 위협으로 다가오고 있으며, 기후 시스템의 불안정성을 초래하고 있습니다. 온실가스 배출이 멈춘다고 해서 기후 위기가 즉각 해결되는 것은 아닙니다. 인류가 배출한 이산화탄소의 절반 정도는 대기에 남고 나머지는 해양과 육상으로 흡수되는데, 지구 온도가 상승하면 이러한 자연의 흡수 능력이 약화될 수 있습니다. 특히 영구 동토층이 녹으면서 그 안에 갇혀 있던 유기물이 분해되어 막대한 양의 온실가스가 추가로 방출되는 '되먹임 효과'가 발생할 수 있습니다. 이는 인간의 통제를 벗어난 가속화된 온난화를 유발할 수 있으므로, 과학자들은 빙하 연구를 통해 이러한 복잡한 탄소 순환 체계를 정밀하게 모델링하고 예측하려 노력합니다. 해수면 상승은 인류가 직면한 가장 확실하고도 장기적인 미래입니다. 이산화탄소 농도가 낮아지더라도 바닷물이 데워지며 발생하는 열팽창과 거대한 빙하가 녹는 과정은 수백 년에서 수천 년에 걸쳐 서서히 진행되기 때문입니다. 남극과 그린란드의 빙하가 모두 녹는다면 해수면은 무려 60미터 이상 상승할 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다. 비록 당장 일어날 일은 아니지만, 우리가 현재 내리는 결정과 행동에 따라 해수면이 상승하는 속도와 최종적인 높이가 결정됩니다. 이는 미래 세대의 생존 환경을 결정짓는 중대한 사안입니다. 빙하 연구는 단순히 기후 변화를 추적하는 것에 그치지 않고 역사적 사건의 실마리를 제공하기도 합니다. 예를 들어 그린란드 빙하 속의 화산재 성분을 분석하면 약 1,000년 전 백두산 대폭발의 정확한 시기와 규모를 파악할 수 있습니다. 당시 화산 가스가 성층권 높이까지 도달하지 않았다는 사실을 밝혀냄으로써, 왜 그토록 거대한 폭발에도 불구하고 전 지구적인 기온 하강이 크지 않았는지에 대한 의문을 풀 수 있었습니다. 이처럼 빙하는 지구 곳곳에서 일어난 자연재해와 환경 변화의 기록을 세밀하게 저장하고 있는 거대한 도서관과 같습니다. 이제 과학자들의 시선은 더 먼 과거와 우주로 향하고 있습니다. 100만 년 이전의 기후 기록을 찾기 위해 남극의 '블루 아이스' 지역을 탐사하며, 빙하기 주기가 변하게 된 근본적인 원인을 규명하려 합니다. 또한 지구의 빙하와 영구 동토층에서 일어나는 미생물 활동과 화학 반응 연구는 화성이나 목성의 위성 유로파와 같은 외계 얼음 행성에서의 생명체 존재 가능성을 해석하는 데 중요한 기초 자료가 됩니다. 극한의 환경에서 묵묵히 연구를 이어가는 과학자들의 노력은 지구의 미래를 예측하고 인류의 지평을 우주로 넓히는 소중한 밑거름이 될 것입니다.

안진호

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지구환경과학

[강연] 이유경_툰드라 벌판에 선 과학｜제32회 서울대 자연과학 공개강연_"과학의 탐험" | 4강

북극의 스발바르 제도는 기후 변화의 영향을 가장 직접적으로 관찰할 수 있는 장소 중 하나입니다. 1920년대의 기록과 현재의 인공위성 사진을 비교해 보면 해안선을 따라 존재하던 거대한 빙하들이 급격히 사라지고 있음을 명확히 알 수 있습니다. 이러한 환경 변화는 북극 생태계의 근간을 흔들고 있으며, 얼음 위에서 물개를 사냥하던 북극곰이 먹이를 구하지 못해 새알을 먹는 등 생존 방식까지 바꾸게 만들고 있습니다. 얼음이 사라진 자리에 새로운 생물들이 어떻게 정착하고 적응하는지 연구하는 천이 과정 분석은 북극의 미래를 예측하는 중요한 지표가 됩니다. 북극에서의 연구는 단순히 지식을 탐구하는 과정을 넘어 수많은 현실적 장벽을 극복해 나가는 과정이기도 합니다. 툰드라 식생을 정밀하게 관찰하기 위해 초분광 카메라를 장착한 드론을 도입하려 했을 때, 연구팀은 보험 가입과 자격증 인정 문제라는 복잡한 행정 절차에 부딪혔습니다. 하지만 연구진은 포기하지 않고 유럽 드론 자격증을 직접 취득하고 현지 주정부를 끈질기게 설득한 끝에 연구 허가를 받아낼 수 있었습니다. 이는 길이 보이지 않는 척박한 환경에서도 연구자가 스스로 길을 만들어가야 한다는 현장 연구의 철학을 잘 보여주는 사례입니다. 드론으로 촬영한 초분광 데이터는 수백 개의 파장대를 포함하는 방대한 빅데이터로, 이를 분석하기 위해 인공지능 기술인 1D CNN 기법이 활용됩니다. 북극은 전 지구 평균보다 4배나 빠르게 온도가 상승하고 있어 식물의 생장 속도가 눈에 띄게 빨라지고 있는데, 육안으로는 모두 초록색으로 보이는 식물들도 초분광 영상을 통하면 종별로 명확히 구분할 수 있습니다. 이러한 기술적 진보는 어떤 식물이 사라지고 어떤 종이 새롭게 번성하는지를 정밀하게 파악하게 함으로써, 인공위성 데이터를 활용한 광범위한 북극 식생 변화 모니터링을 가능하게 만듭니다. 현장 연구에서는 예상치 못한 규정 변화나 자연의 위협에 유연하게 대처하는 자세가 필수적입니다. 북극곰의 위협 때문에 총기 소지가 필수적이지만, 갑작스러운 규정 변경으로 총기를 빌리지 못할 위기에 처했을 때 연구팀은 외국 과학자들에게 도움을 요청하며 돌파구를 찾았습니다. 또한 연구 지역에 북극곰이 나타나 계획을 급히 수정해야 하는 긴박한 상황 속에서도 채집 활동을 이어갔습니다. 미리 포기하지 않고 현장에서 대안을 찾아내는 끈기는 북극이라는 극한 환경에서 연구를 완수할 수 있게 하는 원동력이자 연구자가 갖춰야 할 중요한 덕목입니다. 채집된 식물들은 유전자 마커 분석을 통해 서로 다른 지역에 서식하는 개체군이 유전적으로 동일한지 확인하는 연구에 활용됩니다. 예를 들어 스발바르와 알래스카의 식물을 비교하여 유전적 차이가 크다는 것이 밝혀지면, 멸종 위기에 처한 특정 지역의 개체군을 우선적으로 보호해야 할 과학적 근거가 마련됩니다. 자연 속에서 마음의 평온을 느끼고 현장 연구에 매력을 느끼는 청소년들이라면 이러한 자연과학의 세계에 도전해 볼 가치가 충분합니다. 다산 주니어 프로그램을 통해 미래의 과학자들이 북극의 신비를 함께 풀어나가길 기대합니다.

이유경

카오스재단카오스크로스

지구환경과학

[강연] 제 32회 서울대 자연과학 공개강연_'과학의 탐험' by 안진호, 유종희, 김장수, 이유경 l 서울대학교&카오스재단

서울대학교 자연과학 공개 강연은 과학의 즐거움을 나누는 대표적인 프로그램입니다. 올해는 '과학자의 꿈과 도전, 과학의 탐험'이라는 주제로 미지의 세계를 탐구하는 과학자들의 생생한 목소리를 담았습니다. 과학은 단순히 지식을 배우는 것이 아니라, 아직 밝혀지지 않은 자연의 신비를 찾아가는 흥미진진한 여정입니다. 이번 강연은 청소년들에게 과학적 호기심을 자극하고 미래의 탐험가로 성장할 수 있는 영감을 제공합니다. 안진호 교수는 남극 빙하 속 공기방울을 통해 과거의 기후를 추적합니다. 빙하는 눈이 쌓여 만들어지며 그 사이의 공기를 가두는데, 이는 수십만 년 전의 대기 성분을 고스란히 간직한 타임머신과 같습니다. 특히 80만 년 동안의 온실가스 농도 변화를 분석함으로써 현재의 급격한 기후 변화가 인위적인 요인에 의한 것임을 입증합니다. 블루아이스 연구를 통해 100만 년 이상의 기록을 찾는 도전은 지구의 미래를 예측하는 핵심 열쇠가 됩니다. 유종희 교수는 눈에 보이지 않는 유령 입자인 중성미자를 통해 우주의 기원을 탐색합니다. 중성미자는 물질과 거의 상호작용하지 않고 우주를 통과하기 때문에, 별의 내부나 초신성 폭발의 비밀을 직접적으로 전달해 줍니다. 일본의 슈퍼카미오칸데나 남극의 아이스큐브 같은 거대 검출기는 이 미세한 신호를 포착하여 우주에 왜 반물질보다 물질이 더 많은지, 즉 우리가 존재하게 된 근본적인 이유를 밝히고자 노력하고 있습니다. 김장수 교수는 저글링이라는 유희적 활동 속에 숨겨진 수학적 질서를 소개합니다. 조합론은 이산적인 대상의 개수를 세고 구조를 파악하는 학문으로, 저글링의 공을 던지는 순서와 높이를 수열로 나타내어 분석할 수 있습니다. '사이트스왑'이라는 체계를 통해 가능한 저글링 패턴을 예측하고, 공의 개수가 수열의 평균과 같다는 사실을 증명하는 과정은 수학이 추상적인 기호를 넘어 실제 현상을 설명하는 강력한 도구임을 보여줍니다. 이유경 박사는 북극의 생태계 변화를 통해 기후 위기의 현장을 고발합니다. 다산과학기지를 중심으로 드론과 인공지능, DNA 분석 기술을 활용하여 북극 식물의 종 변화를 정밀하게 모니터링합니다. 온난화로 인해 빙하가 사라지고 북극곰의 사냥 환경이 바뀌는 현실 속에서, 과학적 탐험은 단순히 지식을 쌓는 것을 넘어 멸종 위기종을 보존하고 지구 환경을 지키기 위한 실천적인 데이터를 구축하는 숭고한 작업이 됩니다. 과학 탐험의 진정한 묘미는 세상에서 아무도 모르는 진리를 처음으로 발견하는 순간의 희열에 있습니다. 패널 대담에서 과학자들은 탐험이 항상 계획대로 흘러가지는 않지만, 그 과정에서 마주하는 의외의 발견들이 연구의 원동력이 된다고 강조했습니다. 수학적 난제를 해결했을 때의 포만감이나 극한의 환경에서 새로운 데이터를 얻었을 때의 감동은 과학자만이 누릴 수 있는 특권이며, 이는 공동 연구라는 협력을 통해 더욱 빛을 발합니다. 마지막으로 강연은 미래의 과학 꿈나무들에게 유행을 쫓기보다 자신이 진정으로 좋아하는 분야를 찾으라는 메시지를 전합니다. 입시 위주의 공부에서 벗어나 질문을 던지고 스스로 답을 찾아가는 과정이 곧 과학의 시작입니다. 실패를 두려워하지 않고 미지의 세계로 발을 내딛는 용기가 있다면, 누구나 자신만의 신대륙을 발견하는 탐험가가 될 수 있습니다. 이번 강연이 청소년들에게 과학이라는 넓은 바다로 나아가는 나침반이 되기를 기대합니다.

김장수, 안진호, 유종희, 이유경

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[인터뷰] 안진호_빙하에 숨겨진 공기 방울｜제32회 서울대 자연과학 공개강연_"과학의 탐험"

서울대학교 지구환경과학부 안진호 교수는 빙하와 온실가스를 통해 지구의 과거와 현재를 연구합니다. 남극과 그린란드의 빙하, 동토의 얼음, 심지어 도심의 공기까지 분석하며 온실가스의 이동 경로를 추적합니다. 특히 빙하 속 공기방울은 눈이 쌓일 당시의 대기 성분을 그대로 간직한 타임캡슐과 같습니다. 연구진은 이 공기를 추출해 과거의 온실가스 농도 변화를 분석함으로써 기후 변화의 원인과 메커니즘을 밝혀내고 있습니다. 2018-19 시즌 남극 라센 빙원 탐사에서는 푸른 빛을 띠는 고대 빙하를 시추했습니다. 이곳은 깊은 곳의 빙하가 표면으로 노출된 지역으로, 약 만 년에서 이만 년 전의 기록을 담고 있습니다. 연구진은 빙하기에서 간빙기로 넘어가는 시기의 기온 상승 폭을 측정하고, 빙하 표층에서 온실가스가 새롭게 생성되는 원인을 분석했습니다. 이러한 현장 연구는 과거의 기후 시스템을 복원하고 미래 변화를 예측하는 데 필수적인 기초 자료가 됩니다. 최근 연구에서는 빙하 내부에서 일어나는 예상치 못한 화학 반응을 발견했습니다. 얼음 속 온실가스가 햇빛이나 자외선의 영향으로 생성되거나 소멸하는 현상을 포착한 것입니다. 이러한 발견은 단순히 지구의 과거를 아는 것을 넘어, 얼음으로 이루어진 외계 행성에서 일어나는 현상을 해석하는 실마리가 됩니다. 연구팀은 실험실에서 이를 재현하며 우주 과학으로 연구 지평을 넓히고 있으며, 이는 미래의 새로운 탐험 영역이 될 것입니다. 남극과 북극의 빙하는 지형적 특성에 따라 큰 차이를 보입니다. 대륙인 남극은 적설량이 적어 최대 80만 년 이상의 오래된 빙하가 보존되어 있지만, 바다 위 그린란드의 빙하는 상대적으로 젊고 먼지가 많습니다. 남극 빙하의 약 10%는 압축된 공기방울로 이루어져 있어, 얼음이 녹을 때 고압의 공기가 톡톡 터져 나오는 독특한 현상을 관찰할 수 있습니다. 이러한 물리적 특성은 빙하가 단순한 얼음 덩어리가 아닌 살아있는 기록임을 보여줍니다. 극지 탐험은 영하 50도에 달하는 극한의 환경과 싸우는 과정입니다. 철저한 계획을 세워도 기상 조건에 따라 현장에서 유연하게 대처해야 하며, 이러한 의외성이 오히려 새로운 발견의 기회가 되기도 합니다. 미래의 과학자를 꿈꾸는 학생들에게는 특정 분야에 매몰되기보다 물리, 화학, 인문학 등 다양한 학문을 융합하는 사고의 폭이 필요합니다. 자신이 즐거워하는 일을 찾아 끊임없이 탐구할 때 비로소 창의적인 영감을 얻을 수 있기 때문입니다.

안진호

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[댓글 이벤트] ❄️북극에 생긴 거대한 갯벌?!🦀 고장난 심장, 북극의 경고🚨 Part.1 l 선을 넘는 과학자들

기상전문기자는 단순히 날씨를 전달하는 역할을 넘어 기후 변화의 최전선을 기록하고 과학적으로 분석하는 임무를 수행합니다. 2년 전 북극 스발바르 제도로 떠난 여정은 우리가 막연하게 상상하던 북극의 모습이 얼마나 빠르게 무너지고 있는지를 확인하는 과정이었습니다. 흔히 북극 하면 떠올리는 신비로운 오로라나 밤하늘의 별빛 대신, 현장에서 마주한 것은 24시간 해가 지지 않는 백야와 예상치 못한 이상 고온 현상이었습니다. 재난의 현장을 누비며 과학자들의 목소리를 대중에게 전달하는 기자의 시선으로 본 북극은 더 이상 얼음의 땅이 아닌, 지구의 기후 시스템이 고장 났음을 알리는 위태로운 경고등과 같았습니다. 북극의 여름은 상상 이상으로 뜨거웠습니다. 한낮 기온이 20도에 육박하면서 북극곰들은 열탈진을 피해 그늘로 숨어들었고, 취재진은 곰 대신 그들의 발자국만을 확인해야 했습니다. 에메랄드빛 빙하가 가득할 것이라는 기대와 달리, 녹아내린 빙하가 산 위의 흙을 쓸고 내려오면서 바다는 온통 흙탕물로 변해 있었습니다. 맑고 투명한 얼음의 세계가 진흙과 암석이 뒤섞인 거친 현장으로 변모한 모습은 기후 변화가 이론이 아닌 현실임을 여실히 보여주었습니다. 이러한 급격한 변화는 북극의 생태계뿐만 아니라 지구 전체를 시원하게 유지해주던 냉각 장치가 제 기능을 잃어가고 있음을 시사합니다. 더욱 충격적인 장면은 빙하가 사라진 자리에 서해안과 같은 갯벌이 형성된 모습이었습니다. 북위 78도의 고위도 지역임에도 불구하고, 녹아내린 땅에 물웅덩이가 생기자 과거에는 볼 수 없었던 모기떼가 기승을 부리기 시작했습니다. 연구자들조차 처음 보는 광경이라며 당혹감을 감추지 못할 정도로 북극의 온난화는 가속화되고 있습니다. 빙하가 녹아 해수면 상승 속도가 과거에 비해 두 배나 빨라졌으며, 이는 단순한 자연현상을 넘어 인류의 생존을 위협하는 거대한 변화의 시작임을 알리고 있었습니다. 갯벌로 변해버린 북극의 풍경은 우리가 알던 지구의 모습이 영원하지 않을 수 있다는 공포를 안겨줍니다. 땅 밑의 변화는 더욱 심각합니다. 2년 이상 얼어붙어 있어야 할 영구동토층이 녹으면서 지면 위에 지어진 건물들이 지진을 맞은 듯 무너져 내리고 있습니다. 과거에는 땅속이 천연 냉장고 역할을 하여 시신이 부패하지 않을 정도였으나, 이제는 녹아내린 땅 때문에 관이 휩쓸려 내려가는 비극적인 상황이 발생하고 있습니다. 영구동토층은 더 이상 '영구'하지 않게 되었으며, 주민들은 삶의 터전을 잃고 다른 지역으로 이주를 고민하는 기후 난민의 처지에 놓였습니다. 이는 북극 주민들만의 문제가 아니라, 지구를 지탱하는 지지 기반 자체가 흔들리고 있다는 강력한 경고이며 우리가 직면한 실존적 위기입니다. 한 번 찌그러진 캔을 원래대로 매끈하게 펼 수 없듯이, 기후 시스템 역시 임계점을 넘으면 다시는 과거로 돌아갈 수 없는 비가역적인 상태가 됩니다. 지금 북극에서 벌어지는 일들은 단순히 얼음이 녹는 수준을 넘어, 지구 전체의 기후 궤도를 되돌릴 수 없는 방향으로 틀어버리고 있습니다. 우리가 어떤 노력을 하더라도 한 번 무너진 균형을 회복하기는 매우 어렵다는 과학자들의 진단은 무겁게 다가옵니다. 북극 취재를 통해 목격한 고장 난 지구의 심장은 인류에게 주어진 시간이 얼마 남지 않았음을 보여줍니다. 지금의 변화를 멈추지 못한다면, 우리가 맞이할 미래는 이전과는 전혀 다른 모습이 될 것입니다.

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[댓글 이벤트] ☀️폭염과 ☔폭우, 이젠 정말 위기다!! 고장난 심장, 북극의 경고🚨 Part.2 l 선을 넘는 과학자들

2024년은 '뉴노멀'이라 불리는 기상이변이 일상이 된 한 해였습니다. 특히 올여름은 북태평양 고기압과 티베트 고기압이 중첩되며 거대한 열돔을 형성해 한반도를 뜨겁게 달궜습니다. 전국 평균 폭염 일수는 30.1일에 달했으며, 제주도는 두 달 넘게 폭염이 이어지기도 했습니다. 밤사이 기온이 떨어지지 않는 열대야 현상 또한 역대 최고치를 경신하며 많은 시민이 밤잠을 설치는 힘겨운 여름을 보냈습니다. 지난 50년간 우리나라의 평균 기온은 약 1도 상승했습니다. 수치상으로는 작아 보이지만, 그 이면의 변화는 매우 뚜렷합니다. 1970년대에 비해 최근 10년 동안 폭염 일수는 두 배 가까이 늘어났고, 열대야 일수는 두 배 이상 급증했습니다. 이는 도시화로 인해 콘크리트가 열을 품는 현상과 맞물려 더욱 심화되고 있습니다. 이제 뜨거운 여름은 특정 세대에게는 피할 수 없는 당연한 일상이 되어버린 안타까운 현실입니다. 기온 상승은 단순히 더위에 그치지 않고 기록적인 폭우로 이어집니다. 올해 7월 군산 어청도에서는 시간당 146mm라는 기상 관측 사상 유례없는 극한 강수량이 기록되었습니다. 이는 2022년 강남 침수 당시보다도 강력한 수준으로, 마치 하늘에 구멍이 난 듯한 위력을 보여주었습니다. 매년 경신되는 극한 강수 기록은 이제 기상 장비의 고장을 의심할 정도로 상상을 초월하며, 우리 사회의 재난 대응 체계에 새로운 과제를 던지고 있습니다. 이러한 기상이변의 근본적인 원인 중 하나로 바다의 변화가 지목됩니다. 적도에서 올라오는 뜨거운 쿠로시오 해류가 지난 30년간 약 187km 북상했다는 사실이 밝혀졌습니다. 이로 인해 제주 해상의 수온이 34도까지 치솟으며 양식장 물고기가 폐사하는 등 해양 생태계가 파괴되고 있습니다. 뜨거워진 바다는 막대한 수증기를 공급하며 한반도의 폭염과 폭우를 더욱 강화하는 거대한 에너지원이 되고 있습니다. "올여름이 남은 인생 중 가장 시원한 여름일 것"이라는 말은 이제 농담이 아닌 현실적인 경고로 다가옵니다. 지구의 자전 궤도 변화와 같은 천문학적 변수가 없는 한, 길어지는 여름과 극한 기후는 우리가 받아들여야 할 새로운 기준점이 되었습니다. 지구 끓음의 시대에 살고 있는 지금, 일시적인 현상에 일희일비하기보다는 기후 변화라는 거대한 흐름에 맞서 우리의 일상을 어떻게 지켜낼지 진지하게 고민해야 할 시점입니다.

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[댓글 이벤트] 사라져가는 우리나라의 사계절🌸☀️🍁❄️ 고장난 심장, 북극의 경고🚨 Part.3 l 선을 넘는 과학자들

과거 우리나라는 사계절이 뚜렷한 아름다운 금수강산으로 불렸으나, 최근의 기후는 사시사철 재난이 끊이지 않는 모습으로 변모하고 있습니다. 봄에는 황사와 미세먼지가 기승을 부리고, 여름에는 기록적인 폭염과 장마가 이어지며, 겨울에는 북극 한파가 몰아치는 극단적인 날씨가 일상이 되었습니다. 이러한 급격한 변화는 한반도의 기상 지도를 완전히 바꾸어 놓았으며, 우리가 알던 평온한 계절의 흐름은 이제 자조 섞인 농담의 소재가 될 정도로 예측 불가능해졌습니다. 세계기상기구(WMO)와 여러 연구 기관은 올해 지구 온난화의 마지노선으로 여겨지는 1.5℃ 방어선이 붕괴될 것이라는 충격적인 전망을 내놓았습니다. NASA와 유럽연합(EU) 코페르니쿠스 기후변화 서비스 등 주요 기관의 데이터를 분석해 보면, 이미 올해 평균 기온이 1.5℃를 넘어선 것으로 나타납니다. 1.5℃ 온난화는 인류의 생존을 보장하기 위해 2015년 파리 협정에서 약속한 최후의 보루입니다. 당초 2030년대에 도달할 것으로 예상되었던 이 수치가 훨씬 앞당겨지면서, 우리는 기후 파국의 위협이 실재하는 역사적인 시점을 지나고 있습니다. 우리가 살아가는 시대의 온도는 태어난 세대에 따라 확연히 다른 모습을 보입니다. 1950년대 베이비부머 세대가 상대적으로 추운 지구에서 성장하며 경제 발전을 일구었다면, 2010년대 이후의 알파 세대는 타오르듯 붉게 달아오른 지구에서 삶을 시작하고 있습니다. 이러한 세대 간의 경험 차이는 기후 변화를 체감하는 온도 차이로 이어지기도 합니다. 누군가에게는 따뜻한 겨울이 난방비를 아끼는 기회일 수 있지만, 생태계 전체의 관점에서 겨울은 반드시 추워야만 균형을 유지할 수 있다는 사실을 잊어서는 안 됩니다. IPCC의 자료에 따르면 현재의 어린 세대가 70세가 되었을 때 맞이할 기후는 기성세대가 겪었던 것보다 훨씬 위험한 수준이 될 것으로 예측됩니다. 탄소 배출 시나리오에 따라 미래의 모습은 극명하게 갈리는데, 저탄소 정책을 유지할 경우 세기말에도 기온 상승을 2℃ 이내로 억제할 수 있습니다. 반면 고탄소 시나리오가 현실화되면 기온이 6℃ 이상 상승하며 산호초의 멸종과 해수면 상승 등 돌이킬 수 없는 재난이 닥칠 것입니다. 이는 단순한 예측을 넘어 우리가 어떤 선택을 하느냐에 따른 생존의 문제입니다. 기후 위기는 더 이상 먼 미래의 이야기가 아니라 현재 우리가 직면한 가장 시급한 과제입니다. 다행히 기후 모델링 시나리오는 우리에게 여전히 상황을 바꿀 수 있는 선택권과 희망이 남아 있음을 시사합니다. 개인의 실천부터 기업의 변화, 그리고 정부의 강력한 정책적 결단이 즉시 실행되어야만 지속 가능하고 안전한 미래를 보장받을 수 있습니다. 지금 이 순간의 행동이 미래 세대가 살아갈 지구의 온도를 결정한다는 책임감을 느끼고, 우리 모두가 기후 위기 대응에 적극적으로 동참해야 할 때입니다.

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우리 아이👧와 안성맞춤 🥼과학체험! #국립어린이과학관 에서 놀자!ㅣ싸돌이가 간다

국립어린이과학관은 아이들의 호기심과 상상력을 자극하는 다양한 체험 공간으로 가득합니다. 바닥에 설치된 피아노를 밟으면 소리가 나는 신기한 전시물부터 시작해, 아이들은 직접 몸으로 과학의 원리를 경험할 수 있습니다. 소리가 나는 원리에 대해 배우며, 악기마다 떨림이 다르기 때문에 다양한 소리가 만들어진다는 사실을 알게 됩니다. 이러한 체험은 아이들이 과학을 자연스럽게 받아들이고, 놀이를 통해 학습할 수 있는 기회를 제공합니다. 과학관에는 시각적 착시를 경험할 수 있는 전시물도 마련되어 있습니다. 빙글빙글 돌아가는 장치를 직접 돌려보며 어지러움을 느끼는 과정에서, 눈으로 본 것과 뇌가 인식하는 것이 다를 수 있다는 착시 현상의 원리를 배웁니다. 이러한 체험은 오감을 활용하여 과학적 사고를 확장시키는 데 큰 도움이 됩니다. 아이들은 단순히 전시물을 보는 것에 그치지 않고, 직접 체험하며 과학적 호기심을 키워나갑니다. 최근 심각해진 기후위기와 지구 환경 변화에 대한 전시도 아이들의 관심을 끕니다. 온도가 1도, 1.5도, 2도, 4도씩 올라갈 때 지구에 어떤 변화가 생기는지 시각적으로 보여주는 전시물을 통해, 작은 온도 변화가 지구 전체에 미치는 영향을 쉽게 이해할 수 있습니다. 또한 갯벌 체험에서는 모래를 파면 다양한 생물들이 등장하는 등, 자연의 신비로움과 생태계의 소중함을 직접 느낄 수 있습니다. 과학관에서는 아이들이 직접 그림을 그리고, 그 그림이 플로팅 홀로그램을 통해 입체적으로 나타나는 신기한 경험도 할 수 있습니다. 자신이 그린 딱따구리가 살아 움직이는 듯한 모습을 보며, 과학과 예술이 결합된 새로운 기술을 체험합니다. 또한, UV 라이트를 이용해 진짜 돈과 가짜 돈을 구별하는 실험을 통해, 우리가 일상에서 사용하는 물건에도 숨겨진 과학적 원리가 있음을 배웁니다. 놀이와 배움이 결합된 어린이 전용 과학 놀이터에서는 로봇과의 다양한 상호작용도 가능합니다. 로봇이 축구를 하거나 팔굽혀펴기를 하는 모습을 보며, 아이들은 로봇 기술의 발전과 그 원리를 자연스럽게 익힙니다. 비눗방울 실험에서는 표면장력의 원리를 직접 체험하며, 물리학적 현상이 일상 속에서 어떻게 나타나는지 깨닫게 됩니다. 국립어린이과학관은 하루로는 다 둘러보기 어려울 만큼 다양한 체험과 배움의 기회를 제공하는 곳입니다.

국립과천과학관💙싸돌이💙

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우리가 태어나고 살아가는 온 세상을 연구하다! 계속해서 변하는 지구🌎를 탐색하는 지구프로파일러!?🚨 | 2024 가족동반 진로탐색

지구과학은 우리가 발을 딛고 서 있는 땅부터 깊은 바다, 우리를 감싸는 대기, 그리고 저 멀리 우주까지 연구하는 광범위한 학문입니다. 지질학, 해양학, 대기과학, 천문학으로 나뉘는 이 분야는 단순히 지구의 현재 모습만을 관찰하는 데 그치지 않습니다. 빙하 속에 갇힌 고대의 공기를 분석해 과거의 기후를 복원하고, 이를 바탕으로 인류가 마주할 미래의 환경을 예측하기도 합니다. 즉, 지구과학은 지구의 과거와 현재, 미래를 관통하며 우리가 살아가는 세상의 작동 원리를 과학적으로 풀어내는 여정이라고 할 수 있습니다. 최근 지구과학 분야에서 가장 주목받는 화두는 기후 변화와 자연재해입니다. 대기과학자와 해양학자들은 슈퍼컴퓨터와 인공지능을 활용해 지구의 건강 상태를 진단하는 의사 역할을 수행하며, 지질학자들은 과거의 흔적을 추적하는 수사관이 되어 기온 변화에 따른 생태계의 반응을 연구합니다. 또한 지진이나 화산, 집중호우와 같은 재난으로부터 인류의 안전을 지키기 위해 지구의 변화를 실시간으로 모니터링하고 예방책을 마련합니다. 이러한 연구는 우리가 지구라는 행성과 지속 가능한 공존을 이어가기 위해 반드시 필요한 과정입니다. 지구과학의 무대는 이제 지구를 넘어 광활한 우주로 확장되고 있습니다. 과거에는 지구로 떨어진 운석을 연구하는 데 머물렀다면, 이제는 직접 탐사선을 보내 달이나 화성, 금성, 그리고 목성과 토성의 위성들을 탐사하는 시대가 열렸습니다. 지구에서 암석과 지형을 연구하던 방식은 다른 행성의 지질 구조를 파악하고 생명체의 흔적을 찾는 데 그대로 적용됩니다. 우리가 우주로 나아갈수록 지구를 연구하며 쌓아온 지식은 외계 행성의 환경을 이해하고 인류의 새로운 터전을 모색하는 데 결정적인 힌트를 제공할 것입니다. 지구과학자의 길은 연구실에만 국한되지 않습니다. 암석학자나 대기과학자 같은 전문 연구원 외에도 과학의 즐거움을 전하는 과학 커뮤니케이터, 정확한 정보를 전달하는 기자, 상상력을 발휘하는 SF 작가나 일러스트레이터 등 다양한 직업군이 존재합니다. 이들에게 공통적으로 요구되는 역량은 끊임없는 호기심과 세밀한 관찰력, 그리고 거대한 시공간을 상상하는 창의력입니다. 무엇보다 지식의 경계를 넓히는 과정에서 필요한 인내심과 연구 결과에 대한 정직함은, 지구라는 거대한 퍼즐을 올바르게 맞춰나가기 위한 과학자의 가장 중요한 덕목입니다. 지구과학에 관심 있는 청소년이라면 학교 동아리 활동이나 전문 연구 기관의 견학 프로그램을 적극적으로 활용해 보는 것이 좋습니다. 북극 다산과학기지를 직접 방문하는 체험이나 천체 관측 축제, 국제 지구과학 올림피아드와 같은 대회는 교과서 밖의 생생한 과학을 경험할 소중한 기회가 됩니다. 또한 지질공원을 방문해 자연의 역사를 직접 확인하거나 관련 다큐멘터리와 도서를 접하며 시야를 넓히는 것도 큰 도움이 됩니다. 내가 좋아하는 분야를 탐구하고 이를 다양한 관심사와 융합하려는 시도가 미래의 멋진 지구과학자로 성장하는 밑거름이 될 것입니다.

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과거의 데이터를 기반으로 미래의 변화를 예측하다!✅ 심화되는 기후위기🌪에 '기후변화 대응 전문가'의 등장⁉ | 2024 가족동반 진로탐색

기후과학은 매일의 날씨 변화를 넘어, 약 30년 동안의 기상 데이터를 평균하여 분석하는 학문입니다. 단순히 대기의 움직임만을 살피는 것이 아니라 물리, 수학, 해양, 화학, 생물 등 다양한 기초 학문을 융합하여 지구의 환경을 연구합니다. 특히 과거의 방대한 데이터를 바탕으로 미래의 기후 변화를 예측하는 것이 이 분야의 핵심적인 역할입니다. 기후과학은 우리가 발을 딛고 있는 지구의 어제와 오늘을 연결하여 내일을 준비하는 학문적 토대를 제공하며, 인류의 생존과 직결된 중요한 정보를 생산합니다. 최근 기후과학 분야에서 가장 주목받는 화두는 단연 지구 온난화와 그로 인한 이상 기후 현상입니다. 대기 분야에서는 탄소 배출과 오존층 파괴가 주요 이슈이며, 해양 분야에서는 이산화탄소 증가에 따른 해양 산성화와 빙하 해빙으로 인한 해수면 상승 문제가 심각하게 다뤄지고 있습니다. 이러한 변화는 단순히 환경 문제에 그치지 않고 해양 생태계의 멸종 위기로까지 이어지고 있습니다. 기후과학자들은 대기, 해양, 빙권이라는 세 가지 큰 틀 안에서 유기적으로 연결된 지구 시스템의 변화를 추적하며 위기 해결을 위한 실마리를 찾고 있습니다. 기후과학 전공자들의 진로는 연구원이나 교수에 국한되지 않고 점차 넓어지고 있습니다. 기상캐스터, 기상장교, 과학기자와 같은 전문직은 물론, 미래에는 기후 변화 대응 전문가라는 새로운 직업군이 각광받을 전망입니다. 기후 변화는 농업, 어업의 생산성뿐만 아니라 경제와 제조업 전반에 막대한 영향을 미치기 때문입니다. 따라서 데이터를 수집하고 분석하여 변화에 대응하는 역량은 정부 기관과 민간 기업 모두에서 필수적인 요소가 될 것입니다. 지구 환경을 사랑하는 마음을 바탕으로 미래를 설계하는 다양한 직업적 기회가 열려 있습니다. 기후과학자에게 필요한 핵심 역량 중 하나는 의외로 문해력과 스토리텔링 능력입니다. 과학자의 최종 결과물은 논문이며, 복잡한 데이터를 논리적인 글로 풀어내는 과정이 필수적이기 때문입니다. 또한 방대한 양의 과거 데이터를 선별하고 처리하기 위한 컴퓨팅 능력과 모델 시뮬레이션 분석 능력도 매우 중요합니다. 이과적인 지식에만 매몰되지 않고 인문학적 소양을 갖추어 연구 결과를 효과적으로 전달하는 능력이 요구됩니다. 더불어 자신이 하는 일이 후손에게 아름다운 지구를 전해 주는 가치 있는 일이라는 사명감은 연구를 지속하는 큰 원동력이 됩니다. 기후과학을 꿈꾸는 청소년들이라면 우선 우리 주변의 사계절과 자연환경을 아끼고 사랑하는 마음을 갖는 것이 중요합니다. 학문적으로는 수학과 물리가 큰 도움이 되며, 데이터 해석을 위한 통계학적 기초를 다지는 것도 추천합니다. 독서를 통해 전문 지식과 문해력을 동시에 쌓는 것도 좋은 방법인데, 빙하 연구나 기후 예측 시나리오를 다룬 서적들이 큰 영감을 줄 수 있습니다. 과학 전문 책방이나 체험 프로그램을 통해 현장의 목소리를 듣고 직접 경험해 보는 활동은 미래의 기후과학자로서 나아갈 방향을 설정하는 소중한 나침반이 될 것입니다.

국립과천과학관과학강연👨‍🏫

지구환경과학
융합

[인터뷰] 황윤정_탄소 중립을 실현하는 고체 촉매 연구｜제31회 서울대 자연과학 공개강연_"세상을 바꾼 과학, 과학이 여는 미래"

산업 혁명 이후 인류는 탄소를 기반으로 한 에너지를 사용하여 비약적인 발전을 이루었습니다. 대량 생산 체제가 구축되면서 인류의 생활 방식은 근본적으로 변화했고, 우리가 현재 누리고 있는 모든 편리한 기술과 화학 제품들은 탄소 기반 에너지로부터 시작되었다고 해도 과언이 아닙니다. 하지만 이러한 발전의 이면에는 이산화탄소 배출량 증가라는 부작용이 뒤따랐습니다. 공기 중 이산화탄소 농도가 높아지며 발생한 온실 효과는 지구 온난화와 기후 변화라는 인류 공동의 과제를 안겨주었으며, 이제 과학자들은 이를 해결하기 위한 적극적인 연구에 매진하고 있습니다. 이산화탄소를 다시 유용한 자원으로 되돌리기 위해서는 화학 결합을 끊고 새로운 결합을 형성하는 과정이 필요합니다. 이 과정에서 투입되는 에너지를 낮추어 반응을 효율적으로 만드는 핵심 소재가 바로 촉매입니다. 특히 전기화학적 전환 기술을 활용하면 필요한 전력 소모를 획기적으로 줄이면서도 짧은 시간 안에 더 많은 화합물을 생산할 수 있습니다. 이는 자연 상태에서 수백만 년이 걸리는 탄소 순환 과정을 실험실과 산업 현장에서 실시간으로 구현하는 기술로, 탄소 중립 실현을 위한 가장 중요한 과학적 도구 중 하나로 평가받고 있습니다. 전기화학적 전환 기술을 통해 이산화탄소는 일산화탄소, 에틸렌, 에탄올과 같은 고부가가치 화합물로 재탄생합니다. 일산화탄소는 플라스틱이나 각종 연료를 합성하는 필수적인 산업 원료로 쓰이며, 에틸렌은 중합 과정을 거쳐 우리 일상에서 흔히 볼 수 있는 폴리에틸렌 제품의 기초가 됩니다. 또한 용매나 청정 연료로 활용되는 에탄올 역시 이 과정을 통해 얻을 수 있습니다. 이러한 기술적 진보는 단순히 오염 물질을 처리하는 수준을 넘어, 버려지는 탄소를 지속 가능한 자원으로 탈바꿈시켜 새로운 경제적 가치를 창출하는 데 기여합니다. 기초 과학 연구는 종종 실험실 안의 탐구에 머무는 것처럼 보이지만, 생각보다 훨씬 빠르게 세상을 바꾸는 동력이 됩니다. 2023년 노벨 화학상을 받은 양자점 연구가 대표적인 사례입니다. 입자의 크기에 따라 다른 색을 내는 이 나노 소재는 초기 연구 단계를 지나 오늘날 디스플레이와 의료 분야 등에서 널리 상용화되었습니다. 이처럼 새로운 물질을 합성하고 그 특성을 밝혀내는 과정은 인류가 이전에는 경험하지 못했던 기술적 진보를 가능하게 합니다. 과학적 발견이 산업화로 이어지는 속도는 점차 빨라지고 있으며, 이는 곧 우리가 마주하는 미래의 모습이 됩니다. 미래의 과학 기술은 단순히 편리함을 추구하는 것을 넘어 지속 가능한 사회를 만드는 데 책임을 다해야 합니다. 이를 위해 미래를 꿈꾸는 학생들은 과학적 지식뿐만 아니라 자신의 논리를 타인과 공유하고 소통하는 능력을 갖추어야 합니다. 글쓰기와 예술적 감각은 자신의 연구를 효과적으로 전달하고 창의적인 사고를 확장하는 데 필수적인 요소입니다. 이과와 문과라는 이분법적 사고에서 벗어나 다양한 분야를 경험하고 융합할 때, 비로소 인류가 직면한 복합적인 문제들을 해결하고 세상을 긍정적으로 변화시키는 진정한 과학자로 성장할 수 있습니다.

황윤정

카오스재단서울대자연과학공개강연

화학

[강연] 탄소 중립을 위한 화학의 도전_by황윤정 l 31회 서울대 자연과학 공개강연_"세상을 바꾼 과학, 과학이 여는 미래" | 3강

지속 가능한 사회란 과학 기술의 발전이 가져온 편리함과 그로 인한 부작용 사이의 균형을 찾는 과정에서 시작됩니다. 특히 기후 변화는 인류가 직면한 가장 시급한 과제로, 이를 해결하기 위해 '탄소 중립'이라는 개념이 등장했습니다. 이는 배출되는 이산화탄소의 양과 흡수 및 제거되는 양을 같게 하여 실질적인 배출량을 '0'으로 만드는 상태를 의미합니다. 단순히 탄소를 멀리하는 것이 아니라, 발생한 탄소를 어떻게 다시 활용하고 순환시킬 것인지에 대한 과학적 책임감이 요구되는 시점입니다. 1890년대 물리화학자 아레니우스는 대기 중 이산화탄소가 지표면 온도에 미치는 영향을 처음으로 논문화했습니다. 당시에는 온실효과가 식량 증산에 도움이 되는 축복으로 여겨졌으나, 산업화 이후 화석 연료 사용이 급증하며 상황은 반전되었습니다. 지난 150년간 이산화탄소 농도와 지표면 온도의 급격한 상승 사이의 상관관계가 명확히 입증되었고, 이는 더 이상 자연 현상이 아닌 인류의 활동에 의한 결과임이 확인되었습니다. 이제 적당함을 넘어선 탄소는 인류의 생존을 위협하는 재앙으로 다가오고 있습니다. 한국은 세계 10위권 안에 드는 탄소 배출국으로, 산업 구조상 철강, 석유화학, 반도체 등 에너지 집약적 산업이 경제를 이끌고 있습니다. 이러한 구조에서 무조건적인 탄소 감축은 경제 성장에 큰 타격을 줄 수 있기에, 각 산업 특성에 맞는 전략적인 중립 기술 개발이 필수적입니다. 단순히 에너지를 절약하는 차원을 넘어, 화석 연료를 대체할 재생 에너지를 도입하고 기존 공정을 혁신하는 10대 핵심 기술 선정이 이루어진 이유도 여기에 있습니다. 경제와 환경이라는 두 마리 토끼를 잡기 위한 과학적 도전이 시작된 것입니다. 재생 에너지 분야에서는 태양광과 수소가 핵심적인 역할을 합니다. 특히 한국 연구진이 강점을 가진 페로브스카이트 태양전지는 기존 실리콘 태양전지보다 높은 효율을 목표로 하며, 유연하고 가벼운 특성을 활용해 건물 외벽 등 다양한 곳에 적용될 수 있습니다. 또한 물을 분해하여 수소를 얻는 수전해 기술은 이산화탄소 배출이 없는 청정 에너지 순환 구조를 완성하는 열쇠입니다. 비싼 백금 촉매를 대체할 저렴하고 효율적인 소재를 개발하려는 노력은 에너지 저장과 활용의 패러다임을 바꾸고 있습니다. 탄소 중립의 실질적인 완성은 이미 배출된 탄소를 포집하고 활용하는 CCUS 기술에 달려 있습니다. 이산화탄소를 단순히 저장하는 것에 그치지 않고, 이를 원료로 삼아 플라스틱, 시멘트, 혹은 연료로 전환하는 기술은 탄소 순환 사회의 핵심입니다. 현재는 경제성이나 기술적 난이도 면에서 초기 단계에 머물러 있지만, 2050년까지 전 세계 감축량의 상당 부분을 담당할 것으로 기대됩니다. 공기 중의 기체를 잡아 고부가가치 화합물로 바꾸는 이 연금술 같은 과정은 화학이 인류에게 선사할 새로운 미래입니다. 과학의 역사는 수많은 실패와 도전 끝에 얻어진 결과물입니다. 20세기 초 인류의 식량 문제를 해결한 암모니아 합성법인 하버-보슈법이 대표적인 사례입니다. 당시 많은 과학자가 재현 실패와 폭발 사고 등의 위험으로 연구를 포기했으나, 끝까지 수천 번의 촉매 탐색을 멈추지 않았던 끈기가 오늘날의 풍요를 만들었습니다. 탄소 중립 역시 지금은 불가능해 보이는 난제일 수 있지만, 과거의 사례처럼 데이터가 쌓이고 기술적 돌파구가 마련된다면 인류는 다시 한번 위기를 기회로 바꿀 수 있을 것입니다. 미래의 지구를 구하는 일은 특정 분야의 노력만으로는 불가능하며, 과학적 원리에 기반한 사회적 합의와 지속적인 관심이 필요합니다. 인공 광합성 장치를 통해 식물처럼 에너지를 생산하고, 버려지는 탄소를 자원으로 되돌리는 기술은 더 이상 공상 과학의 영역이 아닙니다. 화학자들은 주기율표 속 원소들을 조합하며 지구의 온도를 낮출 최적의 답을 찾아가고 있습니다. 이러한 과학적 도전이 지속 가능한 사회를 만드는 든든한 뿌리가 되어, 다음 세대에게 더욱 건강하고 풍요로운 지구를 물려줄 수 있기를 기대합니다.

황윤정

카오스재단서울대자연과학공개강연

화학

[연구뭐하지?] 최첨단 기술의 집약체, 위성자료로 보는 원격탐사 기상학_이상무 교수 | 서울대학교 “위성기상 실험실”

위성기상학은 인공위성이 관측한 자료를 기상 및 기후 과학에 활용하는 학문으로, 현대 지구과학의 핵심적인 분야입니다. 이 학문은 크게 세 가지 세부 영역으로 나뉘는데, 첫째는 빛이 매질에 반응하여 위성에 도달하는 물리적 과정을 연구하는 복사 전달 분야입니다. 둘째는 관측된 빛에너지를 유의미한 지구환경 변수로 복원하는 원격 탐사 분야이며, 마지막으로 이렇게 얻어진 변수들을 분석하여 실제 기상 현상을 파악하는 응용 분야가 존재합니다. 이러한 체계적인 접근을 통해 우리는 직접 가보기 어려운 지구 곳곳의 상태를 정밀하게 진단할 수 있습니다. 최근 위성기상학 연구는 강수량, 북극 해빙의 변화, 해수면 바람장과 같은 핵심적인 지구환경 변수를 정밀하게 복원하는 데 집중하고 있습니다. 특히 복사 전달 모델은 지표나 대기에서 방출된 빛이 위성에 도달하는 과정을 이해하는 핵심 도구로 활용됩니다. 이를 통해 대기의 온도와 습도를 파악하는 알고리즘을 개발하고 검증하며, 전 지구적인 에너지 순환과 수문학적 순환을 분석합니다. 이러한 연구 데이터는 기후 변화의 시그널을 조기에 포착하고 미래의 환경 변화를 예측하는 데 필수적인 기초 자료를 제공하는 역할을 합니다. 인공위성은 24시간 내내 지구 궤도를 돌며 방대한 데이터를 수집하며, 이는 현대 기상 서비스의 중추적인 역할을 담당합니다. 우리가 매일 아침 확인하는 일기 예보는 물론, 태풍이나 홍수 같은 자연재해를 예방하고 인류의 생명을 보호하는 데 위성 자료가 결정적으로 기여하고 있습니다. 또한 장기간 축적된 위성 데이터는 단순한 기상 현상을 넘어 지구 온난화와 같은 거시적인 기후 변화의 흐름을 과학적으로 증명해 줍니다. 최첨단 기술의 집약체인 위성 자료는 이제 세상을 바라보고 이해하는 새로운 눈이 되어주고 있습니다. 지구는 물리, 화학, 생명 요소가 복합적으로 얽혀 있는 유기적인 시스템이기에 위성기상학은 다양한 학문과의 협업이 필수적입니다. 해양학에서는 해수면 바람장의 세기를 통해 대기와 해양 사이의 에너지 및 물질 교환을 연구하며, 지질학이나 국방, 통신 분야에서도 위성 자료를 활발히 활용하고 있습니다. 따라서 연구자는 자신의 전공 분야에만 매몰되지 않고 수학, 물리학, 사회과학 등 인접 학문에 대한 폭폭한 관심을 가져야 합니다. 이러한 융합적 사고와 타 분야와의 공감 능력은 복잡한 지구 환경 문제를 해결하는 중요한 열쇠가 됩니다. 위성기상학 연구를 위해서는 학부 과정에서 수학과 물리학 같은 기초 과학 지식을 탄탄히 쌓는 것이 무엇보다 중요합니다. 복잡한 물리 법칙과 방대한 계산량을 다루어야 하기에, 이론적 토대가 견고할수록 대학원 과정에서 깊이 있는 연구와 창의적인 아이디어 도출이 가능해집니다. 무엇보다 중요한 것은 새로운 지식을 습득하려는 의지와 복잡한 수식을 두려워하지 않는 마음가짐입니다. '하지 않는 것이지 하지 못하는 것이 아니다'라는 신념으로 꾸준히 노력한다면, 데이터 너머에 숨겨진 지구의 진리를 발견하는 값진 성취감을 맛볼 수 있을 것입니다.

이상무

카오스재단연구뭐하지

지구환경과학

[강연] 전염병에 맞서온 과학_by안광석 l 제 31회 서울대 자연과학 공개강연_"세상을 바꾼 과학, 과학이 여는 미래" | 2강

바이러스는 크게 급성 감염과 만성 감염으로 나뉩니다. 코로나19나 독감 같은 급성 감염은 백신과 치료제로 어느 정도 통제가 가능하며, 중증으로 진행되지 않는다면 결국 회복의 길로 들어섭니다. 반면 만성 감염 바이러스는 한 번 감염되면 평생을 인체와 함께하며 끊임없이 다양한 질병을 유발하기에 치료가 매우 까다롭습니다. 현대 과학의 궁극적인 목표 중 하나는 이러한 만성 감염 바이러스까지도 우리가 완전히 통제할 수 있는 새로운 시대를 여는 것입니다. 인류 역사에서 전염병은 단순한 질병 이상의 역할을 하며 역사의 흐름을 바꾸는 결정적인 변수가 되어왔습니다. 나폴레옹이 황열병으로 인해 루이지애나 땅을 미국에 헐값에 팔 수밖에 없었던 사건이나, 말라리아 치료제 개발 이후에야 아프리카 식민지화가 가속화된 사례가 대표적입니다. 이처럼 눈에 보이지 않는 미생물은 전쟁의 승패를 가르고 국가의 지형도를 바꾸는 등 인류 문명사에 거대한 흔적을 남겼으며, 때로는 제국의 몰락을 불러오기도 했습니다. 과학적 사고가 정립되기 전 인류는 전염병 앞에서 무력했습니다. 하지만 1848년 런던의 존 스노는 콜레라 사망자들의 거주지를 분석하여 오염된 물 펌프가 원인임을 밝혀냈고, 이는 현대 역학의 시초가 되었습니다. 이후 코흐가 콜레라균을 실제로 발견하며 질병의 원인이 미생물임을 입증했습니다. 이러한 체계적인 분석과 발견은 전염병의 공포로부터 인류를 구원하는 과학적 대처 방식의 기틀을 마련해주었으며, 보이지 않는 적과의 싸움에서 승기를 잡는 계기가 되었습니다. 현대 의학이 전염병과 싸워 이길 수 있게 된 데에는 세 명의 선구적인 과학자의 공로가 큽니다. 백신의 아버지라 불리는 제너, 모든 질병이 미생물에 의해 발생함을 밝힌 파스퇴르, 그리고 방부 위생법을 고안한 리스터가 그 주인공입니다. 이들의 발견 덕분에 인류의 평균 수명은 비약적으로 늘어났으며, 과거 사망 원인 1위를 차지하던 감염병들은 이제 현대 과학의 관리 영역 안으로 들어오게 되었습니다. 이는 과학이 인류의 생존에 기여한 가장 위대한 성과 중 하나입니다. 백신 제조 기술은 유정란을 이용한 전통적인 방식에서 생명공학의 발전과 함께 mRNA 플랫폼 기술로 진화했습니다. 과거에는 바이러스 사체를 직접 활용해야 했기에 위험성과 생산 속도의 한계가 있었으나, 이제는 항원 정보만을 담은 유전자를 주입하여 안전하고 신속하게 백신을 생산할 수 있습니다. 이러한 기술적 진보는 생산 공정을 표준화하고 병원체의 종류에 상관없이 공통적으로 적용할 수 있게 함으로써, 향후 발생할 새로운 팬데믹 상황에서 인류가 더욱 빠르게 대응할 수 있는 강력한 무기가 될 것입니다. 앞으로 팬데믹은 더욱 자주 발생할 것으로 예측되는데, 이는 기후 변화와 생태계 파괴로 인한 인수공통 감염병의 증가 때문입니다. 지구 온난화로 모기의 서식지가 넓어지고 인간과 동물의 접촉 빈도가 높아지면서, 동물의 몸속에 있던 바이러스가 인간에게 넘어올 기회가 많아졌습니다. 이는 단순히 운의 문제가 아니라 우리가 직면한 환경적 위협이며, 과학자들은 이를 '회색 코뿔소'처럼 충분히 예견된 위기로 인식하고 철저한 기초 연구를 통해 다음 위기를 대비해야 합니다. 미래의 과학자들은 변이 바이러스에도 대응할 수 있는 범용 백신과 감염 경로를 차단하는 점막 백신 개발에 힘써야 합니다. 하지만 기술적 성취보다 중요한 것은 세상을 바라보는 넓은 시야와 도전 정신입니다. '코이'라는 물고기가 환경에 따라 크기가 달라지듯, 우리도 독서와 여행을 통해 생각의 크기를 키워야 합니다. 과학은 단순히 질병을 치료하는 도구를 넘어, 인류와 미생물이 조화롭게 공존할 수 있는 지혜로운 길을 찾는 끊임없는 탐구의 과정이기 때문입니다.

안광석

카오스재단서울대자연과학공개강연

생명과학

[연구뭐하지?] 인류에 보탬이 되는 화학, 신재생 에너지 연구_임종우 교수 | 서울대학교 “에너지 및 재료 분석화학 연구실”

서울대학교 화학부 임종우 교수 연구실은 인류가 직면한 에너지 위기와 기후 변화라는 거대한 과제를 화학적 방법론으로 해결하고자 노력하고 있습니다. 리튬 이온 배터리를 비롯해 전고체 전지와 리튬 금속 배터리 등 더 안전하고 효율적인 차세대 에너지 저장 장치를 연구하며, 깨끗한 수소 생산을 위한 촉매 기술과 이산화탄소 저감 및 전환 기술까지 폭넓게 다룹니다. 이러한 연구는 단순히 기술 개발에 그치지 않고 지속 가능한 지구를 위한 근본적인 해답을 찾는 과정이라 할 수 있습니다. 연구의 핵심은 배터리 내부에서 일어나는 미시적인 변화를 실시간으로 관찰하고 이를 이론적으로 정립하는 데 있습니다. 방사광 가속기를 활용해 양극재 내에서 리튬 이온이 어떻게 이동하고 확산되는지 이미징 기법으로 포착하며, 얻어진 데이터를 바탕으로 복잡한 미분방정식을 풀어내어 동력학적인 상전이 과정을 수식화합니다. 실험과 이론의 긴밀한 결합을 통해 배터리의 열화 원인을 규명하고 성능을 극대화할 수 있는 최적의 경로를 제시하는 것이 주요 목표입니다. 에너지 연구에 투신하게 된 계기는 대학 시절 해외 교환 학생 경험에서 비롯되었습니다. 당시 환경과 에너지 문제에 대해 끊임없이 고뇌하던 동료들과 교류하며, 이 분야가 인류의 미래를 결정지을 핵심 과제임을 깨달았습니다. 비록 당시에는 에너지 문제에 대한 사회적 관심이 지금처럼 높지 않았으나, 누군가는 반드시 해결해야 할 일이라는 사명감을 느꼈습니다. 자신의 인생을 걸고 인류 사회에 실질적인 보탬이 되겠다는 순수한 열정이 현재 연구의 든든한 뿌리가 되었습니다. 최근 이차전지 산업은 비약적인 성장을 거듭하고 있지만, 기술적 완성도를 높이는 과정은 매우 복잡하고 정교한 과학적 접근을 요구합니다. 원자 단위의 동력학부터 수조 개의 입자가 모인 배터리 셀 전체의 현상까지, 다양한 스케일에서 발생하는 상호작용을 체계적으로 이해해야 하기 때문입니다. 연구실은 산업계와 긴밀히 소통하며 기초 과학의 원리가 실제 산업 현장의 난제를 해결하는 시너지를 창출하고 있습니다. 이는 단순한 용량 증설을 넘어 배터리 기술의 근본적인 진보를 이끄는 동력이 됩니다. 연구실의 또 다른 강점은 경계를 허무는 협업과 글로벌 네트워크에 있습니다. 물리, 생명과학, 공학 등 다양한 배경을 가진 연구원들이 모여 각자의 전문성을 공유하며, 해외 유수의 연구소와 적극적인 공동 연구를 수행합니다. 언어의 장벽을 넘어 세계적인 연구 시설을 활용하고 치열한 토론을 거치는 과정은 국익에도 기여하는 소중한 자산이 됩니다. 밤을 새우는 고단한 연구 과정 끝에 마침내 자연의 섭리를 이해하고 진실을 확인했을 때 느끼는 성취감은 연구자들을 움직이는 가장 큰 보람입니다.

임종우

카오스재단연구뭐하지

화학

[연구뭐하지?] 지구를 구하는 사람들_박록진 교수 | 서울대학교 "대기화학모델링 연구실"

대기 화학 모델링 연구는 인간 활동이 지구 환경에 미치는 영향을 과학적으로 규명하는 중요한 학문입니다. 자동차 배기가스나 이산화탄소 배출과 같은 인간의 활동이 대기 조성을 어떻게 변화시키고, 이것이 다시 기후 변화와 같은 형태로 우리에게 어떤 영향을 주는지 탐구합니다. 연구자들은 대기 오염과 기후 위기라는 전 지구적 문제를 해결하기 위한 정책적 방향성을 제시하며, 지구를 구한다는 사명감을 가지고 연구에 임하고 있습니다. 이 연구실의 핵심 도구는 '대기 화학 모델링'입니다. 대기 중에서 일어나는 복잡한 물리·화학적 현상들을 컴퓨터 언어로 구현하여 가상의 환경에서 실험을 진행하는 방식입니다. 대기 화학 모델링은 연구자가 원하는 조건에 맞춰 무한한 가상 실험을 가능하게 한다는 점에서 매우 매력적입니다. 학생들은 이를 통해 위성 및 지상 관측 자료와 모델 데이터를 능숙하게 다루는 법을 익히며, 실제 대기 현상을 정교하게 재현해내는 전문가로 성장하게 됩니다. 대기 과학은 자연을 대상으로 하는 자연과학인 동시에, 방대한 데이터를 다루는 데이터 사이언스이자 인간에 대한 이해가 필요한 종합 과학입니다. 대기에는 국경이 없기 때문에 특정 지역에 한정된 연구가 아니라 전 세계 학자들과의 긴밀한 협업이 필수적입니다. 공기의 흐름은 끊임없이 순환하며 지구 전체를 연결하므로, 대기 과학은 지역적인 한계를 넘어선 국제적인 학문으로서의 성격을 강하게 띠고 있습니다. 구체적인 연구 주제로는 메탄과 이산화탄소의 배출 및 흡수 기작 규명이 있습니다. 특히 메탄은 기후 변화와 오존 생성에 중요한 역할을 하지만, 정확한 발생원과 배출량을 파악하기 어려운 미지의 영역이 많습니다. 연구자들은 자신이 계산한 배출량을 모델에 적용했을 때 실제 관측값과 일치하는 순간 큰 성취감을 느낍니다. 탄소 중립과 넷제로가 화두인 시대에 이러한 연구는 지속 가능한 미래를 위한 핵심적인 동력이 됩니다. 대학원 과정은 단순히 지식을 습득하는 단계를 넘어 독창적인 연구자로 거듭나는 통과의례입니다. 학생들은 선배들과 중첩되지 않는 자신만의 고유한 연구 주제를 개척하며 세계적인 전문가로 성장할 기회를 얻습니다. 또한, 연구실 내 '먼네(Monthly Nature)'와 같은 문화를 통해 최신 학술 동향을 공유하고 사회적 이슈에도 관심을 가집니다. 이는 자연과학이 우리 삶과 밀접하게 연결되어 있음을 깨닫고 더 나은 사회를 만드는 데 기여하기 위함입니다.

박록진

카오스재단연구뭐하지

지구환경과학

[연구뭐하지?] 해양 환경에서 성공적으로 생존하기? 미생물 입장에서 생각해보기_황청연 교수 | 서울대학교 "미생물해양학 연구실"

해양 생태계에서 미생물은 전체 생물량의 약 3분의 2를 차지할 정도로 압도적인 비중을 차지하고 있습니다. 이들은 눈에 보이지 않을 만큼 작지만, 해양의 먹이망을 유지하고 지구의 물질 순환을 조절하는 핵심적인 역할을 수행합니다. 특히 탄소 순환 과정에 깊이 관여하여 지구 온난화와 기후 변화를 예측하는 데 중요한 지표가 됩니다. 미생물 해양학은 이러한 미생물들의 종 다양성을 이해하고, 이들이 환경과 어떻게 상호작용하며 생태적 기능을 수행하는지 탐구하는 학문입니다. 최근 미생물 해양학 연구는 단순히 존재를 확인하는 수준을 넘어, 새로운 미생물을 분리 배양하고 유전체 분석을 통해 이들의 환경 적응 기작을 밝히는 데 집중하고 있습니다. 특히 동식물 플랑크톤부터 남극의 물범에 이르기까지 다양한 해양 생물과 공생하는 미생물에 대한 연구가 활발히 진행 중입니다. 이러한 공생 미생물들은 숙주 생물의 생존과 건강에 밀접한 영향을 미치며, 이는 곧 해양 생태계 전체의 건강성과 직결됩니다. 미생물이라는 미시적인 세계가 지구라는 거시적인 시스템에 미치는 영향력을 연구하는 것이 이 분야의 큰 매력입니다. 연구의 시작은 생생한 현장에서 이루어집니다. 연구자들은 동해, 서해, 남해는 물론이고 남극과 같은 극한의 환경까지 직접 찾아가 시료를 채집합니다. 연안의 갯벌에서 가슴 장화를 신고 진흙에 빠져가며 퇴적물을 채취하거나, 배를 타고 먼바다로 나가 해수를 길어 올리는 과정은 고되지만 필수적인 작업입니다. 현장에서 즉시 수온과 염분 등 환경 데이터를 측정하고, 미세한 구멍이 뚫린 필터지를 이용해 해수 속의 박테리아와 바이러스를 걸러내는 작업은 정밀한 분석을 위한 기초가 됩니다. 이러한 현장 활동은 실험실 안에서는 결코 얻을 수 없는 귀중한 데이터의 원천이 됩니다. 기술의 발달은 미생물 해양학 연구의 지평을 넓혀주고 있습니다. 과거에는 거대한 장비가 필요했던 유전체 분석이 이제는 휴대용 분석 장비를 통해 현장에서도 가능해졌습니다. 또한 대형 연구선을 이용한 대양 및 극지 탐사에서는 전 세계의 다양한 전문가들이 모여 공동 연구를 수행합니다. 몇 주 동안 선상에서 함께 생활하며 서로의 연구 분야를 공유하고 새로운 주제를 발굴하는 과정은 학문적 성장을 도모하는 소중한 기회가 됩니다. 이러한 협력은 복잡한 해양 생태계를 다각도에서 이해하고, 인류가 직면한 환경 문제에 대한 공동의 해답을 찾는 데 기여합니다. 훌륭한 미생물 해양학자가 되기 위해서는 미생물의 입장에서 세상을 바라보는 풍부한 상상력이 필요합니다. 자원이 제한된 척박한 해양 환경에서 미생물이 살아남기 위해 어떤 생존 전략을 세웠을지 고민하는 과정이 중요하기 때문입니다. 또한 반복되는 실험의 실패에도 좌절하지 않는 끈기와 섬세함, 그리고 지적 호기심을 행동으로 옮기는 실천력이 요구됩니다. 현장과 실험실을 오가며 얻은 직관적인 이해는 연구를 더욱 풍성하게 만들며, 작은 미생물을 통해 지구 전체를 이해하려는 열정은 미래 해양 과학을 이끄는 원동력이 됩니다.

황청연

카오스재단연구뭐하지

생명과학

해양쓰레기로 고통받는 바다를 지켜라🙅‍♀️ 물의 행성, 지구에서 🌊바다란?!ㅣ사이다_저자강연

지구는 종종 '물의 행성'이라고 불립니다. 이는 지구 표면의 약 71%가 바다로 덮여 있기 때문입니다. 우주에서 바라본 지구는 푸른 대리석처럼 보이며, 이 아름다운 색채는 바로 바다에서 비롯됩니다. 그러나 북극과 남극에서 바라보는 지구의 모습은 조금 다릅니다. 북반구에서는 바다와 육지의 비율이 6대 4 정도로 나타나지만, 남반구에서는 바다가 80%를 차지할 정도로 훨씬 더 넓게 분포합니다. 이러한 바다와 육지의 비율 차이는 각 지역의 기후에도 큰 영향을 미치며, 지구의 다양한 환경을 만들어냅니다. 바다의 부피는 약 10억 세제곱 킬로미터에 달하지만, 이는 고정된 수치가 아닙니다. 빙상, 즉 대륙 위의 거대한 얼음이 녹거나 얼음 형태로 남아 있는지에 따라 바다의 부피는 지속적으로 변합니다. 최근에는 기후 위기로 인해 빙상이 빠르게 녹아 바다로 유입되는 물의 양이 증가하고 있습니다. 바다의 평균 깊이는 약 3,700미터로, 우리가 사는 육지의 평균 고도보다 4.5배나 깊습니다. 바다 밑에도 산과 골짜기가 존재하며, 그 중 가장 깊은 마리아나 해구는 11킬로미터에 달합니다. 해류는 바닷물이 움직이는 현상으로, 주로 바람의 힘에 의해 표층 약 1킬로미터 깊이까지 영향을 받습니다. 해류는 적도와 극지방에서 각각 따뜻한 물과 차가운 물이 흐르며, 전 세계적으로 다양한 방향으로 움직입니다. 이러한 해류의 움직임은 바다에 고리 모양의 순환을 만들어내고, 이 순환의 중심부에는 바닷물이 정체되어 쓰레기가 모이게 됩니다. 이른바 '쓰레기 섬'은 우리나라 면적의 7배가 넘는 크기로, 해양 생물들에게 큰 고통을 주고 있습니다. 특히 플라스틱 쓰레기는 바다 생태계에 심각한 위협이 되고 있어, 플라스틱 사용을 줄이는 노력이 절실합니다. 바다의 깊은 곳, 즉 심해에서도 바닷물의 흐름은 존재합니다. 이를 심층 순환이라고 하며, 주로 밀도의 차이에 의해 발생합니다. 바닷물의 밀도는 수온과 염분에 의해 결정되며, 밀도가 큰 곳에서는 바닷물이 아래로 가라앉고, 밀도가 낮은 곳에서는 위로 떠오릅니다. 이러한 심층 순환은 북대서양에서 시작되어 남극과 태평양을 거쳐 지구 전체를 순환하는 거대한 컨베이어 벨트와 같습니다. 이 순환은 지구의 기후에 큰 영향을 미치며, 만약 균형이 깨진다면 전 지구적으로 기후 이상 현상이 발생할 수 있습니다. 바다는 복잡하면서도 서로 긴밀하게 연결된 시스템입니다. 해류와 심층 순환, 그리고 인간의 활동이 모두 바다와 지구 환경에 영향을 주고 있습니다. 우리가 바다를 소중히 여기고 보호해야 하는 이유는 단순히 환경 문제를 넘어서, 지구 전체의 건강과 미래와도 직결되어 있기 때문입니다. 바다를 지키기 위한 작은 실천이 모여 큰 변화를 만들 수 있습니다. 바다에 대해 더 많은 호기심을 갖고, 우리가 할 수 있는 일들을 고민해보는 것이 중요합니다.

국립과천과학관책📖저자강연

물리학
지구환경과학

10년 안에 인간은 멸종한다!?😟 싸돌이와 함께 🍀탄소C그널🍀을 관람하세요!ㅣ과학관에 산다

기획 전시실에 들어서면 평범해 보이는 우유곽이 눈에 띕니다. 하지만 이 우유곽은 단순한 전시 소품이 아니라, 전시가 끝난 후에도 해체하여 재활용할 수 있도록 설계된 친환경적 요소입니다. 전시 폐기물을 최소화하려는 의도가 담겨 있어, 지속 가능한 전시의 새로운 방향을 제시합니다. 이러한 세심한 준비는 관람객들에게 환경 보호의 중요성을 자연스럽게 전달합니다. 전시장 내부로 들어가면 거울로 둘러싸인 공간이 펼쳐집니다. 이곳에서는 탄소의 다양한 동소체와 그 응용에 대해 소개합니다. 흑연처럼 익숙한 탄소부터, 머리카락보다 얇은 두께로 만들어진 신소재, 플로렌과 탄소 나노튜브까지, 탄소가 우리 생활 속에서 얼마나 다양하게 활용되는지 알 수 있습니다. 이 신소재들은 강도와 경량성을 동시에 지녀, 미래 산업에서 중요한 역할을 하고 있습니다. 다음 전시 공간에서는 지구에 존재하는 모든 생명체와 물질에 탄소가 포함되어 있음을 보여줍니다. 거미의 외골격인 키틴질에도 탄소가 들어 있으며, 이는 자연계에서 탄소가 얼마나 널리 분포되어 있는지를 상기시켜 줍니다. 또한, 롤링볼을 통해 탄소 순환 시스템의 원리를 시각적으로 표현합니다. 산업혁명 이후 이산화탄소 배출이 급증하면서 탄소 순환이 위기를 맞았다는 점도 강조됩니다. 이어지는 공간에서는 지난 120년간의 지구 평균 기온 변화를 시각적으로 확인할 수 있습니다. 줄무늬로 표현된 온도 변화는 1990년대 이후 뚜렷하게 빨갛게 변하는 모습을 보여줍니다. 이는 지구 온난화가 점점 심각해지고 있음을 상징적으로 드러냅니다. 이러한 데이터는 기후 변화의 현실을 직관적으로 이해할 수 있게 해줍니다. 마지막으로, 고래와 돌고래의 골격을 통해 바다에서의 탄소 저장 역할을 소개합니다. 대왕고래 한 마리는 33톤의 이산화탄소를 저장할 수 있으며, 죽어서 심해로 가라앉을 때 이산화탄소가 해저에 저장됩니다. 이러한 역할 때문에 고래는 '블루 카본'으로 불리며, 해양 생태계가 탄소 중립에 기여하는 중요한 존재임을 알 수 있습니다. 출구로 향하는 좁은 길은 탄소와 동행하는 길이 어렵지만, 희망을 잃지 말아야 한다는 메시지를 전합니다.

국립과천과학관💙싸돌이💙

화학
생명과학
지구환경과학
융합

도시의 미래 유전, 버려지는 👉플라스틱👈을 분해해 다시 연료로!!🤷ㅣ2023 미래 과학 트렌드 출간기념 강연

플라스틱은 현대 사회에서 없어서는 안 될 소재로 자리 잡았습니다. 그 기원은 1869년 셀룰로이드라는 이름으로 처음 등장했으며, 상아 당구공을 대체하기 위해 개발되었습니다. 비록 당구공 대체에는 실패했지만, 이후 다양한 플라스틱 제품의 시초가 되었습니다. 1909년에는 최초의 합성 플라스틱인 베이클라이트가 개발되면서 플라스틱의 활용 범위가 크게 확장되었습니다. 플라스틱이라는 이름 자체가 라틴어에서 유래했듯이, 열을 가하면 다양한 형태로 성형이 가능해 일상생활 곳곳에서 널리 사용되고 있습니다. 플라스틱의 편리함과 저렴한 생산 비용은 우리 생활을 풍요롭게 했지만, 동시에 심각한 환경 문제를 야기하고 있습니다. 2019년 기준으로 플라스틱의 재활용률은 9%에 불과하며, 나머지는 소각, 매립 또는 무단 폐기되어 해양 오염의 주범이 되고 있습니다. 특히 바다로 흘러 들어간 플라스틱 쓰레기는 태평양에 거대한 쓰레기 섬을 형성하고 있습니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 생분해성 플라스틱이나 플라스틱을 원래 자원으로 되돌리는 다양한 기술들이 개발되고 있습니다. 플라스틱의 기본 구조는 탄소 원자가 사슬처럼 연결된 고분자 형태입니다. 석유 역시 탄소 원자가 결합된 화합물로, 플라스틱과 석유는 기본적으로 같은 원료에서 출발합니다. 석유에서 플라스틱이 만들어지듯, 플라스틱을 분해하면 다시 석유로 되돌릴 수 있다는 점이 주목받고 있습니다. 이러한 열분해 기술은 오랜 시간 연구되어 왔으며, 최근 들어 상용화 단계에 접어들었습니다. 애니메이션 '미래소년 코난'에서도 플라스틱을 분해해 석유로 만드는 상상력이 등장할 만큼, 플라스틱의 재활용 가능성은 오래전부터 주목받아 왔습니다. 실제로 플라스틱을 열분해하면 다양한 부산물이 발생하지만, 정제 과정을 거치면 연료뿐만 아니라 새로운 플라스틱의 원료로도 활용할 수 있습니다. 이는 플라스틱이 미래 도시의 새로운 유전이 될 수 있다는 가능성을 보여줍니다. 플라스틱 열분해 기술이 환경 문제 해결의 대안으로 떠오르고 있지만, 아직 생산 단가가 높고 대량 생산에는 한계가 있습니다. 따라서 당분간은 플라스틱의 재활용률을 높이고, 사용량을 줄이는 것이 현실적인 해결책입니다. 탄소의 순환 시스템이 깨지면서 기후 변화와 같은 문제도 심화되고 있기 때문에, 플라스틱 문제는 단순한 쓰레기 처리 이상의 의미를 갖습니다. 앞으로도 다양한 기술 개발과 함께, 일상에서의 실천이 병행되어야 할 것입니다.

국립과천과학관책📖저자강연

화학
지구환경과학
융합

기후변화☀️에 대응하기 위해 우리는 어떤 노력을 해야 하는가?!ㅣ2023 미래 과학 트렌드 출간기념 강연

기후 위기라는 용어는 단순한 기후 변화와는 구분되어 사용됩니다. 기후란 30년 이상의 장기적인 평균 상태를 의미하며, 단기간의 날씨 변화와는 다릅니다. 날씨는 수시로 변하는 것이 자연스러운 현상이지만, 기후가 변화한다는 것은 오랜 시간에 걸쳐 평균적인 상태가 달라지는 것이므로 훨씬 중대한 문제로 인식됩니다. 이러한 기후 변화가 인간의 활동에 의해 발생할 때 우리는 이를 기후 위기라고 부릅니다. 최근에는 법적으로도 기후 위기라는 용어가 사용되며, 탄소중립과 같은 대응책이 마련되고 있습니다. 기후 위기의 주요 원인은 온실가스 배출에 있습니다. 이산화탄소, 메탄, 아산화질소 등이 대표적인 온실가스이며, 이 중 이산화탄소가 가장 큰 비중을 차지합니다. 온실가스는 대기, 바다, 토양, 식물 등 다양한 지구 시스템에서 순환하며, 인간의 화석연료 사용이 이 균형을 깨뜨리고 있습니다. 특히 화석연료를 태우면서 배출되는 이산화탄소는 자연적으로 흡수될 수 있는 양을 초과하여 대기 중에 축적되고, 이는 지구 온난화와 기후 시스템의 붕괴로 이어집니다. 기후 시스템은 대기뿐 아니라 바다, 땅, 생태계, 얼음권, 심지어 천문학적 요인까지 복잡하게 얽혀 있습니다. 각 요소들은 서로 영향을 주고받으며, 시스템 전체의 균형이 무너질 때 기후 위기가 심화됩니다. 예를 들어, 숲이 파괴되면 이산화탄소 흡수 능력이 감소하고, 바다가 따뜻해지면 이산화탄소를 덜 흡수하게 됩니다. 국제사회는 기후 위기에 대응하기 위해 다양한 협약과 정책을 마련해왔습니다. 1992년 리우 회의에서 기후변화협약이 채택된 이후, 1995년부터 당사국 총회가 개최되고, 2005년 교토의정서가 발효되었습니다. 교토의정서는 선진국에 더 큰 감축 의무를 부여했으나, 국가 간 책임 분담 문제로 갈등이 있었습니다. 이후 2015년 파리협정에서는 모든 국가가 각자의 상황에 맞는 감축 목표를 설정하도록 하여, 보다 포괄적인 대응 체계를 마련하였습니다. 과학적 연구와 국제 보고서는 기후 위기의 심각성을 점점 더 명확히 하고 있습니다. IPCC 보고서들은 지구 평균기온 상승과 해수면 상승, 그리고 이 변화의 주된 원인이 인간 활동임을 반복적으로 강조해왔습니다. 최근 보고서에서는 이미 1.1도 가까이 온도가 상승했으며, 그중 대부분이 인간에 의한 것임이 밝혀졌습니다. 이에 따라 각국은 2050년 탄소중립 달성을 목표로 정책을 추진하고 있으며, 우리나라도 이에 동참하고 있습니다.

국립과천과학관책📖저자강연

화학
지구환경과학

[인터뷰] 정충원 _ 역사책 읽듯 유전자로 알아보는 인류의 역사 | 2022 '진화가 필요한 순간'

집단유전학은 유전자 변이를 분석하여 인류의 진화적 과거와 역사를 탐구하는 학문입니다. 생명체가 죽으면 세포와 DNA가 분해되지만, 운 좋게 남아있는 미세한 DNA 조각들을 정밀하게 추출하고 해독하면 고대인의 유전체 전체를 복원할 수 있습니다. 이러한 고유전체학 연구를 통해 우리는 역사책 속의 흉노와 같은 북방 유목민족들이 어떻게 기원했고, 시간이 흐르며 주변 집단과 어떻게 혼합되며 자신들만의 독특한 역사를 형성했는지 과학적으로 재구성할 수 있게 되었습니다. 현대인의 유전자 변이 분석을 통해 외모를 추론하는 연구가 활발히 진행되고 있지만, 과거로 거슬러 올라갈수록 그 난도는 높아집니다. 얼굴 형태에 영향을 주는 유전적 메커니즘을 우리가 아직 완벽히 이해하지 못하고 있으며, 고대인은 현대인과 사뭇 다른 유전적 기반을 가졌을 가능성이 크기 때문입니다. 다만 피부색이나 머리카락 색처럼 환경에 적응하며 발현된 특정 형질들은 집단별로 고유한 특성을 보여주기도 하며, 이를 통해 과거 인류의 단편적인 모습들을 조심스럽게 그려볼 수 있습니다. 인류의 역사는 끊임없는 이동과 혼합의 과정이었습니다. 과거 수렵채집인 조상들은 좁은 지역에 고립되어 살았기에 집단 간 유전적 차이가 매우 컸으나, 시간이 흐르며 유전적 교류가 활발해졌습니다. 흥미로운 점은 겉으로 보이는 외형적 혼합의 정도보다 실제 유전자 풀 전체의 혼합이 적게 나타나는 경우도 있다는 사실입니다. 이는 단순히 눈에 보이는 변화만으로 인류의 복잡한 유전적 흐름을 모두 판단하기는 어려우며, 유전체 전반에 걸친 정밀한 분석이 뒷받침되어야 함을 시사합니다. 급격한 기후 변화와 새로운 팬데믹의 발생은 인류의 미래 유전적 구조에도 영향을 미칠 수 있습니다. 온도와 습도의 변화가 과거처럼 극적인 생물학적 변이를 즉각 유발하지는 않더라도, 생활 습관이나 사회 구조의 변화를 통해 인류가 환경에 적응하는 방식에 차이를 만들 것입니다. 당장은 큰 변화를 체감하기 어려울지 모르나, 수십 년 혹은 수백 년의 시간이 흐른 뒤의 인류는 현재와는 또 다른 유전적, 문화적 특징을 지닌 집단으로 진화해 나갈 가능성이 충분합니다. 유전학적 차이를 근거로 차별을 정당화하려는 우생학이나 인종주의는 과학적 사실을 왜곡하는 위험한 주장입니다. 과거에는 인종 간 차이가 거의 없다는 원론적인 답변이 주를 이뤘으나, 이제는 유전체 연구를 통해 각 집단이 특정 환경에 어떻게 적응해왔는지 구체적으로 설명할 수 있게 되었습니다. 이러한 차이는 우열의 문제가 아니라 인류가 생존해온 진화적 역사의 산물입니다. 따라서 복잡한 유전적 다양성을 깊이 있게 이해하고 대중과 공유하는 것이 잘못된 이데올로기에 대응하는 가장 강력한 방법입니다.

정충원

카오스재단석학인터뷰

생명과학

[강연] 매머드는 왜?_ 멸종, 인간, 기후 _ by 박정재 ㅣ 2022 가을 카오스강연 '진화' 9강 | 9강

진화와 멸종은 생명 역사를 이끄는 두 축입니다. 흔히 진화를 새로운 환경에 적응하여 종 분화가 일어나는 과정으로 이해하지만, 그 이면에는 경쟁에서 밀려난 종의 멸종이 필연적으로 존재합니다. 특정 지역에서 생존 가능한 종의 수는 한정되어 있기에, 새로운 종의 출현은 곧 다른 종의 퇴장을 의미하기도 합니다. 따라서 현재 우리가 직면한 생물 다양성 감소 문제를 해결하기 위해서는 과거의 멸종 사례를 면밀히 검토하고, 그 원인이 기후 변화인지 혹은 인간의 개입이었는지를 분석하는 과정이 반드시 필요합니다. 마지막 빙기 말, 지구 기온이 급격히 상승하던 시기에 매머드를 비롯한 수많은 대형 포유류가 사라졌습니다. 학계에서는 이를 두고 기후 변화 가설에 따른 식생의 변화가 원인이라는 주장과 인간의 과잉 사냥 가설이 결정적이었다는 주장이 팽팽하게 맞서고 있습니다. 기후 변화 가설은 초원이 숲으로 변하며 먹이가 부족해졌음을 강조하고, 인간의 과잉 사냥 가설은 인간이 진출한 시점과 멸종 시기가 일치함을 근거로 듭니다. 이 논쟁은 오늘날 인위적인 기후 위기와 서식지 파괴가 생태계에 미치는 영향을 이해하는 데 중요한 시사점을 제공합니다. 대멸종의 소용돌이 속에서도 아메리카들소처럼 살아남은 종들이 존재합니다. 이들은 변화하는 환경에 맞춰 먹이 습성을 바꾸는 등 놀라운 적응력을 보여주었습니다. 나무가 내뿜는 독성 방어 물질을 중화할 수 있는 반추 능력을 갖춘 덕분에, 초원이 사라지고 숲이 들어서는 환경에서도 생존을 이어갈 수 있었습니다. 이는 생물의 생존이 단순히 힘의 논리가 아니라, 변화의 속도에 얼마나 유연하게 대응할 수 있느냐에 달려 있음을 보여줍니다. 하지만 현재의 온난화 속도는 생물의 자연적인 적응 한계를 위협하고 있습니다. 섬이라는 고립된 환경은 생물에게 독특한 진화의 기회를 제공하지만, 동시에 멸종의 함정이 되기도 합니다. 자원이 한정된 섬에서 매머드는 몸집을 줄이는 왜소화 과정을 거쳤고, 반대로 포식자가 없는 곳에서는 도마뱀이 거대해지기도 했습니다. 그러나 이러한 고립된 종들은 인간과 함께 유입된 외래종이나 급격한 환경 변화에 매우 취약합니다. 모리셔스의 도도새나 마다가스카르의 코끼리새 사례는 인간의 등장 이후 고립된 생태계가 얼마나 빠르게 붕괴할 수 있는지를 극명하게 보여주는 아픈 역사입니다. 과거의 대멸종이 화산 폭발이나 운석 충돌 같은 자연재해에 의한 것이었다면, 현재 진행 중인 '여섯 번째 대멸종'은 인류의 활동이 주원인이라는 점에서 차이가 있습니다. 산업화 이후 급증한 이산화탄소 농도는 지구의 온도를 전례 없는 속도로 높이고 있으며, 이는 생물의 이동과 적응을 가로막고 있습니다. 인간이 만든 도로와 도시는 생태 통로를 단절시켜 생물들이 적합한 서식지를 찾아 북상하는 것을 방해합니다. 결국 인위적인 기후 변화와 서식지 파괴의 결합은 생태계의 복원력을 심각하게 훼손하고 있습니다. 생물 다양성을 보존해야 하는 이유는 단순히 도덕적인 차원을 넘어 인류의 생존과 직결됩니다. 생태계 내의 모든 종은 고유한 기능을 수행하며 서로 얽혀 있습니다. 예를 들어 숲코끼리가 사라지면 그들이 퍼뜨리던 식물의 씨앗도 발아하지 못해 숲 전체가 변하게 됩니다. 이러한 연쇄 반응은 결국 지구 전체의 복원력을 약화시킵니다. 또한 자연은 인류에게 식량과 의약품의 원천이자 기술 혁신의 아이디어를 제공하는 거대한 창고입니다. 생물 다양성이 높을수록 지구는 외부 충격으로부터 스스로를 보호할 힘을 갖게 됩니다. 우리는 이제 생물 다양성 핫스팟을 설정하고 멸종 위기 지역을 집중적으로 관리하는 등 창의적이고 적극적인 해결책을 모색해야 합니다. 기후 위기와 생물 다양성 감소는 서로 악순환을 일으키는 관계이지만, 반대로 생태계를 복원함으로써 기후 위기를 완화하는 선순환을 만들 수도 있습니다. 인류는 과거 오존층 파괴 문제를 협력을 통해 해결했던 경험이 있습니다. 비관론에 빠져 무기력해지기보다는, 과학적 데이터를 바탕으로 생태계와 공존할 수 있는 길을 찾는 혁신적인 노력이 필요한 시점입니다.

박정재

카오스재단카오스강연

생명과학
지구환경과학

[인터뷰] 박정재 _ 대멸종이 일어날 가능성은? | 2022 카오스강연 '진화'

지리학은 사회과학과 인문학, 자연과학을 아우르는 종합적인 학문입니다. 그중에서도 고기후학과 생물지리학은 과거의 기후 변화가 식생에 어떤 영향을 미쳤는지 탐구하며, 지구의 역사를 재구성하는 중요한 역할을 합니다. 우리가 과거의 환경 변화를 정확히 이해해야 하는 이유는 단순히 지적 호기심 때문이 아닙니다. 과거의 데이터를 통해 현재 급격히 진행되는 환경 변화에 대처할 실질적인 방안을 마련할 수 있기 때문입니다. 과거의 정보는 미래 지구의 지속 가능성을 높이는 핵심 열쇠가 됩니다. 현재 인류는 과거에 발생했던 다섯 번의 대멸종에 비견될 만한 심각한 위기에 직면해 있습니다. 거대한 운석 충돌과 같은 자연적 격변은 아니더라도, 인간에 의한 서식지 교란과 종 다양성 감소는 생태계의 안전을 위협하고 있습니다. 만약 우리가 지금의 상황을 방치한다면, 지구 생태계는 돌이킬 수 없는 멸종 사태를 맞이할 수도 있습니다. 이러한 우려는 단순한 추측이 아니라, 현재의 멸종률 증가 수치가 보여주는 명백한 경고라고 할 수 있으며 우리는 이 문제를 결코 간과해서는 안 됩니다. 인류세라는 용어는 과학적 정의 측면에서 논란이 있지만, 사회적으로는 매우 중요한 의미를 지닙니다. 인류가 농경을 시작한 홀로세 초기와 시기적으로 겹친다는 학술적 비판도 존재하지만, 이 단어는 대중에게 환경 파괴에 대한 경각심을 일깨우는 데 효과적입니다. 인간의 활동이 지구 생태계에 미치는 영향력을 직관적으로 전달함으로써, 환경 교란을 완화하기 위한 대책을 강구하게 만드는 힘이 있습니다. 이는 현대의 학술적 정의를 넘어 미래 세대가 인류세를 더 명확히 이해하는 밑거름이 될 것입니다. 지구온난화라는 거대한 문제를 해결하기 위해서는 개인의 절제를 넘어 국가와 기업 단위의 변화가 필수적입니다. 하지만 개개인의 노력이 무의미한 것은 아닙니다. 뜻을 같이하는 사람들이 모여 기후 위기에 대한 의식을 공유하고 행동할 때, 그 에너지는 정치와 경제 시스템을 움직이는 강력한 힘이 됩니다. 환경을 고려하지 않는 기업의 제품을 거부하거나 정책에 목소리를 내는 행위가 하나의 사회적 밈으로 자리 잡는다면, 대중의 인지 변화를 통해 지구온난화를 해결할 수 있는 새로운 길이 열릴 것입니다. 약 18,000년 전부터 12,000년 전 사이, 지구는 급격한 온난화와 인간의 간섭으로 인해 북아메리카의 대형 초식 포유류들이 대거 멸종하는 사건을 겪었습니다. 이 시기의 상황은 현재 우리가 마주한 기후 변화 및 생태계 위기와 놀라울 정도로 유사합니다. 과거의 멸종 사례를 면밀히 분석하면 현재의 종 다양성 감소 문제를 해결할 소중한 힌트를 얻을 수 있습니다. 과거를 들여다보는 일은 단순히 지나간 시간을 기록하는 것이 아니라, 인류와 지구 생태계의 공존을 위한 가장 지혜로운 준비 과정입니다.

박정재

카오스재단석학인터뷰

생명과학
지구환경과학

2022 대한민국 과학축제 현장 속으로! ㅣ 성수동 에스팩토리, 2022.08.18(목) ~ 2022.08.21(일)

성수동 S팩토리에서 개최된 '2022 대한민국 과학축제 페스티벌 어스'는 과학의 즐거움을 시민들과 나누기 위해 마련된 특별한 장입니다. 이번 축제는 지속 가능한 지구를 주제로 하여 다양한 체험형 부스와 강연이 풍성하게 준비되었습니다. 방문객들은 입구에서부터 AR·VR 기술을 활용한 과학 학습 놀이터를 만나며 첨단 기술이 일상에 어떻게 녹아드는지 직접 경험할 수 있습니다. 과학이 단순히 어려운 학문이 아니라 우리 삶을 풍요롭게 만드는 즐거운 놀이가 될 수 있음을 보여주는 생생한 현장입니다. 생활과학교실 부스에서는 최근 전 지구적 과제로 떠오른 탄소중립을 주제로 한 실습이 진행되었습니다. 참가자들은 태양광 에너지를 이용해 전기를 만드는 '에코 하우스 키트'를 직접 제작하며 친환경 에너지의 원리를 배웁니다. 단순히 이론을 듣는 것에 그치지 않고, 가정과 학교에서 실천할 수 있는 탄소중립 방법을 고민해보는 시간은 매우 뜻깊습니다. 이러한 체험은 미래 세대에게 환경 보호의 중요성을 일깨워주고 과학적 사고를 통해 실질적인 문제를 해결하는 능력을 길러주는 소중한 기회가 됩니다. 축제의 열기는 강연장에서도 뜨겁게 이어졌습니다. 특히 필즈상 수상자인 허준이 교수의 수학 콘서트는 많은 이들의 기대를 모았습니다. 카이스트 김재훈 교수와의 대담으로 구성된 이 행사는 수학이라는 학문이 가진 깊이와 아름다움을 대중에게 전달하는 소중한 시간이 되었습니다. 세계적인 석학의 통찰을 직접 듣고 소통하는 과정은 과학에 대한 대중의 관심을 한 단계 높이는 계기가 되었으며, 기초 과학이 우리 사회의 발전에 얼마나 중요한 역할을 하는지 다시금 확인시켜 주는 자리가 되었습니다. 카이스트 메타버스 연구실에서는 가상 공간에 수천 개의 지구를 구현하여 기후 변화에 대응하는 혁신적인 연구를 선보였습니다. 1850년부터 현재까지의 지구 표면 온도 변화를 색상으로 시각화한 전시는 기후 위기의 심각성을 직관적으로 전달합니다. 과거의 선택이 현재를 만들었듯, 미래의 불확실성 속에서 우리가 어떤 결정을 내려야 하는지 시뮬레이션 게임을 통해 직접 체험할 수 있습니다. 이는 과학 기술이 인류의 생존을 위한 해답을 찾는 데 결정적인 역할을 하고 있음을 시사하며 관람객들에게 깊은 울림을 줍니다. 축제의 마지막 여정은 녹아내리는 빙하 조형물 앞에서 지구의 미래를 진지하게 생각해보는 것으로 마무리됩니다. '페스티벌 어스'라는 이름에 걸맞게 이번 행사는 지속 가능한 지구를 위해 우리 모두가 작은 영웅이 되어야 한다는 메시지를 던집니다. 기후 위기 시대에 과학에 대한 관심과 참여는 더 이상 선택이 아닌 필수적인 요소입니다. 4일간 진행된 이 축제는 과학이 우리 사회의 문제를 해결하는 강력한 도구임을 증명하며, 더 나은 미래를 향한 시민들의 적극적인 동참을 이끌어내는 소중한 발판이 되었습니다.

카오스재단2022 대한민국 과학축제 ㅣ 페스티벌 어스

[페스티벌+어스] 지속가능한 지구: 미래 by 장동선, 오혜연ㅣ 2022 대한민국 과학축제(페스티벌 어스)

인공지능 기술은 인간의 지능을 모사하며 비약적으로 발전하고 있습니다. 최근 주목받는 'DALL-E(달리)'와 같은 멀티모달 모델은 언어와 시각 정보를 동시에 처리하며 인간의 사고방식에 한 걸음 더 다가섰습니다. 사용자가 문장으로 묘사하면 인공지능이 이를 정교한 이미지로 구현하는 기술은 단순한 편리함을 넘어 예술과 기술의 경계를 허물고 있습니다. 이러한 발전은 우리 삶을 더욱 풍요롭게 만들 잠재력을 지니고 있지만, 동시에 기술이 나아가야 할 올바른 방향에 대한 깊은 고민을 안겨주기도 합니다. 하지만 인공지능의 화려한 발전 뒤에는 데이터의 편향성이라는 어두운 그림자가 존재합니다. 특정 지역이나 문화권에 치우친 학습 데이터는 인공지능이 성별, 인종, 직업에 대해 고정관념을 갖게 만드는 원인이 됩니다. 예를 들어 결혼식이나 특정 직업군을 묘사할 때 서구 중심적이거나 성차별적인 결과물을 내놓는 현상은 기술의 공정성에 의문을 제기합니다. 이는 단순히 기술적 오류를 넘어 사법 시스템이나 채용 등 실생활의 중요한 결정에 부정적인 영향을 미칠 수 있다는 점에서 매우 심각한 문제입니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 연구자들은 포용적인 인공지능 시스템 구축에 힘쓰고 있습니다. 기술의 한계와 목적을 명시하는 '모델 카드(Model Card)'를 도입하여 사용자가 편향성을 인지하도록 돕고, 소외된 지역의 데이터를 적극적으로 수집하여 학습에 반영하는 노력이 이어지고 있습니다. 또한 정확도뿐만 아니라 공정성 지표를 함께 고려하여 특정 집단에 대해 성능이 저하되지 않도록 모델을 설계합니다. 기술적 보완과 더불어 사회적 합의를 통해 인공지능이 인류 전체를 위한 도구로 거듭나도록 만드는 것이 우리의 과제입니다. 뇌과학의 관점에서 볼 때, 인간의 뇌는 본질적으로 생존을 위한 '미래 예측 머신'입니다. 5억 년 전 최초의 뇌가 등장한 이래로 생명체는 외부 환경의 변화를 감지하고 능동적으로 대응하기 위해 신경계를 발달시켜 왔습니다. 과거의 경험을 바탕으로 미래를 예측하는 능력은 위험을 피하고 자원을 확보하는 데 필수적인 요소였습니다. 인공지능이 데이터를 통해 패턴을 학습하듯, 우리의 뇌도 끊임없이 정보를 처리하며 내일의 생존 확률을 높이기 위해 작동합니다. 이러한 예측 능력은 인류 문명을 지탱하는 근간이 되었습니다. 과거 멜서스(Malthus)는 인구 증가 속도를 식량 생산이 따라가지 못해 인류가 파멸할 것이라 경고했지만, 과학 기술의 혁신은 그 예측을 뒤엎었습니다. 하지만 오늘날 우리는 기후 위기라는 더 거대한 도전에 직면해 있습니다. 급격한 기온 상승과 생태계 파괴는 인류의 거주 가능 영역을 좁히고 있으며, 이는 질병과 분쟁의 씨앗이 되고 있습니다. 이제는 단순히 기술적 효율성을 높이는 것을 넘어, 지구라는 한정된 환경 안에서 어떻게 지속 가능한 삶을 영위할 것인가에 대한 근본적인 해답을 찾아야 할 때입니다. 인류가 위기를 극복해 온 핵심 동력은 개별적인 뇌의 성능 향상이 아니라 '뇌와 뇌의 연결'에 있었습니다. 구석기 시대와 비교해 생물학적 뇌 구조는 큰 차이가 없지만, 지식과 정보를 공유하는 속도는 비약적으로 빨라졌습니다. 타인의 행동을 공감하고 뇌파가 동기화되는 '뉴럴 커플링(Neural Coupling)' 현상은 우리가 집단 지성을 발휘할 수 있게 하는 생물학적 토대입니다. 폐쇄적인 사회보다 자유로운 소통이 일어나는 곳에서 혁신이 탄생하듯, 서로의 지혜를 나누는 연결의 힘이야말로 기후 위기와 같은 전 지구적 난제를 해결할 열쇠입니다. 결국 인공지능과 뇌과학이 지향하는 종착지는 인류의 지속 가능한 미래입니다. 인공지능의 편향성을 극복하고 포용성을 확보하는 노력과, 뇌의 연결성을 통해 집단 지성을 극대화하는 과정은 서로 맞닿아 있습니다. 우리는 각자 독립된 개인이지만, 동시에 타인 및 환경과 끊임없이 상호작용하며 변화하는 존재입니다. 기술이 주는 혜택이 특정 계층에 머물지 않고 모두에게 공정하게 돌아갈 때, 그리고 우리가 서로의 존재를 인정하며 연대할 때 비로소 인류는 닥쳐올 위기를 기회로 바꾸며 진보할 수 있을 것입니다.

오혜연, 장동선

카오스재단2022 대한민국 과학축제 ㅣ 페스티벌 어스

뇌인지과학
융합

[페스티벌+어스] 지속가능한 지구: 기후 by 박록진, 김백민 ㅣ 2022 대한민국 과학축제(페스티벌 어스)

기후 변화는 이제 먼 미래의 경고가 아닌 현실의 위기로 다가왔습니다. 1880년 산업혁명 이후 지구의 평균 기온은 이미 1.1도 상승했으며, 한반도는 이보다 높은 2도 가까운 상승 폭을 기록하고 있습니다. 이러한 지구 온난화는 단순히 숫자의 변화에 그치지 않고 전 지구적인 폭염, 가뭄, 집중호우와 같은 극단적인 기상 현상을 빈번하게 야기합니다. 북극의 빙하가 녹아내리고 해수면이 상승하는 현상은 생태계 전반의 위기를 초래하며 인류의 생존을 위협하고 있습니다. 우리는 현재 지구 곳곳에서 발생하는 기후 재난을 통해 변화의 시급성을 체감하고 있습니다. 파리 협정의 핵심 목표인 탄소 중립은 인위적인 탄소 배출량과 자연적인 흡수량이 균형을 이루는 상태를 의미합니다. 우리가 배출한 이산화탄소는 숲의 광합성과 해양의 용해 작용을 통해 자연적으로 흡수되는데, 현재는 배출량이 자연의 흡수 능력을 크게 초과하여 대기 중 농도가 계속 높아지고 있습니다. 2050년까지 탄소 중립을 달성하기 위해서는 전력 생산과 운송 수단 등 주요 배출원의 에너지 구조를 근본적으로 전환하여 자연의 흡수 범위 안으로 배출량을 줄여야 합니다. 이는 단순히 배출을 줄이는 것을 넘어 지구 시스템의 순환 원리를 회복하는 과정입니다. 자연의 탄소 흡수 능력은 고정된 것이 아니라 기후 변화와 밀접하게 상호작용하며 변합니다. 최근 빈번해진 대형 산불은 그동안 나무가 흡수했던 탄소를 다시 대기로 방출하는 악순환을 만들고 있으며, 해수 온도의 상승은 바다의 탄소 용해도를 낮추어 흡수 효율을 떨어뜨립니다. 또한 이산화탄소보다 지구 온난화 지수가 25배나 높은 메테인 기체의 농도 증가는 기후 위기를 더욱 가속화하는 요인이 됩니다. 따라서 자연의 흡수 기작에 대한 정밀한 과학적 이해와 감시가 탄소 중립 전략의 필수적인 토대가 되어야 하며, 이를 위해 위성 관측과 같은 첨단 기술의 활용이 중요해지고 있습니다. 기후 위기에 대응하는 과정에서 우리는 탄소 감축뿐만 아니라 변화하는 환경에 적응하는 지혜도 함께 갖추어야 합니다. 지구 온도가 6도 이상 상승하여 인류가 멸종할 것이라는 극단적인 공포에 매몰되기보다는, 과학적 근거에 기반한 합리적인 대응책을 마련하는 것이 중요합니다. 현재의 기술 발전 속도와 국제적인 협력을 고려할 때, 우리는 온도 상승 폭을 관리 가능한 수준으로 억제할 수 있는 시간을 아직 확보하고 있습니다. 비관론에 빠져 포기하기보다는 우리가 처한 상황을 정확히 인식하고, 지속 가능한 성장을 위한 구체적이고 실현 가능한 경로를 설계해야 할 때입니다. 경제 성장과 탄소 배출 사이의 연결고리를 끊어내는 '탈동조화'는 지속 가능한 미래를 위한 핵심 과제입니다. 과거에는 GDP가 높아질수록 탄소 배출도 늘어나는 것이 당연시되었으나, 최근 선진국들을 중심으로 기술 혁신을 통해 경제 성장을 유지하면서도 배출량을 줄이는 사례가 나타나고 있습니다. 기업들은 탄소 발자국을 투명하게 공개하고 친환경 공정을 도입하며 생존을 위한 변화를 꾀하고 있습니다. 소비자 역시 탄소 배출이 적은 제품을 선택함으로써 시장의 흐름을 바꾸는 중요한 역할을 수행할 수 있으며, 이러한 개인의 선택이 모여 기업과 국가의 변화를 이끌어내는 동력이 됩니다. 에너지 전환의 성공은 단순히 재생 에너지 발전소를 많이 짓는 것에 그치지 않고, 이를 뒷받침하는 효율적인 에너지 인프라 구축에 달려 있습니다. 기상 조건에 따라 발전량이 변하는 태양광이나 풍력 에너지의 특성을 고려할 때, 남는 전력을 저장하고 필요한 곳으로 보내주는 지능형 전력망 확충이 필수적입니다. 또한 수소 에너지, 탄소 포집·활용·저장 기술(CCUS) 등 다양한 창의적 대안들을 검토하고 실용화해야 합니다. 에너지의 생산부터 소비까지 전 과정에서의 효율화와 인프라의 혁신은 기후 위기 극복을 위한 가장 강력한 수단이 될 것이며, 이는 국가 경쟁력과도 직결되는 문제입니다. 기후 위기는 인류에게 커다란 도전이지만, 동시에 새로운 문명으로 도약할 수 있는 기회이기도 합니다. 우리는 인공위성을 활용한 정밀 관측과 고도화된 모델링을 통해 미래 기후를 예측하고 최선의 대응 경로를 찾아가고 있습니다. 개인의 절제와 기업의 혁신, 그리고 국가의 현명한 정책이 조화를 이룰 때 우리는 비로소 지속 가능한 지구를 후손에게 물려줄 수 있습니다. 인류는 언제나 위기 속에서 답을 찾아왔으며, 이번에도 과학적 근거와 연대의 힘을 바탕으로 지구와 공존하는 새로운 길을 개척해 나갈 것입니다. 우리의 작은 실천과 창의적인 사고가 모여 결국 지구를 위한 올바른 답을 완성할 것입니다.

김백민, 박록진

카오스재단2022 대한민국 과학축제 ㅣ 페스티벌 어스

지구환경과학

[카오스+어스] 🌎Leave Earth_여러분은 지구를 떠나시겠습니까?🚀 by 이강근, 국종성, 남욱현

지구상의 물 위기는 단순히 일시적인 기상 현상을 넘어 상시적인 고갈의 위협으로 다가오고 있습니다. 현재 전 세계 인구의 상당수가 물 스트레스 국가에 거주하고 있으며, 2050년에는 인구 증가로 인해 물 수요가 급격히 늘어날 전망입니다. 반면 우리가 실제로 사용할 수 있는 담수의 양은 한정되어 있어 공급 능력이 수요를 따라가지 못하는 심각한 불균형 상태에 직면해 있습니다. 과학 기술을 통한 혁신적인 물 이용 체계가 마련되지 않는다면 인류는 생존을 위한 필수 자원인 물의 부족으로 인해 거대한 위기에 처하게 될 것입니다. 지구 전체의 물 중 우리가 즉시 활용 가능한 하천이나 호수의 물은 만분의 일 수준에 불과합니다. 대부분은 바닷물이거나 빙하, 혹은 땅속 깊은 곳의 지하수로 존재하기 때문입니다. UN은 이러한 물의 중요성을 고려하여 안전한 식수를 공급받을 권리를 기본적인 인권으로 정의했습니다. 이는 물 문제가 단순히 환경 보호의 차원을 넘어 전 지구적인 리더십과 국제적 협력을 통해 해결해야 할 인권의 문제임을 시사합니다. 물의 불균형한 분포와 기술력의 차이로 발생하는 양극화 현상은 인류가 함께 풀어야 할 숙제입니다. 기후 변화로 인한 해수면 상승은 인류의 거주지를 직접적으로 위협하고 있습니다. 지난 세기 동안 해수면은 꾸준히 상승해 왔으며, 최근에는 그 속도가 더욱 가속화되는 추세입니다. 특히 남극과 그린란드의 빙하가 급격히 녹아내리면서 해안 도시의 침수 위험이 현실화되고 있습니다. 만약 남극의 빙하가 모두 녹는다면 해수면은 수십 미터 이상 상승하게 되며, 이는 전 세계 지도를 완전히 뒤바꿀 정도의 파괴적인 결과를 초래할 수 있습니다. 이는 단순한 환경 변화를 넘어 인류 문명의 기반을 흔드는 중대한 사안입니다. 지구 온난화는 단순히 기온을 높이는 것에 그치지 않고 폭염, 집중호우, 가뭄과 같은 극한 현상을 더욱 강력하고 빈번하게 만듭니다. 대기 중 수증기량이 증가하면서 태풍과 홍수의 위력은 커지는 반면, 육지의 수분 증발은 가속화되어 극심한 가뭄과 산불을 유발합니다. 이러한 재난들은 서로 상호작용하며 생태계를 붕괴시키고 탄소 배출을 더욱 촉진하는 악순환의 고리를 형성합니다. 기후 변화의 속도가 인류의 적응 능력을 앞지르고 있다는 사실은 지금의 상황이 단순한 변화를 넘어 생존의 위기임을 명확히 보여줍니다. 인류가 지구 시스템에 지대한 영향을 미치기 시작한 시기를 일컫는 '인류세'는 1950년대 '대 가속'을 기점으로 뚜렷해집니다. 인구와 경제 활동의 폭발적인 증가와 함께 이산화탄소 농도, 해수면 상승 등 지구 시스템의 지표들이 급격히 변화하기 시작했습니다. 인류는 이제 자연적인 지질 작용보다 더 큰 규모로 지표면을 변화시키고 있으며, 이러한 활동의 흔적은 지구 역사의 새로운 장으로 기록되고 있습니다. 이는 인간이 지구의 운명을 결정짓는 주요한 지질학적 주체가 되었음을 의미하며, 그에 따른 막중한 책임감을 요구합니다. 인류세의 가장 명확한 증거는 땅속에 남겨진 '테크노 화석'입니다. 플라스틱, 알루미늄, 방사성 낙진 등 자연 상태에서는 존재할 수 없는 물질들이 새로운 지층을 형성하고 있습니다. 특히 현대식 쓰레기 매립장은 인류세의 특징적인 물질들이 전 지구적으로 쌓여 있는 거대한 지층과 같습니다. 수십 년이 지나도 썩지 않고 보존된 라면 봉지나 신문지는 우리가 남긴 문명의 흔적이 지구의 역사 속에 어떻게 영구적으로 각인되는지를 생생하게 보여줍니다. 이러한 인공적인 지층은 후세에 인류가 지구에 남긴 지울 수 없는 흉터로 기억될 것입니다. 지구의 위기를 해결하기 위해 거대 반사경 설치나 탄소 포집과 같은 지구 공학적 기술들이 논의되고 있습니다. 하지만 기술적 해결책은 예상치 못한 부작용을 초래할 위험이 있으며, 근본적인 해결을 위해서는 인류의 소비 방식과 정책적 변화가 반드시 병행되어야 합니다. 우리는 기술에만 의존하기보다 지구 시스템에 대한 깊은 이해를 바탕으로 지속 가능한 미래를 위한 책임감 있는 선택을 내려야 합니다. 지금 우리가 내리는 결정과 실천하는 행동들이 미래 세대에게 어떤 지구를 물려줄지 결정하는 가장 중요한 열쇠가 될 것입니다.

국종성, 남욱현, 이강근

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지구환경과학

[카오스+어스] 🌎Live Earth_여러분은 지구에 계속 남겠습니까? by 최덕근, 김웅서, 손석우

지구 내부는 오랫동안 인류에게 신비의 영역이었습니다. 19세기에는 지하 깊은 곳이 모두 녹아있을 것이라 추측하기도 했으나, 20세기 지진파 연구를 통해 지각, 맨틀, 외핵, 내핵이라는 정교한 층상 구조가 밝혀졌습니다. 특히 P파와 S파의 특성 차이는 지구 내부의 액체 층인 외핵의 존재를 확인시켜 주었으며, 이는 지구 자기장 형성의 근원이 됩니다. 우리가 딛고 선 단단한 땅 아래에는 이처럼 역동적인 과학적 진실이 숨겨져 있으며, 이는 지구가 단순한 암석 덩어리가 아님을 시사합니다. 지구의 겉부분은 여러 개의 판으로 나뉘어 끊임없이 이동하며 지표의 모습을 바꿉니다. 이를 판구조론이라 하며, 판들이 서로 멀어지거나 충돌하는 과정에서 거대한 산맥과 깊은 해구가 만들어집니다. 과거의 판게아처럼 대륙이 하나로 모였다가 다시 흩어지는 '윌슨 주기'는 수억 년에 걸쳐 반복됩니다. 이러한 지질학적 순환은 지구가 내부의 열에너지를 동력 삼아 살아 움직이는 거대한 기계임을 증명합니다. 대륙의 이동은 단순한 지형의 변화를 넘어 지구 전체의 환경 변화를 이끄는 중요한 동력이 됩니다. 바다는 지구 표면의 71%를 차지하며 생명체의 탄생과 생존을 책임지는 거대한 자궁과 같습니다. 단순히 수산 자원을 제공하는 것을 넘어, 지구의 기온을 조절하고 막대한 양의 이산화탄소를 흡수하는 정화조 역할을 수행합니다. 특히 조력, 파력, 해상 풍력 등 친환경 에너지를 품고 있는 바다는 인류의 지속 가능한 미래를 위한 핵심 열쇠입니다. 하지만 최근 지구 온난화로 인해 바다의 온도가 상승하면서 해양 생태계 전반에 심각한 위기가 닥치고 있으며, 이는 인류의 생존과도 직결되는 문제입니다. 극지방의 빙하가 녹아내리는 현상은 해수면 상승이라는 직접적인 재앙으로 이어집니다. 남극과 그린란드의 얼음이 모두 녹는다면 해수면은 수십 미터 이상 상승하여 전 세계 연안 도시들을 위협하게 될 것입니다. 또한 따뜻해진 바다는 더 많은 수증기를 증발시켜 과거보다 훨씬 강력한 슈퍼 태풍을 빈번하게 발생시킵니다. 해양의 변화는 단순히 수온의 상승에 그치지 않고, 인류의 거주 환경과 안전을 근본적으로 뒤흔드는 기후 변화의 전초전이 되고 있습니다. 이러한 변화는 생태계의 서식지 파괴로까지 이어집니다. 대기의 온도는 지표에서 멀어질수록 낮아지다가 성층권에 이르면 다시 상승하는 독특한 연직 구조를 가집니다. 과거에는 기구를 타고 직접 하늘로 올라가 이를 관측했으나, 현대에는 GPS 위성 기술을 활용해 상층 대기의 기온과 기압을 정밀하게 측정합니다. 이러한 관측 기술의 발전은 우리가 기후 변화의 양상을 입체적으로 파악할 수 있게 해주었습니다. 하늘은 단순히 비와 바람이 지나는 통로가 아니라, 지구 시스템의 에너지를 순환시키는 정교한 층으로 구성되어 있으며 지표면의 생명체를 보호하는 방패 역할을 합니다. 최근의 기후 변화는 지표면보다 상층 대기에서 더욱 뚜렷한 온난화 신호를 보이고 있습니다. 따뜻해진 공기가 더 많은 수증기를 머금게 되면서 상층 대기의 기온 상승을 가속화하고, 이는 전 지구적인 대기 대순환의 패턴을 변화시킵니다. 제트기류의 흐름이 바뀌고 기후 변동성이 커지면서 우리가 겪는 이상 기후 현상들은 더욱 예측하기 어려운 방향으로 흘러가고 있습니다. 상층 대기의 변화는 결국 지상의 날씨와 직결되며, 지구 전체의 에너지 균형이 무너지고 있음을 경고하는 중요한 지표가 되고 있습니다. 지구는 지권, 수권, 기권, 생물권이 서로 긴밀하게 상호작용하는 하나의 거대한 시스템입니다. 산소의 증가가 생물의 진화를 이끌고, 바다와 숲이 탄소를 흡수하며 기온을 조절하는 과정은 지구가 유기체처럼 작동하고 있음을 보여줍니다. 인류는 과학 기술을 통해 이러한 지구의 메커니즘을 이해하고 위기를 극복해야 할 책임이 있습니다. 기초 과학에 대한 지속적인 관심과 연구만이 푸른 행성 지구를 보존하고 우리 후손들에게 안전한 미래를 물려줄 수 있는 유일한 길임을 잊지 말아야 합니다.

김웅서, 손석우, 최덕근

카오스재단카오스콘서트

지구환경과학

[인터뷰] 곽명해_생물다양성을 유지하려면? / Bend the Curve를 위해 다 같이 노력 | 2022 카오스강연 '생명행성(Life planet)'

식물 분류학은 과학의 역사와 궤를 같이하는 유서 깊은 학문입니다. 전통적으로는 식물을 관찰하여 이름을 붙이고 학명을 부여하며, 그 형태적 특징을 기술하는 역할을 수행해 왔습니다. 하지만 현대의 식물 분류학은 단순히 이름 찾기에 그치지 않습니다. 과거 지역 간 교류가 적어 발생했던 명칭의 혼선을 방대한 데이터를 통해 재정의하고 정리하는 작업을 진행합니다. 최근에는 유전자 분석과 유전체 연구를 도입하여 식물 간의 유연관계를 밝히고, 과거 기후 변화에 따른 종의 이동 경로를 추적하는 등 정밀한 과학적 탐구를 이어가고 있습니다. 생물 다양성은 인간의 모든 활동 및 과학 기술과 긴밀하게 연결된 포괄적인 개념입니다. 자동차의 연비를 개선하거나 화석 연료를 대체할 에너지를 개발하는 공학적 노력 또한 넓은 의미에서는 생물 다양성을 유지하기 위한 활동이라 할 수 있습니다. 학자들은 현재 지구의 생태계가 처한 상황을 정밀하게 평가하고, 이를 바탕으로 가장 효율적인 보전 방향을 제시하는 역할을 합니다. 이러한 평가는 단순히 자연을 관찰하는 것을 넘어, 인류가 자연과 어떻게 공존해야 하는지에 대한 실질적인 가이드라인을 제공한다는 점에서 매우 중요한 가치를 지닙니다. 멸종한 종을 되살리는 기술은 머지않은 미래에 실현될 가능성이 있는 흥미로운 분야입니다. 복제양 돌리의 사례처럼 특정 기술을 활용해 개체를 복원하려는 시도가 논의되고 있으나, 완전히 사라진 종을 무기물로부터 창조하는 것은 여전히 현대 과학의 거대한 과제입니다. 다만 특정 지역에서 사라진 종을 복원하는 사업은 현재도 활발히 진행되고 있습니다. 우리나라의 따오기나 반달가슴곰 복원 사례처럼, 인접 국가에서 유전적으로 가까운 개체군을 도입하여 생태계의 일원으로 다시 정착시키기 위한 체계적인 복원 프로그램이 운영되고 있습니다. 성공적인 생물 복원을 위해 가장 필수적인 전제 조건은 안정적인 서식지의 확보입니다. 생물이 스스로 살아갈 수 있는 환경을 조성하기 위해서는 지리적 요건뿐만 아니라 먹이망과 은신처 등 복합적인 생태적 요소가 고려되어야 합니다. 이 과정에는 종을 정확히 식별하는 분류학자부터 유전적 다양성을 분석하는 분자생물학자, 그리고 장기적인 변화를 관찰하는 모니터링 전문가까지 다양한 분야의 협력이 필요합니다. 최종적인 목표은 인간의 인위적인 도움 없이도 생물들이 자연 속에서 스스로 개체군을 유지하며 살아갈 수 있는 자생력을 갖추게 하는 것입니다. 2019년 생물 다양성 과학기구(IPBES)의 보고서에 따르면, 지구의 생물 다양성을 저해하는 주요 요인인 토지 이용 변화, 남획, 침입 외래종 등은 대부분 인간의 활동에서 비롯되었습니다. 지구가 탄생한 이래 환경과 생물은 끊임없이 상호작용하며 변화해 왔지만, 현재의 급격한 멸종 속도를 늦추는 것은 인류에게 주어진 시급한 과제입니다. 최근 국제 사회에서 강조되는 '밴드 더 커브(Bend the Curve)'는 이러한 감소 곡선을 완만하게 만들자는 의지를 담고 있습니다. 우리가 자연을 위해 조금씩 양보하고 노력한다면, 미래 지구의 변화 양상은 분명 달라질 것입니다.

곽명해

카오스재단석학인터뷰

생명과학

[강연] 숲과 임업 그리고 산림생명과학 _ 강규석 ㅣ 2022 카오스강연 '생명행성' 4강 | 4강

나무와 풀을 구분하는 기준은 형성층의 유무와 부피 생장의 여부에 있습니다. 대나무는 흔히 나무라 불리지만, 한두 달 만에 성장을 마치고 더 이상 굵어지지 않기에 엄밀히 말하면 풀에 가깝습니다. 반면 소나무 같은 나무는 매년 나이테를 만들며 단단해집니다. 특히 은행나무는 잎이 넓어 활엽수로 오해받기 쉽지만, 진화적으로는 겉씨식물이며 가도관(헛물관)을 가진 침엽수에 해당합니다. 이처럼 우리 주변의 나무들은 저마다의 생물학적 특징을 지니며 숲의 근간을 이룹니다. 숲은 단순한 나무들의 집합을 넘어 정교한 사회적 상호작용이 일어나는 공간입니다. 나무들은 피톤치드와 같은 타감 물질을 내뿜어 자신을 보호하거나 다른 식물과의 경쟁에서 우위를 점하기도 합니다. 한편으로는 뿌리나 가지가 합쳐지는 연리목처럼 서로 협력하며 영양분을 나누기도 합니다. 숲은 인간에게도 진정한 휴식과 안정을 제공하는 생태계의 보고입니다. 이러한 숲의 사회성과 공존의 지혜는 생명 행성을 유지하는 중요한 힘이 됩니다. 우리나라는 세계적으로 유례없는 산림녹화 성공국으로 꼽힙니다. 과거 황폐했던 산들을 경제 발전과 동시에 푸르게 가꾸어낸 성과는 유엔 식량농업기구(FAO)에서도 인정받았습니다. 하지만 현재 우리 산림은 40~50년 전 심은 나무들이 노령화되면서 목재 자급률이 16% 수준에 머물러 있습니다. 이제는 단순히 나무를 심고 가꾸는 단계를 넘어, 적절한 벌채와 이용을 통해 산림 자원의 선순환 구조를 만들어야 할 시점입니다. 자원 활용과 생태계 보전의 조화로운 균형이 미래 임업의 핵심 과제입니다. 목재는 흔히 불에 약하다는 편견이 있지만, 실제로는 철이나 콘크리트보다 우수한 특성을 지닙니다. 나무는 불에 탈 때 표면이 탄화되면서 내부로 열이 전달되는 속도를 늦춰 구조적 붕괴를 지연시킵니다. 또한 탄성이 있어 지진의 진동을 흡수하는 내진성도 뛰어납니다. 무엇보다 나무는 광합성을 통해 흡수한 탄소를 목재 내에 오랫동안 저장하는 ‘탄소 통조림’ 역할을 합니다. 고층 목조 건축의 확산은 기후 위기 시대에 탄소 중립을 실현하는 혁신적인 대안으로 주목받고 있습니다. 임목육종학은 우수한 형질을 가진 나무를 선발하고 개량하여 인류에게 유익한 자원을 제공하는 학문입니다. 우리나라의 리기테다소나무나 현사시나무는 과학적 교잡을 통해 탄생한 대표적인 성공 사례입니다. 척박한 땅에서도 잘 자라거나 성장이 빠른 품종을 개발함으로써 산림의 가치를 극대화해 왔습니다. 최근에는 분자육종 기술을 통해 광합성 효율을 높이거나 특정 성분을 강화한 신품종 연구가 활발히 진행되고 있습니다. 이는 목재 생산을 넘어 바이오 산업의 새로운 가능성을 열어주고 있습니다. 현대 산림생명과학은 유전체 연구와 조직 배양 기술을 통해 비약적으로 발전하고 있습니다. 소나무의 유전체 크기가 인간보다 7배나 크다는 사실은 생명의 신비를 더해줍니다. 또한 나무의 전형성능(Totipotency)을 이용한 조직 배양은 우량 묘목을 대량으로 복제할 수 있게 하며, 인공 종자 기술은 산불 피해 지역의 효율적인 복구를 돕습니다. 미래에는 실험실에서 세포를 배양해 목재 성분을 얻는 기술이 실용화되어, 자연을 훼손하지 않고도 필요한 자원을 얻는 시대가 올 것으로 기대됩니다. 산림은 인간의 생애 주기와 밀접하게 연결된 복지 자원입니다. 태교를 위한 숲 태교부터 유아 숲 체험, 청장년층의 레포츠, 노년기의 산림치유, 그리고 마지막 수목장에 이르기까지 숲은 우리 삶의 모든 순간에 함께합니다. 하지만 기후 변화로 인한 대형 산불과 병해충은 이러한 산림 생태계를 위협하고 있습니다. 나무가 우리에게 아낌없이 주는 만큼, 우리 또한 성숙한 산행 에티켓을 지키고 숲을 보호하려는 노력이 필요합니다. 건강한 숲이 곧 인류의 지속 가능한 미래이기 때문입니다.

강규석

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[인터뷰] 강규석_우리나라 산림, 이제 벌채를 해야 한다? | 2022 카오스강연 '생명행성(Life planet)'

산림과학은 단순히 나무를 심고 가꾸는 일을 넘어, 지구 생태계의 근간을 이루는 숲의 복합적인 메커니즘을 연구하는 학문입니다. 숲은 대기 중의 이산화탄소를 흡수하고 산소를 배출하며 기후 위기 시대에 가장 강력한 탄소 흡수원으로서의 역할을 수행합니다. 새 학기를 맞이하여 산림의 가치를 새롭게 조명하는 것은 우리 미래 세대에게 지속 가능한 환경을 물려주기 위한 필수적인 과정이라 할 수 있으며, 이는 인간과 자연의 공존을 모색하는 중요한 첫걸음이 됩니다. 숲은 수많은 생명체가 공존하는 생물 다양성의 보고입니다. 미생물부터 거대한 수목에 이르기까지 각 구성 요소는 유기적으로 연결되어 건강한 생태계를 유지합니다. 이러한 생태계 서비스는 인간에게 깨끗한 물과 공기를 제공할 뿐만 아니라, 산사태 방지와 같은 자연재해 예방 기능도 수행합니다. 산림과학은 이러한 자연의 혜택을 과학적으로 분석하고 보전하는 방법을 모색하며 인류의 삶의 질을 높이는 데 기여하고 있으며, 생태계의 회복력을 높이는 연구에 집중하고 있습니다. 현대 산림과학의 핵심 과제 중 하나는 자원의 이용과 보전 사이의 균형을 맞추는 지속 가능한 산림 경영입니다. 목재는 재생 가능한 친환경 자원으로서 건축과 에너지 등 다양한 산업 분야에서 활용 가치가 매우 높습니다. 무분별한 벌채가 아닌, 계획적인 조림과 육림을 통해 숲의 경제적 가치를 극대화하면서도 생태적 건강성을 해치지 않는 정밀한 관리 기술이 요구되는 시점입니다. 이를 통해 우리는 경제적 이익과 환경적 가치를 동시에 실현하는 선순환 구조를 구축할 수 있습니다. 기후 변화로 인한 지구 온난화는 전 지구적인 위협이 되고 있으며, 이에 대응하기 위한 산림의 역할은 더욱 막중해졌습니다. 산림은 탄소 중립 실현을 위한 핵심적인 열쇠로 평가받으며, 국제 사회에서도 산림 복원과 확대를 위한 노력이 활발히 진행되고 있습니다. 특히 우리나라의 성공적인 치산녹화 경험은 세계적으로도 인정받는 사례로, 이를 바탕으로 한 첨단 산림 기술의 발전은 기후 위기 극복의 희망이 되고 있습니다. 숲을 가꾸는 일은 곧 지구의 온도를 낮추는 가장 실천적인 방법 중 하나입니다. 미래의 산림과학은 정보통신기술(ICT)과 결합하여 스마트 정밀 임업으로 진화하고 있습니다. 드론과 위성 데이터를 활용한 산림 모니터링은 산불이나 병해충으로부터 숲을 더욱 효율적으로 보호할 수 있게 해줍니다. 산림과학부에서 이루어지는 교육과 연구는 이러한 기술적 진보를 이끌어갈 인재를 양성하는 밑거름이 됩니다. 숲과 인간이 공존하는 풍요로운 미래를 설계하는 일은 우리 모두가 관심을 가져야 할 숭고한 여정이며, 과학적 통찰력을 바탕으로 숲의 잠재력을 깨우는 과정입니다.

강규석

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[강연] 종자생명과학이 바꾸는 인류의 미래 _ 김주곤 ㅣ 2022 카오스강연 '생명행성' 3강 | 3강

현재 지구는 기후 위기로 인한 '코드 레드' 상태에 직면해 있습니다. 2050년경 세계 인구가 100억 명에 달할 것으로 예상되는 가운데, 인류가 생존하기 위해서는 현재보다 훨씬 많은 식량을 확보해야 합니다. 하지만 가뭄과 같은 기후 변화는 오히려 농작물의 생산성을 떨어뜨리고 곡물 가격을 급등시키고 있습니다. 이러한 위기 상황에서 인류의 미래를 지키기 위한 핵심 열쇠는 바로 종자생명과학의 발전과 이를 통한 식량 안보의 확보에 있습니다. 과거 노먼 볼로그 박사는 키 작은 밀을 개발하여 수많은 사람을 기아에서 구제하며 녹색혁명을 이끌었습니다. 한국 역시 통일벼 개발을 통해 쌀 자급률을 획기적으로 높인 성공적인 역사를 가지고 있습니다. "배고픈 사람들에게 평화는 없다"는 말처럼, 식량 위기는 단순한 먹거리 문제를 넘어 세계 평화와 직결됩니다. 이제는 전통적인 육종 방식을 넘어 유전자 변형 기술(GMO)과 같은 첨단 생명공학을 통해 제2의 녹색혁명을 준비해야 할 시점입니다. 식물 형질전환의 핵심 기술 중 하나는 토양 박테리아인 아그로박테리움을 이용하는 것입니다. 자연계에서 이 박테리아는 자신의 유전자를 식물 세포 내로 주입하여 공생하는 독특한 시스템을 가지고 있습니다. 과학자들은 이 원리를 응용하여 우리가 원하는 유전자를 식물에 정밀하게 전달하는 기술을 완성했습니다. 이를 통해 제초제 저항성 콩이나 해충 저항성 옥수수(Bt Corn)와 같은 1세대 유전자 변형 작물(GMO)들이 탄생하여 농업 생산성을 높여왔습니다. 생명공학 기술은 단순히 생산량을 늘리는 것에 그치지 않고 작물의 영양 성분과 품질을 개선하는 데에도 기여합니다. 비타민 A 결핍으로 시력을 잃는 아이들을 위해 개발된 '황금 쌀'이나, 발암 물질 생성을 줄이고 갈변을 막은 '이네이트 감자'가 대표적인 사례입니다. 이러한 기술은 저개발 국가의 영양 불균형 문제를 해결하고 소비자에게 더 건강한 먹거리를 제공하는 가능성을 보여주었습니다. 이는 종자 기술이 인류의 보건과 삶의 질 향상에 얼마나 중요한 역할을 하는지 증명합니다. 최근에는 '크리스퍼 유전자 가위' 기술이 등장하며 종자 개량의 새로운 지평을 열었습니다. 이 기술은 외부 유전자를 도입하는 대신 식물이 가진 기존 유전자의 특정 부위를 정밀하게 교정하는 방식입니다. 덕분에 전통적인 돌연변이 육종과 유사하면서도 훨씬 빠르고 정확하게 원하는 형질을 얻을 수 있습니다. 현재 이 기술은 병해충 저항성이 강한 벼나 밀, 그리고 건강에 유익한 성분을 강화한 '플레니쉬 콩' 개발 등 다양한 작물에 활발히 적용되고 있습니다. 기후 위기에 대응하기 위해 가장 시급한 과제 중 하나는 가뭄 저항성 작물을 개발하는 것입니다. 가뭄은 전 세계적으로 막대한 농작물 피해를 주는 주범이며, 이를 극복하기 위해 특정 아미노산(BCAA) 합성을 조절하여 수분 부족에도 잘 견디는 가뭄 저항성 벼와 콩 연구가 진행되고 있습니다. 100억 인구가 행복하게 먹고살 수 있는 먹거리를 확보하려는 '텐 빌리언 프로젝트'의 성공은 이러한 극한 환경에서도 생존하고 결실을 맺는 강인한 종자를 개발하는 데 달려 있습니다. 지속 가능한 미래를 위해서는 탄소 중립을 실현하는 농업 기술도 필수적입니다. 특히 질소 비료 사용으로 발생하는 아산화질소는 이산화탄소보다 온난화 지수가 훨씬 높아 환경에 큰 부담을 줍니다. 따라서 비료 사용량을 줄이면서도 생산성을 유지할 수 있는 질소 이용 효율 증진 작물의 개발이 중요합니다. 종자생명과학은 식량 위기 해결과 환경 보호라는 두 마리 토끼를 동시에 잡음으로써, 인류가 기후 위기 속에서도 번영을 이어갈 수 있는 토대를 마련해 줄 것입니다.

김주곤

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[인터뷰] 김주곤_쌀과 밀, 어느 것이 건강에 더 좋을까? | 2022 카오스강연 '생명행성(Life planet)'

벼는 전 세계 인구의 절반 이상이 주식으로 삼는 매우 중요한 작물이지만, 이를 주곡으로 하는 지역의 사람들은 종종 심각한 영양 부족 문제에 직면하곤 합니다. 특히 쌀에는 비타민 A 전구체인 베타카로틴이 결핍되어 있어, 저개발국의 수많은 어린이들이 야맹증이나 시력 약화로 고통받는 현실입니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 가뭄에 강하면서도 필수 영양 성분을 강화한 새로운 종자를 개발하는 연구는 인류의 건강과 생존권을 지키기 위한 필수적인 과제라고 할 수 있습니다. 유전자 변형 생물체(GMO)에 대한 막연한 불안감이 존재하지만, 지난 25년 동안 전 세계 수십억 명의 인구가 이를 섭취해 왔음에도 불구하고 유해성이 입증된 사례는 단 한 건도 없었습니다. 과학계는 GMO 개발 단계에서 아미노산 서열 분석을 통해 알레르기 유발 가능성을 철저히 검증하며 안전성을 확보하고 있습니다. 우리가 일상적으로 섭취하는 일반 식품에서도 개인차에 따른 알레르기가 발생할 수 있다는 점을 고려한다면, GMO 기술은 과학적 근거에 기반한 안전한 식량 생산 기술로 이해되어야 합니다. 최근 주목받는 유전자 편집 기술은 외부 유전자를 주입하는 GMO와 달리, 작물 자체의 유전자 서열을 정밀하게 교정하는 방식입니다. 이는 자연계에서 발생하는 돌연변이 육종과 원리적으로 구분되지 않아 안전성 논란에서 비교적 자유롭다는 장점이 있습니다. 특히 크리스퍼-카스9과 같은 혁신적인 시스템의 등장은 정밀 육종의 시대를 열었으며, 이를 통해 기후 변화에 대응할 수 있는 유용한 형질을 신속하게 구현할 수 있게 되었습니다. 이러한 기술적 진보는 인류가 직면한 식량 위기를 극복할 강력한 도구가 될 것입니다. 식물은 세포 하나가 완전한 개체로 재생될 수 있는 '전분화능'이라는 놀라운 능력을 갖추고 있어 생명공학 연구에서 동물보다 훨씬 유리한 고지를 점하고 있습니다. 또한 지구상에서 태양 에너지를 유기물로 전환하여 생태계 전체에 에너지를 공급하는 유일한 생산자이기도 합니다. 이러한 식물의 생물학적 잠재력은 단순히 먹거리를 제공하는 수준을 넘어, 인류가 직면한 에너지 문제와 환경 문제를 동시에 해결할 수 있는 열쇠를 쥐고 있다고 해도 과언이 아닙니다. 2050년 세계 인구는 100억 명에 달할 것으로 예상되며, 기후 변화로 인한 경작지 감소는 식량 안보를 심각하게 위협하고 있습니다. 전통적인 육종 방식만으로는 급증하는 식량 수요를 감당하기에 한계가 있으므로, 현대 생명공학 기술을 활용한 종자 개량은 선택이 아닌 필수입니다. 미래에는 극심한 온난화로 인해 거대한 실내 식물원 형태의 농업이 보편화될 가능성도 제기되고 있습니다. 인류의 지속 가능한 미래를 위해서는 과학 기술을 바탕으로 한 식량 생산 효율의 극대화가 절실히 요구되는 시점입니다.

김주곤

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생명과학

[강연] 나무와 새 _ 박찬열 ㅣ 2022 카오스강연 '생명행성' 2강 | 2강

숲의 신록이 시작되면 나무와 곤충, 새는 치열한 생존 전략을 펼치며 긴밀한 관계를 맺습니다. 참나무류인 졸참나무와 굴참나무는 잎의 배열 구조부터 확연히 다른 생존 방식을 보여줍니다. 졸참나무는 잎이 촘촘하게 붙어 있어 새가 애벌레를 찾기 쉬운 구조를 택함으로써 천적의 도움을 받는 전략을 취합니다. 반면 굴참나무는 잎이 듬성듬성해 새의 접근이 어렵기에 스스로 타닌 같은 방어 물질을 더 많이 만들어내어 자신을 보호합니다. 이는 식물이 단순히 고정된 존재가 아니라 주변 생명체와 끊임없이 소통하며 진화해 온 결과입니다. 식물은 종자를 멀리 퍼뜨리기 위해 동물을 영리하게 이용하며 상호작용 네트워크를 형성합니다. 고추는 포유류가 기피하는 캡사이신을 만들어 매운맛을 느끼지 못하는 새에게만 열매를 내어줌으로써 씨앗을 멀리 이동시킵니다. 도토리 역시 다람쥐가 먹다가 쓴맛 때문에 버리는 부분에 배아를 숨겨 싹을 틔우는 전략을 사용합니다. 이처럼 식물은 이동의 한계를 극복하기 위해 특정 동물을 유인하거나 거부하는 정교한 메커니즘을 발전시켜 왔으며, 이러한 관계는 생태계의 풍요로움을 유지하는 핵심적인 동력이 됩니다. 기후 위기는 생태계의 정교한 시계태엽을 어긋나게 만들어 먹이망의 불일치를 초래합니다. 기온이 상승하면 식물의 개엽과 애벌레의 성장은 빨라지지만, 항온 동물인 새의 번식 시기는 이를 즉각적으로 따라가지 못하는 경우가 발생합니다. 애벌레가 새의 육추 시기보다 먼저 성충이 되어 날아가 버리면 새끼 새들은 심각한 먹이 부족에 시달리게 됩니다. 이러한 생물계절학적 불일치는 생물 다양성을 위협하는 요소가 되며, 자연의 조화로운 리듬이 무너질 때 생태계 전체가 겪게 될 위기를 예고하고 있습니다. 도시에 적응한 새들은 소음과 환경 변화에 맞춰 자신들의 삶의 방식을 유연하게 변모시킵니다. 숲 가장자리에 사는 박새는 자동차 소음을 뚫고 동종 간에 소통하기 위해 주파수를 높이거나 음절을 변조하는 전략을 취합니다. 또한 자연적인 둥지 재료가 부족한 환경에서 테니스공 껍질이나 담배 필터, 야자 섬유 등을 이용해 보금자리를 만들기도 합니다. 이는 생명체가 인위적인 환경 속에서도 생존을 위해 얼마나 치열하게 적응하고 소통하는지를 보여주는 사례이며, 도시라는 공간이 새로운 생태적 실험장이 되고 있음을 시사합니다. 숲의 둥지망에서 딱따구리는 다른 생명체들에게 집을 제공하는 핵심종 역할을 수행하며 생태계의 부동산업자 역할을 합니다. 딱따구리가 만든 나무 구멍은 스스로 집을 짓지 못하는 박새나 원앙, 소쩍새 같은 다른 새들의 소중한 보금자리가 됩니다. 특히 고사목은 단순히 죽은 나무가 아니라 딱따구리의 먹이 터이자 수많은 생물의 안식처로서 생과 사가 공존하는 공간입니다. 숲의 건강성을 유지하기 위해서는 썩은 나무조차 생태계의 일원으로 존중하며 둥지망의 연결 고리를 보존하는 정책적 배려와 인식의 전환이 필요합니다. 미래 도시에서 나무는 단순한 조경을 넘어 필수적인 초록 인프라로서 도시의 생존을 지탱하는 역할을 할 것입니다. 나무는 광합성을 통해 탄소를 흡수할 뿐만 아니라, 잎의 미세털과 왁스층을 이용해 미세먼지를 효과적으로 저감하는 필터 기능을 수행합니다. 또한 증산 작용을 통해 액체 상태의 물을 기체로 바꾸며 주변 온도를 낮추는 천연 에어컨 역할을 합니다. 이러한 식물의 기능은 기후 변화에 대응하고 인간의 삶의 질을 높이는 자연 기반 해결책으로서, 수직과 수평을 아우르는 미래 도시 설계의 핵심적인 요소가 됩니다. 인간은 자연과 연결될 때 정서적 풍요로움을 느끼는 바이오필리아 본능을 가지고 있으며, 이는 도시 생활에서 더욱 중요해집니다. 도시 숲의 혜택을 온전히 누리기 위해서는 새똥이나 벌레로 인한 작은 불편함을 감수하고, 다른 생명체와의 상호작용을 존중하는 마음가짐이 필요합니다. 한 그루의 나무를 심고 가꾸는 행위는 결국 우리 자신의 미래와 정서를 가꾸는 일과 같습니다. 자연을 정복의 대상이 아닌 공존의 파트너로 바라볼 때, 비로소 인간과 자연이 조화를 이루는 지속 가능한 생명 행성의 미래를 꿈꿀 수 있을 것입니다.

박찬열

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[인터뷰] 박찬열_식물은 새와 곤충과 대화하면서 세상을 움직인다! | 2022 카오스강연 '생명행성(Life planet)'

기후변화로 인해 우리 산림의 풍경이 급격히 변하고 있습니다. 고산지대의 구상나무와 같은 침엽수들이 겨울과 봄철의 극심한 건조함을 견디지 못하고 갈변하며 사라지는 반면, 그 자리를 활엽수들이 빠르게 채워가고 있습니다. 동물과 달리 이동할 수 없는 식물은 환경 변화를 온몸으로 견디다 한계에 다다르면 결국 고사하게 됩니다. 이러한 변화는 단순히 수종의 교체를 넘어, 상록수들이 사라지고 낙엽성 활엽수들이 확장되는 새로운 생태적 국면을 예고하고 있습니다. 숲은 미세먼지를 저감하는 중요한 역할을 하지만, 동시에 복잡한 화학 작용의 장이기도 합니다. 나무가 내뿜는 휘발성 유기화합물인 피톤치드는 대기 중의 오염물질과 만나 미세먼지 전구물질이 될 가능성도 존재합니다. 따라서 도시숲을 조성할 때는 대기의 흐름을 고려하고, 특정 물질을 과다하게 배출하는 수종을 적절히 관리하는 기술적 접근이 필요합니다. 숲을 어떻게 유지하고 관리하느냐에 따라 우리는 더 쾌적한 공기를 마실 수 있는 건강한 환경을 만들 수 있습니다. 기후변화는 새들의 삶의 방식도 바꾸어 놓았습니다. 대사율이 높아진 새들은 더 시원한 고지대로 이동하거나, 과거에는 동남아시아로 떠났던 백로와 왜가리가 이제는 따뜻해진 서울의 하천에서 그대로 겨울을 나기도 합니다. 이는 도시의 기온 상승과 풍부한 먹이 자원이 결합된 결과입니다. 새들의 이동 경로와 서식지 변화는 우리에게 지구가 얼마나 더워졌는지를 알려주는 중요한 지표이며, 우리가 사는 환경의 변화를 실시간으로 보여주는 생생한 메시지가 됩니다. 새들은 소리를 통해 세상과 소통하며 자신의 상태를 알립니다. 번식기에는 고유의 노랫소리로 짝을 찾고, 천적이 나타나면 특유의 '경계음(Alarm Call)'을 내뱉어 위험을 알립니다. 이러한 소리들은 단순한 울음이 아니라 생존을 위한 정교한 신호 체계입니다. 우리가 숲에서 들리는 새소리에 귀를 기울이고 이를 구분할 수 있게 된다면, 보이지 않는 숲의 이면에서 벌어지는 수많은 생명 활동과 생태계의 건강성을 더욱 깊이 이해할 수 있게 될 것입니다. 우리 곁을 지키던 참새와 제비가 사라지는 현상은 인간의 생활 양식 변화와 밀접하게 맞닿아 있습니다. 흙벽과 처마가 사라진 콘크리트 도시에서 이들은 더 이상 안전하게 둥지를 틀 곳을 찾지 못합니다. 친숙했던 생물들의 부재는 생태계의 상호작용이 서서히 끊어지고 있음을 경고합니다. 식물의 광합성에서 시작된 생명의 에너지가 곤충과 새, 그리고 인간에게로 이어지는 이 거대한 연결 고리를 보존하는 것이야말로 우리가 미래 세대를 위해 지켜나가야 할 가장 소중한 가치입니다.

박찬열

카오스재단석학인터뷰

생명과학

[강연] 식물과 기후변화 _ 박연일, 강호정, 김광형, 김상규 ㅣ 2022 봄 카오스강연 '식물행성' 10강 카오스 콘서트 | 10강

식물은 정적인 존재처럼 보이지만, 사실 화학 물질이라는 정교한 언어를 통해 주변 세계와 끊임없이 소통하고 있습니다. 꽃향기는 단순히 인간의 코를 즐겁게 하기 위함이 아니라, 나비나 벌 같은 화분 매개자를 유혹하거나 자신을 갉아먹는 적을 물리치기 위한 전략적 메시지입니다. 카페인이나 니코틴 같은 물질 역시 식물이 스스로를 보호하기 위해 만들어낸 독성 물질의 일종입니다. 이러한 화학적 상호작용을 연구하는 화학 생태학은 식물이 자연이라는 거대한 네트워크 속에서 어떻게 관계를 맺고 생존해 나가는지를 해독하는 중요한 열쇠가 됩니다. 식물의 광합성은 지구 생명 역사의 근간을 이루는 가장 혁명적인 사건 중 하나입니다. 약 30억 년 전 남세균의 출현으로 시작된 산소 방출은 대기 성분을 완전히 바꾸어 놓았으며, 이는 에너지 효율이 높은 진핵생물과 다세포 생물이 등장할 수 있는 토대가 되었습니다. 하지만 산소의 등장은 당시 산소에 적응하지 못한 수많은 미생물에게는 대참사이기도 했습니다. 오늘날 식물은 엽록소와 루비스코 같은 정교한 단백질 복합체를 통해 태양 에너지를 유기물로 전환하며, 지구 탄소 순환의 핵심적인 역할을 수행하고 있습니다. 대기 중 이산화탄소 농도가 급격히 상승하면서 식물의 생리적 반응에도 변화가 나타나고 있습니다. 흔히 이산화탄소가 많아지면 식물이 더 잘 자랄 것이라 기대하지만, 실제로는 키가 크기보다는 전분과 같은 당분 함량만 높아지는 일종의 '당뇨병' 상태에 빠지기 쉽습니다. 특히 습지 생태계에서는 높아진 이산화탄소 농도로 인해 메탄과 같은 온실가스 배출이 오히려 증가하는 부작용이 관찰되기도 합니다. 이는 단순히 나무를 많이 심는 것보다, 탄소가 땅속 유기물로 얼마나 안정적으로 저장될 수 있는지를 이해하는 것이 기후 위기 대응에 더 중요함을 시사합니다. 농업은 기후 변화의 최전선에서 가장 먼저 타격을 받는 분야이며, 이는 사회 전반으로 번지는 '방아쇠 효과'를 유발할 수 있습니다. 역사적으로 기후 변화로 인한 농업 생산성 저하는 기근과 전염병을 넘어 전쟁과 국가의 멸망으로 이어지는 연쇄적인 비극을 초래해 왔습니다. 아일랜드 대기근이나 프랑스 대혁명 같은 역사적 사건들은 이상 기후가 인류 문명의 존립을 어떻게 위협하는지 잘 보여줍니다. 따라서 현대의 농업은 단순한 생산 증대를 넘어, 기후 변화에 적응하고 탄소 배출을 완화하는 '기후 스마트 농업'으로의 전환이 절실한 시점입니다. 현재 지구는 과거 다섯 차례의 대멸종에 버금가는 생물 다양성 위기에 직면해 있습니다. 기온 상승 속도가 생물들의 적응 능력을 앞지르면서 수많은 종이 사라지고 있으며, 이는 생태계 서비스의 붕괴로 이어집니다. 특히 꿀벌과 같은 화분 매개자의 감소는 식물의 번식과 인류의 식량 안보에 직접적인 위협이 됩니다. 자연이라는 실험실이 사라지기 전에 우리는 우리 주변의 생태계가 어떻게 구성되어 있고 어떤 변화를 겪고 있는지 더 정밀하게 관찰하고 기록해야 합니다. 자연을 아는 것이 보호의 첫걸음이기 때문입니다. 인류는 과학 기술을 통해 기후 위기를 극복할 수 있다는 낙관론과 시스템의 한계로 인해 멸망을 피할 수 없다는 비관론 사이에서 치열하게 논쟁하고 있습니다. 탄소 포집 기술이나 신재생 에너지의 발전은 희망적인 신호를 주지만, 자본주의 경제 체제 아래에서의 무분별한 개발과 자국 우선주의는 전 지구적 공조를 어렵게 만듭니다. 기술적 해결책이 실질적인 효과를 거두기 위해서는 생태계의 복잡한 메커니즘에 대한 깊은 이해와 더불어, 인류 전체의 위기의식 공유와 행동 변화가 반드시 뒷받침되어야 합니다. 식물행성이라는 이름 아래 진행된 탐구는 결국 인간이 지구라는 거대한 생태계의 일원임을 다시금 깨닫게 해줍니다. 식물의 언어를 이해하고, 광합성의 신비를 풀며, 기후 변화에 대응하는 모든 노력은 인류의 지속 가능한 미래를 위한 필수적인 과정입니다. 자연을 단순히 이용의 대상으로 보지 않고, 함께 공존해야 할 파트너로 인식할 때 비로소 우리는 기후 위기라는 거대한 파도를 넘을 수 있을 것입니다. 작은 곤충의 이름 하나를 아는 것에서 시작되는 관심이 모여 지구의 푸른 생명력을 지키는 거대한 힘이 되기를 기대합니다.

강호정, 김광형, 김상규, 박연일

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[인터뷰] 강호정_땅속 미생물이 인간이 배출하는 CO2의 5배 이상 배출한다? | 2022 봄 카오스강연 '식물행성(plant planet)'

흙 속 미생물과 기후 변화를 연구하는 생태학의 세계에서 가장 주목받는 식물 중 하나는 '스파그넘'이라 불리는 물이끼입니다. 이 식물은 화려한 꽃도 없고 성장 속도도 매우 느리지만, 죽은 뒤에도 잘 썩지 않고 땅속에 층층이 쌓이는 독특한 성질을 지니고 있습니다. 주로 춥고 축축한 북미나 시베리아 지역에 분포하며, 광합성을 통해 흡수한 탄소를 장기간 저장하는 중요한 역할을 수행합니다. 기후 변화 대응의 핵심인 탄소 저장고로서 물이끼의 가치는 매우 높습니다. 지표면의 극히 일부만을 차지하는 습지는 지구 생태계의 거대한 스펀지와 같습니다. 비가 많이 올 때는 물을 머금어 홍수를 예방하고, 가뭄 시에는 저장했던 물을 조금씩 내보내 피해를 줄이는 조절 능력을 발휘합니다. 또한 수많은 동식물이 서식하는 생물 다양성의 보고이자, 전 지구적인 탄소 저장고로서 인류 문명사적으로도 막대한 가치를 지닙니다. 철새들이 긴 여정 중에 쉬어가는 기착지 역할까지 수행하며 지구의 생명력을 유지하는 데 기여하고 있습니다. 기후 변화로 인한 온도 상승은 땅속 미생물의 호흡을 가쁘게 만들어 탄소 분해를 가속화합니다. 이는 대기 중으로 더 많은 이산화탄소를 배출하는 결과를 초래하며, 강수량 변화에 따른 미생물 구성의 변화는 환경에 또 다른 연쇄 반응을 일으킵니다. 특히 미생물이 매년 내뿜는 이산화탄소의 양은 인류가 화석 연료를 태워 발생하는 양의 5배가 넘습니다. 메탄이나 아산화질소 같은 강력한 온실기체 발생에도 핵심적인 역할을 하기에 미생물 연구는 기후 위기 해결의 열쇠가 됩니다. 생태학은 실험실 안의 분석을 넘어 자연 그 자체를 연구 대상으로 삼는 학문입니다. 연구자들은 야외 조사지에서 장기간 생태계의 변화를 관찰하고, 때로는 인위적으로 온도를 높이거나 이산화탄소를 살포하여 미래 환경을 모사하는 조작 실험을 수행합니다. 현장 조사와 실험실 분석, 그리고 방대한 데이터를 처리하기 위한 통계학적 방법론이 결합된 융합적인 성격을 띱니다. 이러한 다각적인 접근을 통해 우리는 기후 변화가 생태계 전반에 미치는 영향을 보다 정밀하게 예측할 수 있습니다. 우리가 눈으로 보는 식물의 모습은 빙산의 일각에 불과하며, 땅속에는 그만큼 거대한 뿌리 시스템이 존재합니다. 뿌리는 단순히 식물을 지지하고 영양분을 흡수하는 것을 넘어, 주변 미생물 및 다른 식물들과 복잡한 네트워크를 형성합니다. 최근 연구에 따르면 나무들은 균류를 매개로 화학적 정보를 주고받으며 서로 소통하고 자원을 공유합니다. 겉으로 보이는 초록빛 잎사귀만큼이나 보이지 않는 땅속에서 일어나는 역동적인 상호작용에 주목할 때 식물의 진면목을 이해할 수 있습니다.

강호정

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[인터뷰] 김광형_2050년 식량위기가 과장이 아닌 이유? | 2022 봄 카오스강연 '식물행성(plant planet)'

식물병생태학은 식물병을 생태학적 관점에서 접근하여 기후변화에 따른 병원균의 동태와 생태계 내 다른 생물들과의 상호작용을 연구하는 학문입니다. 특히 전 세계 인구의 절반 이상이 주식으로 삼는 벼는 식량 안보와 직결되는 중요한 작물로, 기후변화에 대응하기 위한 연구의 핵심 대상이 됩니다. 기후 서비스는 이러한 기후 정보를 농업과 수자원 등 다양한 분야의 의사결정에 활용할 수 있도록 지원하며, 특히 기후변화에 취약한 개발도상국의 농업 체계를 보호하는 데 중요한 역할을 합니다. 과거의 기후변화는 비교적 완만하게 진행되어 농업 체계가 그 속도에 맞춰 적응할 여유가 있었으나, 산업혁명 이후의 변화는 그 속도가 너무 빨라 현재의 기술력으로 대응하기에 한계가 있습니다. 기후변화는 더 이상 50년이나 100년 뒤의 먼 미래 이야기가 아니라, 지금 당장 우리 삶에 영향을 미치고 있는 현실적인 위협입니다. 아열대 작물 재배와 같은 긍정적인 측면도 일부 존재하지만, 급격한 환경 변화로 인한 부정적인 영향이 훨씬 크기 때문에 우리는 기후변화의 당사자라는 인식을 가지고 적극적으로 대응해야 합니다. 농업이 기후변화와 만났을 때 발생하는 '방아쇠 효과'는 매우 치명적입니다. 작은 사건이 연쇄적인 반응을 일으켜 거대한 결과를 초래하듯, 농업의 타격은 기근과 전염병을 넘어 경제 위기와 국가의 존립을 흔드는 전쟁으로까지 이어질 수 있습니다. 역사를 되짚어 보더라도 기후변화로 인한 농업의 붕괴가 문명의 멸망으로 이어진 사례를 쉽게 찾아볼 수 있습니다. 따라서 농업을 지키는 것은 단순히 먹거리를 확보하는 차원을 넘어, 우리 사회의 안정과 지속 가능성을 유지하기 위한 가장 기본적인 방어선을 구축하는 일과 같습니다. 기후변화로 인해 식물은 병해충에 의한 생물적 스트레스와 가뭄, 폭염 같은 비생물적 스트레스를 동시에 겪게 됩니다. 이러한 복합적인 스트레스 상황에서 식물이 나타내는 저항 메커니즘은 단일 스트레스 상황과는 전혀 다른 양상을 보일 수 있어 정밀한 연구가 필요합니다. 이상기후가 빈번해짐에 따라 식물의 대응 능력을 파악하고 이를 강화하는 방법을 찾는 것은 미래 농업의 핵심 과제입니다. 식물이 환경 변화에 어떻게 대처하는지, 그리고 어떤 상황에서 더 취약해지는지를 밝혀내는 연구는 기후 위기 시대의 농업을 지탱하는 과학적 토대가 됩니다. 2050년 90억 명에 달할 인구를 부양하기 위해서는 현재보다 약 70% 이상의 식량 생산 증대가 필요하지만, 기존의 기술로는 이를 달성하기 어렵습니다. 이에 대한 현실적인 대안으로 주목받는 것이 GMO입니다. GMO를 통해 병해충 저항성을 높이거나 열악한 환경에서도 잘 자라는 작물을 개발함으로써 소실되는 식량을 줄이고 생산성을 극대화할 수 있습니다. GMO에 대한 막연한 불안감보다는 인슐린 생산처럼 이미 우리 삶에 기여하고 있는 과학적 사례들을 바탕으로, 장기적인 생태계 영향을 면밀히 검토하며 식량 위기를 해결할 도구로 활용해야 합니다.

김광형

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[인터뷰] 박연일_인공광합성에 도전하는 ‘호모 솔라리우스(Homo Solarius)? | 2022 봄 카오스강연 '식물행성(plant planet)'

지구 생태계의 근간을 이루는 광합성은 단순한 생물학적 현상을 넘어 인류의 기원과 밀접한 관련이 있습니다. 충남대학교 박연일 교수는 40년 동안 남세균이라 불리는 미세조류를 연구하며 지구의 변화를 추적해 왔습니다. 남세균은 지구상에 산소를 공급함으로써 인간과 같은 고등 생물이 진화할 수 있는 토대를 마련한 존재입니다. 이들은 단순한 연구 대상을 넘어 지구 역사의 산증인이자 인류의 생존을 가능하게 한 소중한 동반자라고 할 수 있습니다. 생명의 시작과 진화의 과정을 이해하기 위해서는 이 작은 생명체가 일구어낸 광합성의 역사를 먼저 들여다보아야 합니다. 광합성 연구는 20세기 중반에 정점을 찍었으며, 생화학, 물리학, 공학 등이 어우러진 대표적인 다학제적 융합학문입니다. 하지만 우리나라는 기초과학 연구가 본격화된 시기가 다소 늦어 이 분야의 성숙기에 합류하는 데 어려움이 있었습니다. 광합성은 단순히 유전자를 찾는 수준을 넘어 복합적인 시스템을 이해해야 하는 고난도 분야이기에 오늘날 연구자들의 관심이 상대적으로 적은 편입니다. 그러나 기후위기 시대에 탄소순환의 핵심인 광합성의 가치는 더욱 커지고 있습니다. 다양한 학문적 배경을 가진 연구자들이 협력하여 광합성의 신비를 풀어나가는 집단 연구 체계가 절실한 시점입니다. 식물은 태양 에너지를 이용해 생명 활동에 필요한 에너지화폐인 ATP를 스스로 만들어냅니다. 인간이 음식물을 섭취하고 세포 호흡을 통해 에너지를 얻는 것과 달리, 식물은 광합성을 통해 대기 중 이산화탄소의 90% 이상을 고정하며 지구의 탄소순환을 주도합니다. 우리가 인식하지 못하는 사이에도 광합성은 대기순환과 에너지 공급의 중추적인 역할을 수행하고 있습니다. 이러한 독립영양방식은 식물이 지구 환경을 결정짓는 강력한 주체임을 보여줍니다. 결국 식물의 생존 전략을 이해하는 것은 지구 전체의 에너지 흐름을 파악하는 것과 같습니다. 최근 주목받는 인공광합성은 식물의 메커니즘을 모방하여 물을 분해하고 수소 에너지를 생산하려는 시도입니다. 빛을 포집하는 색소와 물 분해 기구, 수소화효소를 인공적으로 구현하는 것이 핵심입니다. 다만 현재 기술의 가장 큰 장벽은 빛에 의해 장치가 파괴되는 산화 현상입니다. 살아있는 식물은 손상된 부위를 스스로 수선하는 놀라운 보수 기능을 갖추고 있지만, 인공 장치에는 아직 이러한 시스템이 부재합니다. 이를 해결하기 위해서는 식물의 자가치유 메커니즘을 공학적으로 완벽하게 재현할 수 있는 혁신적인 기술적 돌파구가 마련되어야 합니다. 미래의 지구는 다시 한번 식물과 광합성에 의해 그 운명이 결정될 것입니다. 지구온난화와 기후변화 문제를 해결할 열쇠 역시 광합성에 대한 깊은 이해와 활용에 있습니다. 나아가 인류는 광합성 기구를 모방하거나 스스로 에너지를 생산하는 '호모 솔라리우스'로의 진화를 꿈꿀지도 모릅니다. 식물의 과거와 현재를 살피는 일은 단순히 지식을 쌓는 것을 넘어, 우리 후손들이 살아갈 미래의 생존 전략을 모색하는 가장 근본적인 과정이라 할 수 있습니다. 광합성은 과거의 유산이 아니라 인류의 지속 가능한 미래를 보장할 가장 강력한 생명 공학적 도구가 될 것입니다.

박연일

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[인터뷰] 이일하_꽃을 해부하면 꽃이 아니다? | 2022 봄 카오스강연 '식물행성(plant planet)'

식물학자의 시선으로 바라보는 식물은 분석의 대상인 동시에 경이로운 예술 작품입니다. 30년 넘게 식물의 개화를 연구해 온 학자에게 느티나무는 그 수려한 자태와 넉넉한 그늘로 특별한 안식처가 되어줍니다. 꽃을 해부하고 현미경으로 들여다보는 과정은 때로 꽃의 낭만을 앗아가는 것처럼 보일 수 있지만, 그 정교한 미세 구조를 마주할 때 느끼는 감동은 일반적인 관조를 넘어섭니다. 식물은 단순한 생명체를 넘어 기품 있는 형태와 섬세한 생명력을 지닌 존재로, 우리에게 깊은 영감과 편안함을 동시에 제공합니다. 식물이 제 계절에 맞춰 꽃을 피우는 원리는 '개화 유전자'라는 정교한 시스템에 의해 조절됩니다. 루미니디펜덴스와 같은 유전자는 식물이 언제 꽃을 피울지 결정하는 핵심적인 역할을 수행하지만, 그 구체적인 생화학적 기작은 여전히 현대 과학의 미스터리로 남아 있습니다. 최근 지구 온난화로 인해 봄꽃의 개화 시기가 앞당겨지고 가을꽃인 코스모스가 늦여름에 피는 현상은 이러한 유전적 조절 시스템이 환경 변화에 민감하게 반응하고 있음을 보여줍니다. 이는 기후 위기가 식물의 생애 주기에 직접적인 영향을 미치고 있다는 증거이기도 합니다. 식물은 인간과 같은 신경계나 감각 기관을 가지고 있지 않지만, 세포 수준에서 환경을 매우 정교하게 인지합니다. 특히 빛을 감지하는 능력은 인간보다 뛰어난 면이 있는데, 인간이 한 종류의 광수용체로 사물을 보는 반면 식물은 적색광, 청색광, 자외선 등을 각각 인지하는 네 종류 이상의 광수용체를 보유하고 있습니다. 이를 두고 식물이 '네 개의 눈'을 가졌다고 비유하기도 합니다. 이러한 감각 체계는 식물이 이동할 수 없는 한계를 극복하고 주어진 환경에서 최적의 생존 전략을 짜는 데 필수적인 토대가 됩니다. 인류 문명 1만 년의 역사 동안 식물은 의식주의 모든 요소를 제공하며 생존의 근간이 되어왔습니다. 다가올 2050년, 지구 인구가 100억 명에 육박할 것으로 예측되는 상황에서 현재의 작물 생산량으로는 심각한 식량 위기를 피하기 어렵습니다. 따라서 식물의 생명 현상을 깊이 이해하고 작물의 생산 효율을 높이는 연구는 인류의 미래를 지키는 필수적인 과제입니다. 식물학은 단순히 자연을 탐구하는 학문을 넘어, 다가올 위기에 대응하고 지속 가능한 인류의 삶을 보장하기 위한 핵심적인 열쇠를 쥐고 있습니다. 식물의 진화 과정은 광합성을 통한 에너지 자립과 고착 생활이라는 독특한 선택의 결과입니다. 광합성 세균과의 세포 내 공생을 통해 스스로 에너지를 얻게 된 식물은 움직일 필요가 없어졌고, 대신 포식자로부터 자신을 보호하기 위해 단단한 세포벽을 발달시켰습니다. 이러한 세포벽의 형성은 식물을 한곳에 머물게 했지만, 동시에 다세포 생물로서 독자적이고 다양한 진화의 길을 걷게 하는 동력이 되었습니다. 식물이 보여주는 생명력과 적응의 역사는 동물의 진화와는 또 다른 관점에서 생명의 신비로움을 우리에게 일깨워 줍니다.

이일하

카오스재단카오스강연

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[강연] 보이지 않는 식물 행성, 뿌리 _ 이지영 ㅣ 2022 봄 카오스강연 '식물행성' 7강 | 7강

식물의 생애는 우리가 보지 못하는 땅속 깊은 곳에서 시작됩니다. 씨앗이 발아할 때 가장 먼저 뻗어 나오는 것은 뿌리이며, 이는 지상부가 본격적으로 성장하기 전 식물 전체를 지탱할 단단한 토대를 마련하기 위함입니다. 뿌리는 단순히 식물을 고정하는 역할을 넘어, 흙 속에서 자신만의 영역을 구축하며 지상부와 끊임없이 소통하는 역동적인 기관입니다. 보이지 않는 곳에서 생명의 근간을 이루는 뿌리의 활동은 식물 전체의 생존과 번영을 결정짓는 핵심적인 요소로 작용하며, 지상부의 화려한 모습 뒤에 숨겨진 진정한 생명력의 원천이라 할 수 있습니다. 찰스 다윈은 뿌리의 끝부분인 생장점이 하등 동물의 뇌와 같은 역할을 한다고 제안하며 이를 '루트 브레인' 이론으로 설명했습니다. 실제로 뿌리는 물리적인 장애물을 만나면 스스로 멈추고 방향을 틀며, 수분이 많은 곳을 감지하여 그쪽으로 곁뿌리를 내리는 등 매우 지능적이고 선택적인 행동을 보여줍니다. 이러한 굴수성과 같은 반응은 뿌리가 주변 환경을 능동적으로 인지하고 최적의 생존 경로를 찾아가는 정교한 과정임을 증명합니다. 뿌리는 환경 변화에 맞춰 자신의 구조를 유연하게 변형하며 가장 효율적인 방식으로 영양분을 흡수하는 전략을 취합니다. 뿌리의 내부 구조는 현미경으로 들여다보았을 때 매우 정교하고 규칙적인 배열을 갖추고 있습니다. 바깥쪽의 뿌리털은 표면적을 극대화하여 물과 무기 염류를 흡수하고, 내피에 위치한 카스파리선은 외부 물질이 관다발로 들어오기 전 반드시 세포의 점검을 거치게 하는 엄격한 관문 역할을 수행합니다. 중심부의 관다발은 양분과 물을 수송하는 고속도로와 같으며, 이러한 세포 층의 배열은 수억 년의 진화 과정 속에서 기능적 협력을 위해 최적화된 상태로 유지되어 왔습니다. 이러한 구조적 완결성은 육상 식물이 척박한 환경에서도 성공적으로 정착할 수 있었던 비결입니다. 식물은 토양 속 미생물들과 긴밀한 상호 공생 관계를 맺으며 생존 능력을 극대화합니다. 콩과 식물은 뿌리혹박테리아를 자신의 뿌리 안으로 끌어들이고, 대다수의 관속식물은 내생균근 곰팡이와 거대한 네트워크를 형성하여 인산 흡수 효율을 획기적으로 높입니다. 특히 곰팡이 균사를 통해 여러 식물이 서로 연결되는 현상은 '우드 와이드 웹'이라 불리며, 이는 숲 전체가 정보를 공유하고 에너지를 주고받는 거대한 소통의 장이 됩니다. 뿌리는 단순히 개별적인 흡수 기관이 아니라, 주변 생명체와 끊임없이 교류하며 생태계의 균형을 유지하는 능동적인 중심지입니다. 뿌리가 멈추지 않고 계속 자라날 수 있는 비결은 분열층에 위치한 줄기세포 집단에 있습니다. 분열 지원 중심(QC)은 주변의 시원세포들이 비대칭 분열을 통해 새로운 세포를 지속적으로 공급할 수 있도록 이들의 운명을 보호하고 유지하는 사령탑 역할을 합니다. 이때 옥신이라는 호르몬은 세포 사이를 방향성 있게 이동하며 뿌리의 전체적인 발달 패턴과 농도 기울기를 정밀하게 조절합니다. 이러한 체계적인 세포 분열 기작은 뿌리가 훼손되었을 때 원래의 형태로 완벽하게 복구될 수 있는 놀라운 재생 능력의 근간이 되며 식물의 무한한 생장 가능성을 뒷받침합니다. 최근의 분자생물학적 연구는 식물 세포들이 단백질이나 마이크로RNA를 이웃 세포로 직접 이동시키며 서로의 운명을 결정한다는 사실을 밝혀냈습니다. 예를 들어 SHR과 같은 전사 인자는 특정 세포에서 생성된 후 원형질 연락사라는 미세한 통로를 통해 옆 세포로 이동하여 비대칭 분열을 유도하고 물관의 형태를 결정합니다. 이러한 세포 간 소통 방식은 식물이 복잡한 유전자 조절망을 통해 정교한 조직 패턴을 만들어가는 핵심 원리입니다. 이는 동물의 발생 과정과는 차별화된 식물만의 독특하고 효율적인 진화적 전략이며, 식물이 환경에 기민하게 대응하며 성장할 수 있게 하는 원동력입니다. 기후 위기와 식량 안보라는 인류 공통의 과제를 해결하는 데 있어서도 뿌리는 결정적인 열쇠를 쥐고 있습니다. 카사바나 고구마 같은 구근 작물은 수억 명의 인구를 먹여 살리는 주요 식량 자원이며, 뿌리의 저장 능력을 유전적으로 개선하는 연구는 미래 식량난의 실질적인 대안이 될 수 있습니다. 또한 뿌리를 땅속 깊이 내리게 하고 미생물이 분해하기 어려운 리그닌 형태로 탄소를 고정하는 기술은 대기 중 이산화탄소를 줄이는 혁신적인 기후 변화 억제책으로 주목받고 있습니다. 보이지 않는 식물 행성인 뿌리에 대한 심도 있는 이해는 인류의 지속 가능한 미래를 설계하기 위한 필수적인 학문적 토대입니다.

이지영

카오스재단카오스강연

생명과학

[강연] 스트레스, 식물도 받을까? _ 이호정 ㅣ 2022 봄 카오스강연 '식물행성' 6강 | 6강

거대한 세쿼이아나 바오밥나무가 수천 년의 세월을 견디며 거대한 몸집을 유지할 수 있는 비결은 무엇일까요? 그 해답의 중심에는 식물의 줄기가 있습니다. 줄기는 단순히 식물을 지탱하는 기둥을 넘어, 생존에 필요한 영양분과 물을 수송하고 때로는 에너지를 저장하는 핵심적인 역할을 수행합니다. 하지만 최근 기후 변화로 인해 수천 년을 살아온 바오밥나무들이 고사하는 현상이 발생하며, 식물의 생존 전략과 환경 변화의 상관관계에 대한 연구가 더욱 중요해지고 있습니다. 식물 줄기의 가장 기본적인 기능은 중력을 거슬러 꼿꼿하게 서는 지지 기능입니다. 육상으로 진출한 식물은 부력이 없는 환경에서 광합성을 위해 하늘을 향해 뻗어 나가야 했고, 줄기는 이를 가능하게 하는 뼈대 역할을 맡았습니다. 또한 줄기 내부의 관다발 조직은 잎에서 만든 유기 양분을 뿌리로 보내고, 뿌리에서 흡수한 물과 미네랄을 꼭대기까지 전달하는 고속도로 역할을 합니다. 이러한 정교한 수송 시스템 덕분에 식물은 거대한 크기로 성장하면서도 전신에 에너지를 공급할 수 있습니다. 식물의 줄기 구조는 종류에 따라 확연히 다릅니다. 쌍떡잎식물은 관다발이 가장자리에 규칙적으로 배열되어 있으며, 형성층이라는 분열 조직을 통해 부피 생장을 하며 나이테를 만듭니다. 반면 벼나 대나무 같은 외떡잎식물은 관다발이 줄기 전체에 흩어져 있고 형성층이 없어 대부분 옆으로 굵어지는 성장에 한계가 있습니다. 나무의 나이테는 계절에 따른 세포 분열 속도 차이로 만들어지는데, 이는 식물이 환경의 변화를 자신의 몸에 기록하는 일종의 생장 기록부와 같습니다. 수백 미터 높이의 나무 꼭대기까지 물을 올리는 과정은 경이로운 물리적 현상입니다. 식물은 에너지를 거의 소모하지 않고도 증산 작용을 통해 발생하는 수분 포텐셜 차이를 이용해 물을 끌어올립니다. 물 분자 사이의 강한 응집력과 세포벽에 달라붙는 점착력 덕분에, 물 기둥은 끊어지지 않고 밧줄처럼 연결되어 중력을 거슬러 올라갑니다. 이는 식물이 외부 환경과 상호작용하며 물리 법칙을 생존에 얼마나 효율적으로 이용하고 있는지를 잘 보여주는 사례입니다. 질소는 식물의 생명 활동에 없어서는 안 될 필수 원소입니다. 유전 정보를 담은 DNA부터 광합성을 담당하는 엽록소, 그리고 생명체의 구성 성분인 단백질에 이르기까지 질소가 포함되지 않은 곳이 없습니다. 대기의 78%가 질소로 이루어져 있지만, 식물은 이를 직접 흡수할 수 없어 토양 속 미생물의 도움을 받아야 합니다. 질소 고정 세균과의 공생은 식물이 척박한 환경에서도 질소를 확보하기 위해 선택한 고도의 생존 전략 중 하나입니다. 인류는 하버와 보슈가 개발한 암모니아 합성법을 통해 질소 비료를 대량 생산하며 식량 위기를 극복했습니다. 하지만 과도한 비료 사용은 하천의 부영양화를 초래하고 강력한 온실가스인 아산화질소를 배출하는 등 환경 문제를 야기하고 있습니다. 이에 따라 최근 과학계는 비료 사용을 줄이면서도 식물의 질소 흡수 효율을 높이는 연구에 집중하고 있습니다. 특정 식물 개체가 낮은 질소 환경에서도 뿌리털을 발달시켜 생존하는 원리를 규명하는 것은 지속 가능한 농업의 열쇠가 될 것입니다. 식물은 움직일 수 없기에 환경 스트레스에 더욱 치열하게 반응합니다. 가뭄이나 고온 스트레스를 받으면 성장을 멈추고 항산화 물질을 만들어 자신을 보호하며, 해충의 공격을 받으면 화학 신호를 보내 천적을 불러들이기도 합니다. 유전자 교정 기술과 같은 첨단 과학은 이러한 식물의 방어 기제와 영양 흡수 능력을 극대화하여 미래의 기후 위기에 대응하려 합니다. 식물의 정교한 생존 메커니즘을 이해하는 것은 결국 인류와 식물이 이 행성에서 공존하기 위한 필수적인 과정입니다.

이호정

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[인터뷰] 이호정_식물도 스트레스 받는다! | 2022 봄 카오스강연 '식물행성(plant planet)'

식물은 우리 생각보다 훨씬 더 민감하게 환경의 변화를 감지하며 스트레스를 받습니다. 이러한 스트레스는 단순히 식물의 성장을 저해하는 데 그치지 않고, 인류의 경제 시스템 전반에 큰 영향을 미칩니다. 식물의 생산량이 감소하면 곡물 가격이 폭등하고, 이는 곧 전반적인 물가 상승으로 이어지는 '애그플레이션' 현상을 초래하기 때문입니다. 따라서 식물의 스트레스 저항성을 연구하는 것은 인류의 생존과 직결된 중요한 과제라고 할 수 있습니다. 지난 150여 년간 지구의 평균 기온은 약 0.9도 상승했습니다. 수치상으로는 작아 보일 수 있으나, 이는 농작물 생산에 치명적인 결과를 가져왔습니다. 실제로 옥수수와 같은 주요 곡물의 가격이 두 배 가까이 폭등하며 세계 곳곳에서 사회적 혼란이 발생하기도 했습니다. 기후 변화는 가뭄과 같은 비생물적 스트레스뿐만 아니라 특정 해충의 급증과 같은 생물적 스트레스까지 유발하여 식물의 생존을 더욱 어렵게 만들고 있습니다. 식물의 줄기는 단순해 보이지만 지지와 수송이라는 핵심적인 기능을 수행합니다. 잎이 광합성에 집중하고 뿌리가 수분과 무기질을 흡수한다면, 줄기는 이들을 연결하며 식물이 꼿꼿이 서 있을 수 있도록 돕습니다. 특히 줄기 내부의 관다발은 물과 영양분을 이동시키는 통로 역할을 합니다. 흥미로운 점은 뿌리와 줄기의 관다발 배치가 다르다는 것인데, 뿌리는 중심부에 모여 있는 반면 줄기는 주변부에 흩어져 있는 구조를 띱니다. 줄기의 관다발이 주변부에 흩어져 있는 구조는 외부 공격으로부터 생존하기 위한 전략으로 해석될 수 있습니다. 지상부에 노출된 줄기는 초식동물이나 강한 바람 등 다양한 위험에 직면합니다. 만약 관다발이 한곳에 모여 있다면 작은 상처만으로도 수송 기능 전체를 잃을 수 있지만, 여러 곳으로 분산되어 있으면 일부가 손상되더라도 나머지 조직을 통해 생명을 유지할 수 있기 때문입니다. 이는 식물이 환경에 적응하며 진화해 온 지혜를 보여줍니다. 식물의 지능은 우리가 상상하는 것 이상으로 뛰어납니다. 어떤 식물의 종자는 산불이 나야만 비로소 싹을 틔우는 독특한 생존 전략을 구사합니다. 이는 다른 경쟁 식물들이 불에 타 사라진 뒤, 충분한 자원과 빛을 확보할 수 있는 최적의 시기를 기다리는 것입니다. 수천 년을 살아가는 식물의 장수 비결 또한 특정 부위에만 존재하는 분열 조직을 통해 끊임없이 세포를 재생하는 정교한 메커니즘 덕분이며, 이는 식물이 결코 단순한 생명체가 아님을 증명합니다. 우리가 고기를 섭취하는 식습관조차 식물 자원과 밀접하게 연결되어 있습니다. 소고기 1kg을 생산하기 위해서는 무려 8kg의 곡물이 필요할 정도로 축산업은 막대한 식물 자원을 소비합니다. 결국 비건이 아니더라도 인류의 모든 먹거리는 식물로부터 시작되는 셈입니다. 이처럼 식물은 식량 안보뿐만 아니라 우리가 사용하는 가구의 원목 재료부터 정서적 안정감을 주는 조경에 이르기까지 우리 삶의 모든 영역에서 필수불가결한 존재로 자리 잡고 있습니다. 현대 농업에서 질소 비료는 필수적이지만, 과도한 사용은 심각한 환경 오염을 야기합니다. 식물이 흡수하지 못한 질소 성분은 강과 바다로 흘러 들어가 녹조 현상과 같은 부영양화를 일으키며 생태계를 파괴합니다. 따라서 식물이 질소를 더 효율적으로 흡수하고 이용할 수 있는 메커니즘을 밝혀내는 연구는 매우 중요합니다. 이를 통해 비료 사용량을 줄이면서도 생산성을 유지하는 지속 가능한 농업 모델을 구축하는 것이 미래 식물 과학의 핵심 목표입니다.

이호정

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[강연] 식물 씨앗도 잠에 들고 깨어난다 _ by최길주 ㅣ 2022 봄 카오스강연 '식물행성' 4강 | 4강

지구는 흔히 푸른 행성이라 불리지만, 그 푸름의 실체는 광활한 바다와 더불어 육지를 뒤덮은 식물의 생명력에서 기인합니다. 식물은 단순히 풍경의 일부가 아니라 지구 생태계의 근간을 이루는 존재입니다. 이들은 태양 에너지를 유기물로 변환하여 모든 생명체에게 에너지를 공급하는 생산자 역할을 수행합니다. 우리가 숨 쉬는 산소 또한 식물의 광합성 결과물이라는 점을 상기할 때, 식물 없는 지구는 상상조차 할 수 없습니다. 식물은 지구의 역사를 지탱해 온 가장 위대한 생존자입니다. 수억 년 전 식물이 바다에서 육지로 올라온 사건은 지구 역사상 가장 극적인 전환점 중 하나였습니다. 초기 육상 식물은 척박한 환경에 적응하기 위해 뿌리와 줄기, 잎이라는 정교한 구조를 발달시켰습니다. 이러한 진화 과정은 대기 중의 이산화탄소 농도를 조절하고 기후를 안정시키는 데 결정적인 기여를 했습니다. 식물의 등장은 다른 생명체들이 육지에서 번성할 수 있는 터전을 마련해주었으며, 오늘날 우리가 보는 풍요로운 자연의 시작이 되었습니다. 이는 생명 진화의 거대한 흐름을 바꾼 혁명이었습니다. 식물은 움직이지 못하기 때문에 수동적인 존재로 오해받기 쉽지만, 사실 그들은 매우 역동적이고 지능적인 생존 전략을 구사합니다. 주변 환경의 변화를 민감하게 감지하고, 빛의 방향이나 중력에 반응하며 최적의 성장 조건을 찾아냅니다. 또한 화학 물질을 분비하여 해충의 공격을 알리거나 이웃 식물과 정보를 교환하기도 합니다. 이러한 식물의 소통 방식은 우리가 미처 알지 못했던 생명의 신비로움을 보여주며, 식물을 바라보는 우리의 관점을 완전히 바꾸어 놓습니다. 그들은 정적인 존재가 아닌, 치열하게 소통하는 생명체입니다. 광합성은 지구상에서 일어나는 가장 경이로운 화학 반응 중 하나입니다. 식물은 엽록소를 통해 태양 에너지를 흡수하고, 물과 이산화탄소를 결합하여 포도당을 만들어냅니다. 이 과정에서 배출되는 산소는 지구 대기를 정화하고 모든 호흡하는 생명체의 생존을 가능하게 합니다. 식물이 수행하는 이 정교한 에너지 전환 시스템은 인류가 꿈꾸는 지속 가능한 에너지 기술의 궁극적인 모델이기도 합니다. 자연의 공장이라 불리는 식물의 잎 속에서는 지금 이 순간에도 생명의 기적이 쉼 없이 일어나고 있습니다. 생물 다양성의 관점에서 식물은 수많은 생명체에게 서식처와 먹이를 제공하는 안식처입니다. 숲의 거대한 나무부터 길가의 작은 풀꽃에 이르기까지, 각기 다른 식물들은 고유한 생태적 지위를 차지하며 복잡한 그물망을 형성합니다. 특정 식물 종의 멸종은 그와 연결된 곤충, 새, 포유류의 생존을 위협하며 결국 생태계 전체의 붕괴로 이어질 수 있습니다. 따라서 식물의 다양성을 보존하는 것은 단순히 식물을 지키는 것을 넘어 지구 전체의 건강을 유지하는 필수적인 과제입니다. 식물은 생태계라는 거대한 건축물을 지탱하는 주춧돌입니다. 인류의 문명은 식물과 떼려야 뗄 수 없는 관계를 맺으며 발전해 왔습니다. 농경의 시작은 인류가 정착 생활을 하고 사회를 형성하는 계기가 되었으며, 식물로부터 얻은 식량과 약재, 목재는 인류 생존의 필수 자원이었습니다. 현대에 이르러서도 식물은 정서적 안정과 치유를 제공하는 반려 식물로서 우리 곁을 지키고 있습니다. 식물은 단순한 자원을 넘어 인류의 역사와 문화를 관통하는 동반자이며, 우리가 존중하고 보호해야 할 소중한 생명체입니다. 식물과의 공존은 인류가 지속하기 위한 필수적인 선택입니다. 기후 위기와 환경 파괴가 가속화되는 오늘날, 식물의 가치는 그 어느 때보다 중요하게 부각되고 있습니다. 이산화탄소를 흡수하고 지구 온난화를 늦추는 식물의 능력은 인류가 직면한 위기를 극복할 수 있는 가장 강력한 열쇠입니다. 우리는 식물이 보내는 신호에 귀를 기울이고, 그들이 건강하게 살아갈 수 있는 환경을 조성해야 합니다. 식물 행성 지구의 미래는 곧 우리 인류의 미래와 직결되어 있음을 명심해야 합니다. 자연과 공존하는 지혜를 배울 때 비로소 우리는 지속 가능한 내일을 꿈꿀 수 있으며, 식물은 그 길을 안내하는 이정표가 될 것입니다.

최길주

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생명과학

[인터뷰] 조현우_뿌리를 식물의 뇌라고 말할 수 있을까? | 2022 봄 카오스강연 '식물행성(plant planet)'

농업은 단순히 먹거리를 생산하는 1차 산업을 넘어, 식물이 성장하는 근본적인 원리를 탐구하는 기초 과학의 영역입니다. 식물 연구는 인간의 풍요로운 삶뿐만 아니라 지구가 함께 건강해질 수 있는 방법을 찾는 여정이라 할 수 있습니다. 한곳에 뿌리를 내리고 움직일 수 없는 식물에게 성장은 주어진 환경에 적응하며 다음 세대를 이어가는 치열한 생존 게임과 같습니다. 이러한 식물의 고군분투를 이해하는 것은 생명 본연의 가치를 깨닫는 중요한 시작점이 됩니다. 식물의 성장에 가장 필수적인 요소는 빛과 물이지만, 모든 식물이 동일한 조건을 요구하는 것은 아닙니다. 지구상에 존재하는 40만 종의 식물들은 각기 선호하는 빛의 파장이 다르며, 어떤 종은 적외선을, 어떤 종은 청색광을 더 좋아하기도 합니다. 이러한 다양성은 식물이 각자의 환경에서 살아남기 위해 선택한 진화의 결과입니다. 식물형태학은 이처럼 다양한 형태가 어떤 환경 적응 과정을 거쳐 형성되었는지, 그리고 그 속에 숨겨진 공통적인 원리는 무엇인지 탐구하는 학문입니다. 인류가 생명 과학 분야에서 이룩한 위대한 발견들 중 상당수는 식물 연구에서 시작되었습니다. 유전 법칙을 밝힌 멘델의 완두콩 실험부터, 현대 의학의 핵심인 줄기세포라는 개념의 어원 역시 식물의 줄기에서 비롯되었습니다. 또한 유전자 이동 현상을 처음 발견하게 해준 것도 옥수수 연구였습니다. 이처럼 식물은 인류의 지적 발전에 지대한 공헌을 해왔으며, 우리가 생명체를 이해하는 방식에 혁신적인 변화를 불러일으킨 반전 매력을 지니고 있습니다. 지구의 생물량 중 탄소의 80% 이상을 식물이 차지하고 있다는 사실은 식물이 실질적으로 지구를 지배하는 주인공임을 시사합니다. 육상 생태계가 생명체가 살 수 있는 환경으로 조성된 것 역시 식물의 역할이 결정적이었습니다. 현재 인류가 직면한 가장 큰 위기인 기후 변화 문제를 해결할 열쇠 또한 식물이 쥐고 있습니다. 지구의 환경을 근본적으로 바꾸어 놓았던 식물의 힘을 빌려, 우리는 위기에 처한 지구를 다시 회복시킬 수 있는 실마리를 찾을 수 있을 것입니다. 최근 연구에 따르면 식물의 뿌리는 단순히 양분을 흡수하는 기관을 넘어, 주변 환경을 감지하고 반응하는 '뇌'와 같은 역할을 수행합니다. 뿌리는 물을 찾아 이동할 뿐만 아니라, 화학 물질을 내뿜어 주변 식물이나 미생물과 소통하며 복잡한 관계망을 형성합니다. 식물이 어떻게 길어지고 두꺼워지는지, 그 성장 과정을 정밀하게 이해하는 것은 농업의 미래를 설계하는 데 필수적입니다. 식물의 성장을 깊이 있게 들여다봄으로써 우리는 자연과 공존하는 새로운 길을 모색할 수 있습니다.

조현우

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생명과학

[인터뷰] 장진성_식물 멸종 속도로 사라지는 식물분류학자들 | 2022 봄 카오스강연 '식물행성(plant planet)'

식물 분류학은 단순히 식물을 좋아하는 마음을 넘어 깊은 관심과 탐구의 영역입니다. 서울대학교 산림과학부에서 수목학을 전공하며 연구해 온 과정은 향기로운 라일락에 대한 애정에서 시작해, 점차 남들이 분류하기 어려워하는 참나무나 서어나무 같은 복잡한 종들로 그 관심이 확장되었습니다. 특히 분류학적으로 기피되는 식물들에 도전하는 것은 학문적으로 매우 중요한 가치를 지닙니다. 이는 단순한 취미를 넘어 식물의 본질을 이해하려는 학자로서의 집요함이 반영된 결과이기도 합니다. 인류가 사물을 인지하고 분류하는 방식에는 철학적이고 심리적인 배경이 깔려 있습니다. 인간의 인지 능력은 대략 10개에서 15개 정도의 단위를 한 번에 파악하는 데 최적화되어 있으며, 대상이 늘어남에 따라 이를 세분화하며 분류 체계를 구축해 왔습니다. 그리스 시대부터 이어져 온 이러한 분류 체계는 명확한 정의보다는 스승에서 제자로 이어지는 학습과 관념의 전수 과정을 통해 유지되어 왔습니다. 따라서 분류의 기준을 묻는 질문에 명쾌한 답을 내놓기 어려운 것은 그것이 오랜 훈련과 인지의 산물이기 때문입니다. 식물의 학명은 단순한 이름 이상의 역사적 산물이며, 국제적인 규약에 의해 보호받는 법적 성격을 띱니다. 특정 식물의 이름에 과거 역사의 흔적이나 일본어의 잔재가 남아 있는 경우, 이는 우리가 부정하고 싶다고 해서 사라지는 것이 아닌 역사의 기록 그 자체로 받아들여야 합니다. 마치 전쟁의 역사를 부정할 수 없는 것처럼, 학명 또한 당시의 시대적 상황과 학문적 흐름이 반영된 결과물입니다. 따라서 이를 감정적인 호불호의 문제로 접근하기보다는 객관적인 역사의 흐름 속에서 이해하는 태도가 필요합니다. 멸종 위기 식물을 지정하고 보존하는 일은 생각보다 복잡한 학술적 논쟁을 동반합니다. 어떤 식물이 정말 새로운 종인지, 혹은 특정 지역에만 서식하는 희귀종인지에 대한 분류학적 합의가 먼저 이루어져야 하기 때문입니다. 또한, 특정 종의 멸종 여부를 판단하기 위해서는 최소 10년에서 20년에 걸친 장기적인 개체군 변화 자료가 필수적이지만, 현실적으로 이러한 데이터를 갖춘 식물은 매우 드뭅니다. 이러한 정보의 부재는 멸종 위기 평가를 어렵게 만들고, 결과적으로 보존 정책의 실행에 있어 모호함을 초래하는 원인이 됩니다. 현대 식물 분류학은 디지털화라는 거대한 변화와 함께 전문가의 부재라는 심각한 위기에 직면해 있습니다. 르네상스 이후 유럽으로 쏟아져 들어온 식물들을 정리하던 시기를 지나, 이제는 방대한 디지털 데이터를 관리하는 것이 중요한 과제가 되었습니다. 그러나 정작 고전적인 분류학을 이어갈 젊은 연구자들은 급격히 줄어들고 있으며, 현장의 전문가들은 대부분 은퇴를 앞둔 고령층입니다. 식물이 멸종하는 속도보다 분류학자가 사라지는 속도가 더 빠르다는 현실은 생물 다양성 보존을 위한 미래에 어두운 그림자를 드리우고 있습니다.

장진성

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생명과학

[강연] 식물의 탄생과 진화 _ by김기중 ㅣ 2022 봄 카오스강연 '식물행성' 1강 | 1강

지구는 흔히 푸른 행성이라 불리지만, 그 푸름의 실체는 광활한 바다와 더불어 육지를 뒤덮은 식물의 생명력에서 기인합니다. 식물은 단순히 풍경의 일부가 아니라, 지구 생태계의 근간을 이루는 가장 중요한 존재입니다. 이들은 태양 에너지를 유기물로 변환하여 모든 생명체에게 에너지를 공급하는 생산자 역할을 수행합니다. 우리가 숨 쉬는 산소 또한 식물의 광합성 산물이라는 점을 상기할 때, 식물 없는 지구는 상상조차 할 수 없습니다. 식물의 가장 경이로운 능력은 바로 광합성입니다. 잎 속의 엽록체는 빛 에너지를 이용해 이산화탄소와 물을 포도당으로 바꿉니다. 이 과정은 현대 과학기술로도 완벽히 재현하기 어려운 정교한 화학 공정입니다. 식물은 이 에너지를 바탕으로 스스로의 몸집을 키우고, 열매를 맺어 다른 생명체들에게 먹거리를 제공합니다. 결국 지구상의 거의 모든 에너지는 식물이라는 통로를 거쳐 우리에게 전달되는 셈이며, 이는 생명의 순환을 가능케 하는 핵심 동력입니다. 수억 년 전, 식물이 바다에서 육지로 올라온 사건은 지구 역사상 가장 극적인 전환점 중 하나였습니다. 건조한 환경에 적응하기 위해 식물은 단단한 줄기와 뿌리, 그리고 수분 증발을 막는 큐티클층을 발달시켰습니다. 이러한 구조적 혁신은 식물이 거대한 나무로 성장하고 숲을 이룰 수 있게 했습니다. 숲은 다양한 생물들의 서식지가 되었고, 대기의 조성을 변화시켜 인류를 포함한 육상 동물이 진화할 수 있는 토대를 마련해 주었습니다. 흔히 식물을 정적인 존재로 생각하기 쉽지만, 이들은 주변 환경과 끊임없이 소통하며 반응합니다. 포식자가 나타나면 화학물질을 내뿜어 인근 식물들에게 위험 신호를 보내기도 하고, 뿌리를 통해 균류 네트워크와 정보를 교환하기도 합니다. 이러한 '식물의 지능'은 우리가 미처 알지 못했던 복잡하고 정교한 생존 전략을 보여줍니다. 식물은 소리 없이 움직이며 자신만의 방식으로 세상을 인지하고, 공동체를 형성하여 척박한 환경을 극복해 나갑니다. 식물의 번식 전략 또한 놀라울 정도로 다양하고 치밀합니다. 화려한 꽃과 달콤한 꿀로 곤충과 새를 유혹하여 수분을 돕게 하거나, 바람에 날리기 쉬운 씨앗을 만들어 멀리 퍼뜨리기도 합니다. 어떤 식물은 동물의 몸에 붙어 이동하거나, 물의 흐름을 이용해 새로운 서식지를 찾아갑니다. 이러한 전략은 종의 다양성을 유지하고 변화하는 환경 속에서 식물이 멸종하지 않고 살아남을 수 있게 하는 원동력이 됩니다. 기후 위기 시대에 식물의 역할은 그 어느 때보다 중요해지고 있습니다. 식물은 대기 중의 이산화탄소를 흡수하여 지구 온난화를 늦추는 거대한 탄소 저장고 역할을 합니다. 하지만 무분별한 개발과 환경 파괴로 인해 많은 식물종이 사라지고 있으며, 이는 곧 생태계 전체의 위기로 이어집니다. 식물학 연구는 단순히 학문적 호기심을 넘어, 인류의 식량 문제와 환경 문제를 해결하기 위한 필수적인 열쇠를 쥐고 있다고 해도 과언이 아닙니다. ‘식물 행성’이라는 이름처럼 지구는 식물에 의해 빚어지고 유지되는 공간입니다. 우리는 식물을 정복의 대상이나 단순한 자원으로 보지 않고, 공존해야 할 동반자로 인식해야 합니다. 식물의 생명 현상을 깊이 이해하려는 노력은 결국 우리 자신과 우리가 살아가는 터전을 이해하는 과정과 같습니다. 이 강연을 통해 식물이 지닌 경이로운 세계를 탐구하고, 자연과 인간이 조화를 이루며 살아갈 수 있는 지혜를 얻는 소중한 시간이 되기를 바랍니다.

김기중

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생명과학

[인터뷰] 김기중_인간처럼 개성이 뚜렷한 나무들!?! | 2022 봄 카오스강연 '식물행성(plant planet)'

식물학자의 시선으로 바라본 식물은 단순한 생명체 이상의 의미를 지닙니다. 아프리카의 척박한 환경에서 살아가는 바오밥나무를 관찰하다 보면, 나무마다 각기 다른 개성이 뚜렷하다는 사실을 깨닫게 됩니다. 이는 마치 인간이 저마다 다른 성격과 특징을 가진 것과 같습니다. 생텍쥐페리의 소설 속 바오밥나무가 우리에게 친숙한 것처럼, 식물은 우리 곁에서 고유한 생명력을 뽐내며 존재합니다. 식물을 깊이 이해하려는 노력은 결국 우리 인간의 지적 탐구 영역을 넓히는 과정이며, 알면 알수록 더 많은 궁금증을 자아내는 식물만의 독특한 매력에 빠져들게 합니다. 식물의 진화 과정에서 나타나는 변화는 인류의 기술 혁신과 닮아 있습니다. 라이트 형제의 초기 비행기가 오늘날의 거대한 항공기로 발전했듯, 식물 역시 작은 변화의 시도를 통해 거대한 진화의 물줄기를 만들어냈습니다. 특히 이동성이 없는 식물은 기후 변화에 매우 민감하게 반응하며 생존을 위한 혁신을 거듭합니다. 최근 한반도 남쪽의 식물들이 북상하거나 난대성 식물이 내륙에서 발견되는 현상은 기후 변화에 적응하려는 식물들의 치열한 노력을 보여줍니다. 이러한 적응 과정은 식물이 지구상에서 번성할 수 있었던 핵심적인 이유이자 진화의 원동력이 됩니다. 생명의 역사를 거슬러 올라가면 식물 세포의 탄생은 매우 흥미로운 과정을 거쳤음을 알 수 있습니다. 초기 지구 환경에서 초기 진핵 세포에 세균이 들어와 미토콘드리아가 형성된 동물성 세포가 먼저 등장했고, 이후 광합성을 하는 남세균이 공생하며 식물성 세포가 만들어졌습니다. 이는 식물이 에너지를 스스로 생산하기 이전에 이미 환경 속의 유기물을 이용하는 생명체들이 존재했음을 시사합니다. 이러한 세포 수준의 공생과 변화는 식물이 광합성이라는 강력한 생존 전략을 갖추게 된 결정적인 계기가 되었으며, 복잡한 생태계의 기초를 닦는 중요한 전환점이 되었습니다. 식물이 물속에서 육지로 진화하기 이전부터 이미 암수의 구분이 존재했다는 사실은 놀랍습니다. 조류 조상에서 시작된 이러한 생식 과정은 육상으로 이동하며 더욱 정교해졌습니다. 또한, 단세포에서 군체를 이루고 다세포 생물로 진화하는 과정에서 식물은 세포 간의 네트워크를 형성하며 구조적 완성을 이루었습니다. 특히 세균으로부터 전수받은 능력을 바탕으로 만들어진 세포벽은 식물 진화의 신의 한 수였습니다. 셀룰로스로 이루어진 세포벽은 외부 환경으로부터 세포를 보호하고 삼투압에 저항하며 식물이 육상 환경에 성공적으로 안착할 수 있도록 도왔습니다. 현재 지구상에는 약 40만 종의 육상 식물이 존재하며, 이들의 역사는 끊임없는 혁신과 적응의 연속이었습니다. 아널드 토인비가 인류 역사를 '도전과 응전'으로 정의했듯이, 식물의 6억 년 진화사 역시 새로운 환경에 대한 도전과 그에 따른 혁신적인 응전의 기록입니다. 끊임없이 새로운 기술을 개발해 생존하는 기업처럼, 식물 또한 변화하는 지구 환경에 맞춰 자신을 혁신해온 종만이 번성할 수 있었습니다. 식물의 진화 역사를 혁신과 적응의 관점에서 바라보는 것은 생명의 신비를 이해하는 동시에, 우리 삶과 사회가 나아가야 할 방향에 대해서도 깊은 통찰을 제공합니다.

김기중

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생명과학

[강연] 인류가 초래한 기후 변화, 예측 가능했는가? _by손석우｜2022 서울대 자연과학 공개강연 '과학 동행' | 2부 ②

지구환경과학은 땅과 바다, 그리고 하늘에서 일어나는 모든 자연 현상을 탐구하는 학문입니다. 특히 매일의 날씨와 기후 변화는 현대 사회에서 가장 중요한 연구 주제로 꼽힙니다. 이러한 흐름 속에서 2021년 노벨 물리학상은 기후 연구의 중요성을 전 세계에 알리는 역사적인 계기가 되었습니다. 세 분의 수상자 중 마나베 슈쿠로 박사와 클라우스 하셀만 박사는 평생을 기상학 연구에 헌신해온 인물들로, 복잡한 기후 시스템을 물리적으로 규명한 공로를 인정받아 영예를 안았습니다. 기상학에 대한 인류의 관심은 고대 그리스 아리스토텔레스의 '메테오롤로지카'에서 시작되었습니다. 이후 19세기 수학자 푸리에는 지구가 왜 생명체가 살기에 적합한 온도를 유지하는지 정량적으로 계산하기 시작했습니다. 그는 태양 에너지와 복사 에너지의 균형만으로는 현재의 온난한 기온을 설명할 수 없다는 사실을 발견했습니다. 푸리에는 지구에서 빠져나가는 에너지를 붙잡는 '무언가'가 존재할 것이라는 가설을 세웠고, 이는 훗날 온실 효과라는 개념의 기초가 되었습니다. 푸리에가 예견한 '무언가'의 정체는 화학자 틴들에 의해 밝혀졌습니다. 그는 실험을 통해 대기의 대부분을 차지하는 질소와 산소가 아닌, 아주 적은 양의 이산화탄소와 수증기가 적외선을 흡수한다는 사실을 확인했습니다. 이어 아레니우스 박사는 이산화탄소 농도가 2배 증가할 때 지구 기온이 약 6도 정도 상승할 것이라는 정량적 예측을 내놓았습니다. 비록 당시에는 빙하기를 이해하려는 목적이었으나, 이는 온실 기체가 기후를 결정하는 핵심 요소임을 입증한 선구적인 연구였습니다. 마나베 슈쿠로 박사는 이전의 단순한 에너지 균형 모델을 획기적으로 개선했습니다. 그는 복사 에너지뿐만 아니라 공기의 대류와 수증기의 잠열 방출을 복합적으로 고려한 기후 모델을 개발했습니다. 1967년 발표된 그의 연구는 이산화탄소 증가 시 지표면 온도는 상승하고 성층권 온도는 하강한다는 온실 효과의 특성을 명확히 증명했습니다. 특히 그는 40여 년 전에 이미 북극 지역에서 가장 강한 온난화가 나타날 것임을 예측했는데, 이는 오늘날 우리가 목격하고 있는 현실과 놀라울 정도로 일치합니다. 클라우스 하셀만 박사는 날씨와 기후의 상관관계를 이론적으로 규명하고, 기후 변화의 원인을 탐지하는 '기후 지문법'을 제안했습니다. 이는 현재 나타나는 기후 변화가 자연적인 변동인지, 아니면 인류의 활동에 의한 것인지를 통계적으로 구분하는 방법론입니다. 그의 연구 덕분에 과학자들은 지난 100여 년간의 기온 상승이 화산 폭발이나 태양 활동 같은 자연적 요인이 아닌, 인간이 배출한 온실 기체 때문라는 사실을 명백하게 입증할 수 있게 되었습니다. 최신 IPCC 보고서는 지구 온난화가 인간에 의한 것임이 '명백하다'는 표현으로 단정 짓고 있습니다. 산업화 이전 대비 지구 평균 기온은 이미 약 1.09도 상승했으며, 이로 인해 전례 없는 기상 이변이 속출하고 있습니다. 미래 기후 시나리오에 따르면, 우리가 탄소 중립을 달성하더라도 과거의 기온으로 완전히 돌아가는 것은 불가능에 가깝습니다. 하지만 2050년까지 탄소 중립에 성공한다면 기온 상승 폭을 1.5도 이내로 억제하여 최악의 재앙은 막을 수 있다는 희망적인 분석도 공존합니다. 기후 변화 연구는 단순한 지적 호기심에서 시작되어 이제는 인류의 생존이 걸린 절박한 과제가 되었습니다. 노벨상 수상자들은 입을 모아 과학적 근거에 기반한 빠른 행동을 촉구하고 있습니다. 문제가 닥친 후에야 대응하는 것이 아니라, 이미 확보된 과학적 데이터를 바탕으로 지금 당장 변화를 만들어내야 한다는 것입니다. 기후 위기는 더 이상 남의 이야기가 아닌 우리 모두의 이야기이며, 다음 세대를 위해 우리가 반드시 관심을 가지고 해결해야 할 시대적 사명입니다.

손석우

카오스재단서울대자연과학공개강연

지구환경과학

[인터뷰] 손석우_날씨는 기분 기후는 성품 ㅣ 지금 오존층은 더 이상 파괴되고 있지 않다?

날씨와 기후의 차이는 흔히 기분과 성품에 비유되곤 합니다. 내일의 기분을 맞히기는 매우 어렵지만, 한 사람의 성품을 깊이 이해하면 그의 장기적인 행동 양식을 어느 정도 예측할 수 있는 것과 같은 이치입니다. 최근에는 인공지능과 슈퍼컴퓨터 기술의 비약적인 발전 덕분에 기후 예측의 정확도가 점진적으로 향상되고 있습니다. 특히 천리안 위성 데이터 해석이나 예보 데이터 보정에 인공지능 기술이 적극적으로 활용되면서, 과거에는 놓쳤던 미세한 기상 변화까지 포착하여 미래 기후를 더욱 정밀하게 내다볼 수 있게 되었습니다. 지구 온난화로 인한 해수면 온도 상승은 태풍의 발생과 강도에 결정적인 영향을 미칩니다. 따뜻해진 바다는 태풍에 더 많은 수증기를 공급하여 그 위력을 강화하며, 제트기류의 북상으로 인해 태풍이 과거보다 더 높은 위도까지 진입할 수 있는 환경을 조성합니다. 이는 단순히 태풍의 물리적 위력이 강해지는 것을 넘어, 실제로 인간 사회에 막대한 피해를 주는 상륙 태풍의 수가 늘어날 수 있음을 의미합니다. 따라서 기후 변화에 따른 태풍의 경로 변화와 그로 인한 잠재적 피해 규모에 대한 정량적인 연구가 그 어느 때보다 절실한 시점입니다. 기후 위기의 본질은 단순히 평균 기온이 서서히 오르는 것이 아니라, 기후 변동성이 극심해지는 데 있습니다. 기록적인 폭우가 쏟아졌던 해 바로 다음에 장마라고 부르기 민망할 정도의 가뭄이 찾아오는 식의 양극단적인 기상 이변이 빈번해지는 것이 특징입니다. 이러한 변동성은 산불 발생 조건에도 큰 영향을 미치는데, 폭염과 가뭄이 겹치며 바짝 마른 지표면은 작은 불씨만으로도 대형 화재로 이어지기 쉽습니다. 결국 홍수와 가뭄, 폭염과 산불이라는 서로 상반된 재해들이 기후 변화라는 하나의 뿌리에서 비롯되어 우리 일상을 위협하고 있습니다. 국제 사회는 몬트리올 의정서를 통해 오존층 파괴 문제를 성공적으로 해결해 온 경험이 있습니다. 이제는 파리 기후 협정을 통해 지구 온난화를 억제하기 위한 새로운 도전에 직면해 있습니다. 산업화 이전 대비 기온 상승 폭을 1.5도 이내로 제한하려는 이 협정은 각국의 탄소 중립 선언과 구체적인 이행 계획을 포함하고 있습니다. 특히 저개발 국가에 대한 경제적 보상 방안까지 마련되어 있어 과거 교토 의정서보다 훨씬 진일보한 체계를 갖추었습니다. 이러한 국제적 약속이 실질적인 성과로 이어지기 위해서는 전 지구적인 감시와 협력이 필수적입니다. 대한민국이 진정한 기후 선진국으로 거듭나기 위해서는 독자적인 탄소 감시 시스템과 기후 모델 확보가 시급합니다. 현재는 해외 모델을 수정하여 사용하는 경향이 크지만, IT 강국이라는 이름에 걸맞게 우리만의 기술로 탄소 배출을 정밀하게 관측하고 예측할 수 있는 시스템을 구축해야 합니다. 기후 변화를 단순한 현상이 아닌 '기후 위기'라는 실존적 위협으로 인식하는 패러다임의 전환도 필요합니다. 정확한 과학적 정보를 바탕으로 개인이 문제를 이해하고 공동체가 함께 대응해 나갈 때, 비로소 지속 가능한 미래를 위한 실질적인 변화를 이끌어낼 수 있을 것입니다.

손석우

카오스재단서울대자연과학공개강연

지구환경과학

[강연] 환경과 동행한 인류역사 by 정충원 ㅣ 제29회 서울대 자연과학대학 공개강연 '과학 동행' | 1부 ①

인류는 현재 '인류세'라 불리는 전례 없는 환경 변화의 시대를 살고 있습니다. 하지만 지구의 긴 역사 속에서 환경 변화는 늘 존재해 왔으며, 이는 인류의 이동과 진화에 결정적인 영향을 미쳤습니다. 과거 시베리아는 현재의 울창한 침엽수림인 타이가와 달리, 거대한 매머드와 털코뿔소가 누비던 광활한 '매머드 초원'이었습니다. 이 독특한 생태계는 수렵 채집인들에게 풍요로운 자원을 제공하며 인류가 북극권까지 진출할 수 있는 토대가 되었으며, 당시 인류는 환경에 맞춰 자신들의 삶을 유연하게 변화시켜 나갔습니다. 과거 인류의 흔적을 추적하기 위해 현대 과학은 유전체 분석이라는 강력한 도구를 사용합니다. 수십억 개의 염기쌍 중 개인마다 차이를 보이는 '단일 염기 다형성(SNP)'을 분석하면 각 집단의 고유한 유전체 프로필을 구성할 수 있습니다. 특히 복잡한 유전 정보를 시각화하는 '주성분 분석(PCA)'을 통해 고대 인류가 현대의 어느 집단과 유전적으로 가까운지 혹은 지금은 사라진 독특한 계통인지를 명확하게 파악할 수 있게 되었습니다. 이러한 통계적 방법론은 방대한 유전체 데이터를 우리가 이해할 수 있는 유의미한 정보로 요약해 줍니다. 유전체 분석 결과, 플라이스토세 매머드 초원에 살았던 고대 북유라시아인(ANE)은 현대인 중 직계 후손이 없는 사라진 계통임이 밝혀졌습니다. 이들은 유전적으로 동아시아인보다는 서유라시아인과 더 가까웠으며, 동시에 아메리카 원주민의 조상과 밀접한 관련이 있었습니다. 비록 이들의 순수한 유전체 프로필은 현대에 남아 있지 않지만, 이들이 남긴 유전적 흔적은 아메리카 대륙과 유라시아 곳곳으로 흩어져 인류 역사의 중요한 퍼즐 조각이 되었습니다. 이는 고대 인류가 단순히 사라진 것이 아니라 새로운 인류 집단의 밑바탕이 되었음을 시사합니다. 아메리카 원주민의 기원을 찾는 여정에서 남시베리아의 우스티-캬흐타 유적은 중요한 단서를 제공합니다. 약 1만 5천 년 전의 이 유전체는 아메리카 원주민 계통이 베링기아에서 형성되었다는 기존 가설에 의문을 제기하며, 남시베리아가 그들의 유전자 풀이 형성된 발원지일 가능성을 시사합니다. 이는 마지막 빙하기라는 극한의 환경 속에서도 인류가 끊임없이 이동하며 새로운 환경에 적응해 나갔음을 보여주는 증거라고 할 수 있습니다. 인류의 확산은 우리가 생각했던 것보다 훨씬 역동적이고 복잡한 경로를 통해 이루어졌음을 알 수 있습니다. 기후가 온난해지며 매머드 초원이 사라진 후에도 고대 북유라시아인의 후손들은 온대 초원에서 삶을 이어갔습니다. 카자흐스탄의 보타이 문화 사람들은 말을 대량으로 사육하며 초원 생활에 적응했습니다. 흥미로운 점은 이들이 키우던 보타이 말이 현대 가축 말의 조상이 아니라, 오늘날 야생말로 알려진 프르제발스키말의 조상이라는 사실입니다. 이는 인류가 환경 변화에 맞춰 가축화라는 새로운 생존 전략을 독립적으로 여러 번 시도했음을 의미하며, 보타이 사람들은 비록 주류 역사에서 사라졌지만 말의 역사에 뚜렷한 족적을 남겼습니다. 약 4,000년 전 중앙아시아 타림 분지에서 번성했던 샤오허 문화는 고대 인류의 놀라운 적응력을 보여주는 또 다른 사례입니다. 건조한 사막 환경에서도 이들은 서구적인 외모와 서양식 가축, 동양의 곡물을 결합한 독특한 복합 문화를 일구었습니다. 유전체 분석 결과, 이들은 외부 이주민이 아니라 수천 년 동안 고립되어 살았던 고대 북유라시아인의 후손임이 밝혀졌습니다. 이들은 유전적 고립 속에서도 주변 문화를 적극적으로 수용하며 풍요로운 문명을 꽃피웠으며, 이는 혈연적 섞임 없이도 문화적 교류가 얼마나 활발할 수 있는지를 잘 보여줍니다. 타림 분지의 미라 집단을 끝으로 고대 북유라시아인의 독특한 유전체 프로필은 역사 속으로 사라졌습니다. 급격한 건조화라는 환경 변화가 그들이 지탱해온 농경과 목축의 기반을 무너뜨렸기 때문입니다. 과거 인류가 환경 변화에 적응하고 때로는 도태되었던 역사는 오늘날 기후 위기와 전염병 등 새로운 도전에 직면한 우리에게 깊은 시사점을 줍니다. 과거를 거울삼아 인류가 미래의 변화 속에서 지속 가능한 길을 찾을 수 있기를 희망하며, 유전자를 통해 읽어낸 고대인의 역사는 현재를 살아가는 우리에게 생존을 위한 지혜와 경각심을 동시에 전달합니다.

정충원

카오스재단서울대자연과학공개강연

생명과학

[과린이를 부탁해] 과학소년 2월호, 이상기후에 빠진 지구 이야기!

2021년은 전 세계적으로 유례없는 자연재해가 잇따랐던 한 해였습니다. 미국의 겨울 토네이도부터 서유럽의 기록적인 폭우, 그리고 캐나다의 살인적인 폭염까지 이상 기후 현상은 이제 더 이상 남의 일이 아닙니다. 우리나라도 예외는 아니어서 최근 20년 동안 여름철 기온이 꾸준히 상승하는 추세를 보이고 있습니다. 이러한 기후 위기 속에서 지구를 구하기 위한 과학적 노력의 중요성이 그 어느 때보다 강조되고 있습니다. NASA는 열대 저기압의 징후를 포착하기 위해 'TROPICS'라는 관측 계획을 세웠습니다. 열대 저기압은 발생 지역에 따라 태풍, 허리케인, 사이클론 등 다양한 이름으로 불리며 엄청난 인명 피해를 입힙니다. 이를 감시하기 위해 큐브샛들을 우주로 쏘아 올려 저기압의 발달 과정을 주기적으로 관측합니다. 위험을 미리 감지하여 육지에 상륙하기 전 대피를 돕는 이 임무는 수많은 생명을 구하는 핵심적인 역할을 수행합니다. 극한의 자연재해를 예측하는 'JPSS' 위성은 지구의 모든 곳을 샅샅이 훑어내는 역할을 합니다. 남극과 북극을 잇는 저궤도를 돌며 바다와 육지의 상태, 식물 분포, 대기 중 수증기 농도 등 방대한 데이터를 수집합니다. 수집된 정보는 기상학자들이 폭우나 산불을 정확하게 예측하도록 돕습니다. 특히 야간에도 산불의 진행 방향을 파악할 수 있어 대형 재난 대응 시스템을 구축하는 데 결정적인 정보를 제공합니다. 대기 중을 떠도는 광물 먼지를 분석하는 'EMIT' 미션도 주목해야 합니다. 광물 먼지는 바람을 타고 수천 킬로미터를 이동하며 아주 넓은 지역에 영향을 미칩니다. 특히 먼지가 눈이나 얼음 위에 쌓이면 빛 반사율을 낮추고 열 흡수를 도와 빙하가 녹는 속도를 가속화하기도 합니다. NASA는 국제 우주 정거장에 설치된 장비를 통해 이러한 먼지의 성분을 분석하고, 건조해지는 기후 변화 속에서 먼지가 생태계에 미치는 영향을 조사하고 있습니다. 마지막으로 'SWOT' 미션은 전 세계 물의 양을 측정하여 기후 변화와의 상관관계를 밝힙니다. 지구 온난화로 빙하가 녹으면 해수면이 상승할 뿐만 아니라, 우리가 사용할 수 있는 소중한 담수 자원도 줄어들게 됩니다. 물은 온실가스를 흡수하는 저장고 역할도 하기에 그 능력을 확인하는 것은 매우 중요합니다. 이러한 과학적 미션들과 더불어 우리 개개인도 분리수거와 같은 작은 실천을 통해 지구를 구하는 일에 동참해야 합니다.

국립과천과학관어린이👧 과학뉴스

지구환경과학

[과학자가 쓴 과학책 #27] 이원영_물 속을 나는 새 ㅣ 펭귄이 이렇게 귀엽게 생긴 이유는?

남극 세종과학기지로 향하는 길은 멀고도 험난합니다. 칠레의 푼타아레나스를 거쳐 비행기를 네 번이나 갈아타고, 고무보트까지 동원해야 비로소 닿을 수 있는 대장정입니다. 약 30시간의 비행을 포함해 총 4박 5일이 소요되는 이 여정은 지루할 법도 하지만, 창밖으로 펼쳐지는 끝없는 얼음 대륙을 마주하는 순간 경이로움으로 바뀝니다. 200년 전 인류가 처음 이 땅을 밟았을 때 느꼈을 설렘과 초조함이 교차하며, 하얀 얼음으로 뒤덮인 신비로운 세계가 연구자를 맞이합니다. 연구자의 일상은 낭만과는 거리가 멉니다. 커다란 그물을 들고 펭귄을 쫓는 모습은 마치 침입자와 같습니다. 인간을 극도로 경계하는 도시의 까치와 달리, 남극의 펭귄들은 인간에 대한 두려움이 적어 연구가 수월한 편이지만 미안한 마음은 지울 수 없습니다. 연구를 위해 잠시 포획하는 과정에서 펭귄이 느끼는 스트레스를 최소화하려 노력하며, 이들이 야생에서 보여주는 본연의 행동을 방해하지 않으려 세심한 주의를 기울입니다. 과학자로서의 사명감과 생명에 대한 애정 사이에서 끊임없이 고민하며 연구는 계속됩니다. 펭귄의 삶에서 육지에서의 모습은 극히 일부분에 불과합니다. 일생의 80% 이상을 차가운 바닷속에서 보내는 이들의 비밀을 풀기 위해 '바이오로깅' 기술이 활용됩니다. 펭귄의 몸에 GPS, 비디오 카메라, 가속도계 등을 부착하여 인간이 직접 관찰할 수 없는 심해의 활동을 기록합니다. 최근 21세기에 들어서야 본격적으로 발달한 이 장비들은 펭귄이 얼마나 깊이 잠수하는지, 물속에서 머리를 몇 번 움직여 먹이를 사냥하는지 등 베일에 싸여 있던 수중 생태를 생생하게 드러내 줍니다. 물속에서 펭귄은 날개를 이용해 마치 하늘을 날듯 유려하게 움직입니다. 이들은 포식자인 표범물개로부터 자신을 보호하기 위해 여러 마리가 동시에 잠수하는 '싱크로나이즈드 다이빙'을 수행합니다. 여럿이 함께 움직임으로써 포식자의 시선을 분산시키는 희석 효과와 감시의 눈을 늘리는 정찰 효과를 얻는 것입니다. 수면 근처로 크릴을 몰아 사냥하고 동료들과 끊임없이 의사소통하며 살아가는 모습은 펭귄이 단순한 새를 넘어 남극 바다에 완벽히 적응한 '물속을 나는 새'임을 증명합니다. 펭귄을 자세히 들여다보면 개체마다 고유한 특징이 있음을 알 수 있습니다. 얼굴의 점무늬나 부리의 모양이 저마다 달라, 이들을 하나의 집단이 아닌 독립된 개체로 존중해야 함을 깨닫게 됩니다. 또한 이들이 배출하는 엄청난 양의 분변은 남극의 토양 생태계를 변화시키는 중요한 역할을 합니다. 분변의 흔적은 인공위성 사진을 통해 황제펭귄의 새로운 번식지를 찾아내는 결정적인 단서가 되기도 합니다. 이처럼 펭귄의 존재는 그 자체로 남극 생태계의 거대한 순환을 이끄는 핵심적인 고리입니다. 하지만 평화로워 보이는 남극에도 기후 위기의 그림자가 짙게 드리워져 있습니다. 최근 남극의 여름 기온이 영상 20도까지 치솟는 이상 고온 현상이 발생하며 빙하가 빠르게 녹아내리고 있습니다. 빙하가 녹으며 유입된 토사 입자들은 펭귄의 주식인 크릴의 아가미를 막아 대규모 폐사를 유발합니다. 실제로 지난 수십 년 사이 턱끈펭귄과 황제펭귄의 개체 수가 급격히 감소했다는 보고가 잇따르고 있습니다. '지구 최후의 날 빙하'라 불리는 스웨이츠 빙하의 붕괴는 펭귄뿐만 아니라 인류 전체의 생존을 위협하는 경고등입니다. 펭귄은 남극 생태계의 상위 포식자이자 환경 변화를 가장 먼저 감지하는 지표 생물입니다. 특히 바다 얼음 위에서만 번식하는 황제펭귄은 서식지 파괴로 인해 세기말이면 멸종 위기에 처할 것이라는 비관적인 전망이 나옵니다. 우리가 펭귄을 보호해야 하는 이유는 단순히 그들이 귀엽기 때문이 아닙니다. 펭귄이 사라진 지구는 결국 인간도 살 수 없는 곳이 될 것이기 때문입니다. 펭귄을 살리자는 외침은 곧 인류의 지속 가능한 미래를 위한 절박한 호소이며, 지금 당장 온실가스 감축을 위해 행동해야 하는 이유입니다.

이원영

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[인터뷰] 이원영_펭귄은 결코 인간을 반기지 않는다

펭귄이 귀엽게 보이는 이유는 남극의 혹독한 환경에 적응한 결과입니다. 차가운 바닷속에서 체온을 유지하기 위해 두꺼운 지방층을 갖게 되면서 몸이 둥글둥글해졌고, 물의 저항을 줄이기 위해 유선형 체형으로 진화했습니다. 이러한 신체적 특징은 인간의 아기와 비슷한 체형을 연상시켜 우리에게 친숙함과 귀여움을 줍니다. 하지만 이는 펭귄이 의도한 것이 아니라, 극한의 추위 속에서 살아남기 위해 선택한 생존 전략의 산물이며 그들의 삶 자체가 담긴 모습입니다. 펭귄은 주로 남반구에 서식하며, 특히 황제펭귄과 아델리펭귄은 남극의 혹독한 환경에 완벽히 적응했습니다. 남극은 다른 동물들이 쉽게 접근할 수 없는 장벽이었지만, 적응에 성공한 펭귄들에게는 경쟁자가 없는 기회의 땅이 되었습니다. 반면 북극에는 북극곰이나 여우 같은 강력한 포식자들이 존재하여 펭귄이 정착하기 어렵습니다. 과거 인간이 펭귄을 북극에 이주시키려 시도한 적도 있었으나, 생태계의 차이로 인해 결국 실패로 돌아갔습니다. 최근 펭귄은 기후 변화와 인간의 무분별한 어업 활동으로 인해 심각한 위기에 처해 있습니다. 지구 온난화로 빙하가 녹아 서식지가 줄어들고 있으며, 인간이 건강기능식품인 크릴오일을 얻기 위해 펭귄의 주 먹이원인 크릴을 대량으로 포획하면서 먹이 경쟁이 심화되고 있습니다. 특히 세종과학기지 인근 지역에서는 펭귄 개체 수가 눈에 띄게 감소하고 있어, 인간의 활동이 남극 생태계에 미치는 영향에 대한 경각심이 필요한 시점입니다. 우리는 흔히 펭귄을 호기심 많고 친근한 동물로 오해하곤 하지만, 사실 이들은 인간을 반기는 것이 아니라 단지 육상 포식자에 대한 경험이 없을 뿐입니다. 펭귄에게 인간은 수천만 년 동안 본 적 없는 낯선 존재이며, 이들에게 가까이 다가가 촬영하거나 접촉하는 행위는 극심한 스트레스를 유발합니다. 펭귄을 '남극의 일진'이라 부르는 등의 인간 중심적인 일반화보다는, 이들을 생태계의 상위 포식자로서 존중하며 적절한 거리를 유지하는 태도가 중요합니다. 해양 조류인 펭귄은 먹이를 섭취하는 과정에서 다량의 염분을 함께 들이키게 됩니다. 몸 안에 쌓인 과도한 소금기를 배출하기 위해 펭귄은 콧구멍 뒤쪽에 발달한 '염분샘'이라는 특별한 기관을 활용합니다. 신장처럼 노폐물을 걸러내는 이 기관을 통해 염분을 몸 밖으로 내보내는데, 이때 염분을 흘려보낼 민물이 필요합니다. 남극은 비가 내리지 않는 건조한 곳이기에 펭귄은 눈이나 얼음 조각을 먹어 수분을 보충하며 체내 염분 농도를 조절합니다. 북극에서 만난 사향소는 빙하기를 거쳐 살아남은 원시적인 생명력을 보여줍니다. 매머드와 함께 이동하며 진화해온 사향소는 현재 캐나다와 그린란드 일부 지역에만 서식하는 희귀한 동물입니다. 소보다는 산양에 가까운 분류학적 특징을 지니며, 추위를 견디기 위한 길고 치렁치렁한 털이 인상적입니다. 광활한 북극 대지에서 마주한 사향소의 거대한 존재감과 거친 숨소리는 자연의 신비로움과 함께 야생 동물이 지닌 본연의 에너지를 느끼게 해줍니다. 펭귄의 의사소통 연구는 이들의 사회적 삶을 이해하는 중요한 열쇠입니다. 펭귄들은 먼바다에서 먹이를 찾을 때 특정한 소리를 내어 동료들과 위치를 공유하고 무리를 짓는데, 이는 거친 파도 속에서도 협력하기 위한 생존 기술입니다. 우리는 펭귄을 단순히 관찰의 대상이나 귀여운 마스코트로만 여길 것이 아니라, 지구라는 행성을 공유하는 동등한 구성원으로 바라봐야 합니다. 이들이 직면한 위기를 해결하기 위해 인간의 책임을 다하고 공존의 길을 모색하는 것이 진정한 과학의 역할일 것입니다.

이원영

카오스재단석학인터뷰

생명과학

[강연] 제29회 서울대 자연과학대학 공개강연_'과학동행'2 by정현석, 손석우 l 서울대학교&카오스재단 | 2부

자연과학은 우리가 발을 딛고 있는 이 세계의 본질을 탐구하는 여정입니다. 2022년 UN이 지정한 '세계 기초과학의 해'를 맞아 진행된 이번 논의는 '과학과의 동행'이라는 주제 아래 기초과학의 가치를 재조명합니다. 미지의 영역을 향해 끊임없이 질문을 던지는 과정 자체가 인류에게 가장 소중한 가치가 됩니다. 이러한 탐구는 당장의 경제적 이득을 목적으로 하지 않더라도, 결국 인간의 본성에 부합하며 인류 전체에 유익한 결과를 가져다주는 밑거름이 됩니다. 우리가 아는 것보다 모르는 것이 훨씬 더 많다는 사실을 인정하는 데서 진정한 과학적 진보가 시작됩니다. 양자역학은 현대 물리학에서 가장 비직관적이면서도 매혹적인 분야로 꼽힙니다. 빛이 입자인지 파동인지에 대한 오랜 논쟁은 양자역학의 탄생과 함께 새로운 국면을 맞이했습니다. 단일 광자는 반거울을 통과할 때 어느 한 경로를 선택하는 입자처럼 행동하면서도, 관측되지 않을 때는 두 경로를 동시에 지나는 파동처럼 간섭 현상을 일으킵니다. 이러한 '양자 중첩' 상태는 우리가 일상에서 경험하는 논리적 범주를 뛰어넘습니다. 관측하는 순간 상태가 결정되는 이 기묘한 현상은 미시 세계의 기본 원리이며, 우리가 보지 않을 때 자연이 어떻게 행동하는지에 대한 심오한 통찰을 제공합니다. 양자 중첩의 개념을 여러 입자로 확장하면 '양자 얽힘'이라는 더욱 놀라운 현상에 도달합니다. 멀리 떨어져 있는 두 입자가 서로의 상태를 즉각적으로 결정하는 이 현상은 아인슈타인이 '유령 같은 원거리 작용'이라 부르며 의구심을 표했을 만큼 파격적이었습니다. 그러나 벨의 부등식 실험을 통해 국소적 실재론의 한계가 증명되면서, 우리는 이제 우주가 근본적으로 서로 얽혀 있다는 사실을 받아들이게 되었습니다. 이는 단순히 물리적 현상을 넘어 우리의 세계관을 근본적으로 바꾸어 놓았습니다. 이러한 양자적 상관관계는 현대 정보 기술의 패러다임을 바꿀 핵심 자원으로 주목받고 있습니다. 양자 기술을 현실에 구현하기 위한 과학자들의 노력은 '결어긋남'과의 전쟁이라 할 수 있습니다. 거시 세계의 물체는 외부 환경과 끊임없이 상호작용하며 양자적 특성을 쉽게 잃어버리기 때문입니다. 이를 극복하기 위해 온도를 극도로 낮추거나 우주 공간을 활용하는 등 다양한 시도가 이어지고 있습니다. 0과 1의 중첩을 이용하는 '큐비트' 기반의 양자 컴퓨터와 도청이 불가능한 양자 암호 통신은 이미 실험실을 넘어 실용화의 단계로 나아가고 있습니다. 비록 완벽한 양자 컴퓨터의 시대까지는 시간이 필요하겠지만, 잡음이 존재하는 현재의 기술 수준에서도 고전 컴퓨터가 풀지 못하는 난제들을 해결하려는 도전은 계속됩니다. 기후 변화는 이제 단순한 변화를 넘어 인류의 생존을 위협하는 '기후 위기'의 시대로 접어들었습니다. 2021년 노벨 물리학상이 기후 과학자들에게 수여된 것은 이 분야가 정통 물리학의 중요한 한 축임을 전 세계에 공표한 사건이었습니다. 기후에 대한 탐구는 19세기 푸리에의 에너지 균형 연구와 틴들의 온실 기체 발견에서 시작되어 아레니우스의 정량적 분석으로 이어졌습니다. 이들은 지구가 왜 생명체가 살기에 적합한 온도를 유지하는지, 그리고 이산화탄소 농도가 기온에 어떤 영향을 미치는지에 대한 과학적 토대를 마련했습니다. 이러한 선구적인 연구들은 현대 기후 모델링의 출발점이 되었습니다. 현대 기후 과학은 정교한 컴퓨터 모델을 통해 지구의 미래를 예측합니다. 마나베 박사가 개발한 기후 모델은 대류와 복사 에너지의 상호작용을 물리 법칙으로 구현하여 온실 효과를 증명해 냈습니다. 또한 하셀만 박사가 제안한 '지문법'은 최근의 급격한 온난화가 자연적인 변동이 아닌 인류의 활동에 의한 것임을 통계적으로 명백히 규명했습니다. 현재 북극의 빙하가 녹고 기상 이변이 속출하는 현상은 수십 년 전 과학자들이 모델을 통해 예견했던 결과와 놀라울 정도로 일치합니다. 이는 기후 위기가 막연한 추측이 아니라 엄밀한 과학적 근거에 기반한 현실임을 시사합니다. 과학은 불확실한 미지의 영역을 확실한 지식의 영역으로 옮겨오는 인류의 가장 강력한 도구입니다. 양자 세계의 비밀을 파헤쳐 기술의 한계를 돌파하고, 기후 모델을 통해 지구의 위기를 진단하는 과정은 모두 미래 세대와의 지속 가능한 동행을 위한 노력입니다. 이제는 과학적 발견을 넘어 실천적인 행동이 필요한 시점입니다. 탄소 중립을 향한 국가적 대응과 더불어, 과학의 본질을 이해하고 그 가치를 공유하는 공동체의 노력이 뒷받침되어야 합니다. 과학자들의 끊임없는 질문과 도전이 계속되는 한, 우리는 더 나은 미래를 향한 희망의 실마리를 놓지 않을 것입니다.

손석우, 정현석

카오스재단서울대자연과학공개강연

물리학
지구환경과학

[인터뷰] 국종성_낯선 지구 : 다시는 예전의 지구로 돌아갈 수 없다!

기후변화 연구는 단순히 데이터를 분석하는 즐거움을 넘어 이제는 우리 사회가 직면한 가장 중대한 도전 과제가 되었습니다. 25년 넘게 기후를 연구해 온 학자로서 초기에는 가설이 증명될 때 느끼는 학문적 카타르시스와 전율에 집중했다면, 이제는 연구자로서의 사회적 책임감을 깊이 통감하고 있습니다. 대중과 소통하며 기후 위기의 심각성을 알리는 과정에서, 개인적인 연구의 재미와 사회적 필요성 사이의 균형을 맞추는 것이 얼마나 중요한지 깨닫게 된 것입니다. 최근 기후학계에서 주목하는 화두 중 하나는 바로 '기후 임계점'입니다. 이는 지구온난화가 진행되면서 기후가 서서히 변하다가 특정 지점에 도달하면 걷잡을 수 없이 급격하게 변화하는 현상을 의미합니다. 임계점을 넘어선 이후의 기후가 어떤 방향으로 흐를지는 현재의 과학적 지식으로도 정확히 예측하기 어렵습니다. 영화 속 장면처럼 갑작스러운 빙하기가 찾아오거나 울창한 숲이 순식간에 사막으로 변하는 등, 지구가 전혀 다른 환경으로 변모할 수 있다는 사실은 우리에게 큰 경각심을 줍니다. 이산화탄소 증가가 지구에 미치는 영향은 단순히 온실효과에 그치지 않습니다. 식물은 이산화탄소 농도가 높아지면 기공을 적게 열어 수분 증발을 억제하는데, 이는 지면의 온도를 조절하는 증발산 작용을 방해하여 온도를 더욱 높이는 결과를 초래합니다. 이러한 복합적인 기후 시스템을 연구하기 위해 과학자들은 가상의 지구인 '기후 모형'을 활용합니다. 실제 지구를 대상으로 함부로 실험할 수 없기에, 정교한 수학적 모델과 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 미래 기후를 예측하고 대응책을 마련하는 것입니다. 우리가 탄소 중립을 실현하여 대기 중 농도를 낮춘다 하더라도 지구가 과거의 안정적인 상태를 회복할 것이라는 보장은 없습니다. 최근의 학술적 성과들은 지구가 원래의 궤도가 아닌 전혀 새로운 환경적 평형 상태로 진입할 가능성을 경고하고 있습니다. 이는 현재 우리가 산정하는 기후 대응 비용에 미래의 영구적인 손실분까지 포함해야 한다는 경제적, 윤리적 함의를 담고 있습니다. 기후변화가 남기는 흔적은 인류의 예상보다 훨씬 깊고 오래 지속될 수 있음을 잊지 말아야 합니다. 과학 연구는 단거리 경주가 아닌 마라톤과 같습니다. 젊은 연구자들이 처음의 열정을 잃지 않고 꾸준히 나아가기 위해서는 체력 관리와 마음의 여유가 필수적입니다. 밤을 새워 연구에 매진하는 것보다 규칙적인 운동과 다양한 활동을 통해 창의성을 유지하는 것이 장기적으로 더 큰 성과를 내는 비결입니다. 조급함을 버리고 작은 성공들을 쌓아가며 자신만의 페이스를 유지할 때, 비로소 기후 위기라는 거대한 장벽을 넘을 수 있는 혁신적인 해답을 찾고 지속 가능한 연구를 이어갈 수 있을 것입니다.

국종성

카오스재단석학인터뷰

지구환경과학

[질문Q] 지구온난화가 인간에 의한 게 아니라 자연적인 현상이라는 주장에 대해 | 2017 가을 카오스 강연 '미래과학' 7강 | 지구의 낯선 미래 : 설국열차 vs 인터스텔라

기후 변화에 대한 논의는 크게 세 가지 핵심적인 질문으로 요약할 수 있습니다. 먼저 지구 대기 중 이산화탄소 농도가 실제로 증가했는지, 그리고 이러한 증가가 인간 활동에 기인한 것인지, 마지막으로 이것이 지구의 온도를 얼마나 상승시키는지에 대한 문제입니다. 관측 결과 이산화탄소 농도의 증가는 명백한 사실이며, 다양한 과학적 근거들이 이를 인간 활동의 결과로 지목하고 있습니다. 비록 미래의 온도 상승 폭을 정확히 예측하는 데에는 여전히 학술적 견해 차이가 존재하지만, 인간 활동의 개입이 지구 온난화의 결정적인 요인이라는 점에는 대다수의 과학자가 동의하고 있습니다. 지구의 기온 변화를 이해하기 위해서는 인간 활동과는 무관하게 발생하는 자연적인 변동성을 함께 고려해야 합니다. 대표적인 사례인 엘니뇨와 라니냐는 해양과 대기의 상호작용을 통해 나타나는 자연 현상으로, 그 자체만으로도 지구 전체의 기온을 오르내리게 하는 힘을 가지고 있습니다. 강력한 엘니뇨가 발생하면 지구의 온도가 일시적으로 상승하고, 반대로 라니냐 시기에는 기온이 낮아지는 양상을 보입니다. 이러한 자연적 변동성에 인간 활동에 의한 외적 강제력이 더해질 때, 기온 변화의 폭이 자연스러운 범위를 넘어서며 유례없는 온난화 현상을 초래할 수 있다는 사실을 유념해야 합니다. 전 지구적인 기온 변화를 정확하게 측정하기 시작한 것은 인공위성 관측이 본격화된 이후의 일입니다. 1978년 인공위성 발사 이후 축적된 데이터는 1980년대부터 높은 신뢰도를 확보하게 되었으며, 기후학자들은 이 시기 이후의 자료를 바탕으로 정밀한 분석을 수행합니다. 반면 위성 관측 이전의 시기나 육지가 적은 남반구 지역의 경우, 관측 자료의 밀도가 낮아 상대적으로 신뢰도가 떨어지는 한계가 있습니다. 이러한 데이터의 공백을 메우기 위해 과학자들은 과거의 단편적인 기록들을 수학적, 통계적으로 가공하여 전 지구를 대표할 수 있는 통합적인 자료를 구축하려는 노력을 지속하고 있습니다. 과거 기후 데이터의 불확실성을 극복하기 위해 기후학자들은 '프록시'라고 불리는 대용 자료를 적극적으로 활용합니다. 나무의 나이테, 산호의 성장 기록, 빙하와 퇴적물에서 추출한 코어 등은 수백 년 전의 기온 정보를 간직하고 있는 소중한 지표가 됩니다. 연구자들은 현재의 온도와 이러한 대용 자료 사이의 상관관계를 분석하여 검증 모델을 만들고, 이를 과거의 기록에 적용함으로써 데이터의 신뢰성을 높입니다. 비록 과거 자료가 현대의 정밀 관측치에 비해 완벽할 수는 없지만, 이러한 다각적인 분석을 통해 도출된 지구 온도의 상승 추세는 과학적으로 부정할 수 없는 강력한 근거를 갖추고 있습니다. 기후 위기에 대응하기 위한 극단적인 기술적 조치들은 때로 외과 수술을 통해 지방을 강제로 제거하는 다이어트에 비유되기도 합니다. 하지만 우리가 지구를 지키고자 하는 궁극적인 목적은 인류가 보다 행복하고 안정적인 환경에서 삶을 영위하기 위함임을 잊어서는 안 됩니다. 지구는 인류만을 위한 공간은 아니며, 기후의 급격한 변화가 특정 생물종에게는 새로운 기회가 될 수도 있겠지만, 인류의 생존과 번영을 위해서는 현재의 안정적인 환경을 유지하는 것이 최우선 과제입니다. 따라서 인류와 자연이 공존할 수 있는 적절한 대응 방안을 모색하는 것이 우리가 지향해야 할 올바른 방향이라 할 수 있습니다.

카오스재단명강리뷰&질문Q

[명강리뷰] 지구의 낯선 미래 : 설국열차 vs 인터스텔라 by국종성 | 2017 가을 카오스 강연 '미래과학' 7강

기후 변화는 이제 우리에게 익숙한 주제이지만, '티핑 포인트'라는 개념은 여전히 생소하게 다가옵니다. 영화 '설국열차'나 '인터스텔라'에서 묘사된 극한의 환경은 단순한 상상력의 산물처럼 보이지만, 사실 이는 지구가 임계점을 넘었을 때 마주할 수 있는 현실적인 경고이기도 합니다. 산업혁명 이후 인류는 전례 없는 지구 온난화를 겪고 있으며, 이는 단순한 기온 상승을 넘어 지구 시스템 전체의 균형을 흔들고 있습니다. 우리가 상상하지 못했던 낯선 지구의 모습은 먼 미래의 이야기가 아니라, 현재 우리가 내리는 선택에 따라 결정될 눈앞의 현실입니다. 해수면 상승은 기후 변화의 가장 가시적인 위협 중 하나입니다. 지난 100년 동안 전 지구 평균 해수면은 약 20 cm 상승했으며, 일부 지역에서는 이미 기후 난민이 발생하고 있습니다. 단순히 물의 열팽창만 고려하더라도, 평균 깊이가 4,000 m에 달하는 거대한 바다는 단 1%의 팽창만으로도 40 m의 해수면 상승을 불러올 수 있습니다. 여기에 남극의 빙하가 모두 녹는 최악의 시나리오가 더해지면 해수면은 120 m 이상 높아질 수 있습니다. 이는 과거 빙하기에 서해가 육지였던 것처럼, 지구의 지도를 완전히 바꿀 수 있는 거대한 변화입니다. 현재의 지구 온난화를 주도하는 주범은 단연 이산화탄소입니다. 과거 2,000년 동안의 기록을 살펴보면 온실가스 농도는 일정하게 유지되다가 산업혁명 이후 급격한 'J'자형 상승 곡선을 그립니다. 인구 증가 추세와 이산화탄소 농도 변화가 일치한다는 사실은 현재의 기후 변화가 인간 활동에 의한 것임을 명확히 보여줍니다. 우리는 인류 역사상 처음으로 이산화탄소 농도 400 ppm 시대를 살고 있으며, 이는 지구가 자연적으로 조절할 수 있는 범위를 넘어서고 있음을 시사합니다. 온실 효과는 생존에 필수적이지만, 과도한 농도는 지구의 열 균형을 파괴합니다. 기후 시스템에는 변화를 증폭시키는 '양의 피드백'이라는 공범이 존재합니다. 기온이 오르면 대기가 더 많은 수증기를 머금어 온실 효과가 커지고, 북극의 얼음이 녹으면 태양 빛을 반사하는 알베도가 낮아져 지구 온난화가 가속됩니다. 최근 연구에 따르면 북극의 식물성 플랑크톤 증가조차 태양 에너지를 더 많이 흡수하여 온도를 높이는 피드백으로 작용합니다. 이처럼 다양한 피드백 기제들은 이산화탄소가 직접 올리는 온도보다 훨씬 더 큰 폭의 기온 상승을 유도합니다. 우리가 아직 발견하지 못한 피드백들이 존재할 수 있다는 점은 기후 변화의 불확실성과 위험성을 더욱 높입니다. 기후 변화의 티핑 포인트는 작은 충격이 거대한 붕괴로 이어지는 임계점입니다. 영구 동토층이 녹아 이산화탄소보다 온실 효과가 강력한 메탄이 대량 방출되면, 인류의 통제를 벗어난 급격한 기후 변화가 시작될 수 있습니다. 이를 우리 몸에 비유하자면 점진적인 지구 온난화는 '비만'이고, 급격한 변화는 '중병'과 같습니다. 비만일 때 식단과 운동으로 관리하지 않으면 결국 치명적인 질병에 걸리듯, 지금이 바로 우리의 생활 패턴과 에너지 정책을 전환해야 할 마지막 기회입니다. 현재의 안정적인 기후를 지켜내는 것은 미래 세대를 위한 가장 시급한 과제입니다.

카오스재단명강리뷰&질문Q

[2022 특별한 과학강연1] 흙 한 자밤의 우주 _이정모 관장

'자밤'이라는 예쁜 우리말이 있습니다. 엄지와 검지, 중지 세 손가락 끝으로 집을 수 있는 정도의 분량을 뜻하는데요. 이 작은 흙 한 자밤 속에는 우리가 상상하는 것보다 훨씬 거대한 우주가 담겨 있습니다. 토양학에서는 흙 속의 빈 공간인 '공극'을 매우 중요하게 여깁니다. 이 공극 속에 생명 유지에 필수적인 물과 공기가 가득 머물기 때문입니다. 흙은 단순히 발에 밟히는 딱딱한 지표면이 아니라, 수많은 생명체가 숨 쉬고 활동할 수 있도록 정교하게 설계된 삶의 터전이자 생명을 품는 거대한 그릇과 같습니다. 흙 속에는 지렁이부터 눈에 보이지 않는 미생물까지 경이로운 생태계가 펼쳐져 있습니다. 찰스 다윈은 무려 40년 동안 지렁이를 연구하며 이들이 지구 역사에서 얼마나 중요한 역할을 하는지 증명해냈습니다. 또한, 흙 속의 곰팡이 균사들은 마치 거대한 생물학적 네트워크처럼 식물의 뿌리들을 연결하여 정보를 주고받습니다. 흙 한 자밤에는 지구 인구보다 많은 약 10억 마리의 생명체가 살고 있으며, 이들의 공생과 연결은 수억 년 전부터 이어져 온 지구상에서 가장 오래된 생물학적 네트워크라 할 수 있습니다. 지구는 태양계의 암석형 행성 중에서도 물을 머금은 대지를 가진 특별한 곳입니다. 생명이 살기 위해서는 물이 필수적이지만, 그 물을 담아낼 흙이라는 그릇이 없다면 생태계는 유지될 수 없습니다. 탄소 역시 생명의 근간을 이루는 원소로, 우리 몸의 단백질과 DNA를 구성하는 핵심 요소입니다. 하지만 산업혁명 이후 화석 연료의 과도한 사용으로 대기 중 이산화탄소 농도가 급격히 높아졌고, 이는 기후 위기라는 거대한 과제를 우리에게 던져주었습니다. 탄소 자체는 죄가 없으나 그 균형이 깨진 것이 문제입니다. 기후 위기에 대응하기 위해 우리는 태양광이나 풍력 같은 재생 에너지로의 전환과 제로 에너지 빌딩 도입 등 다양한 기술적 노력을 기울이고 있습니다. 그런데 많은 이들이 간과하는 강력한 해결책이 바로 우리 발밑의 흙에 있습니다. 토양은 대기보다 훨씬 더 많은 양의 탄소를 저장할 수 있는 거대한 저장소입니다. 과학자들은 흙을 기후 변화에 대항할 '비밀 병기'라고 부르기도 합니다. 흙을 건강하게 살리는 것만으로도 대기 중의 탄소를 효과적으로 가두고 지구 온난화의 속도를 늦추는 데 큰 기여를 할 수 있습니다. 헨리 데이비드 소로는 천국이 우리 머리 위뿐만 아니라 발아래에도 있다고 말했습니다. 우리가 발밑의 토양을 어떻게 관리하느냐에 따라 그곳은 생명의 천국이 될 수도, 탄소가 뿜어져 나오는 지옥이 될 수도 있습니다. 육류 소비를 줄여 목초지를 숲으로 되돌리고, 토양을 황폐화하지 않는 지속 가능한 농법을 고민해야 합니다. 물과 공기처럼 흙 또한 결코 공짜로 주어지는 무한한 자원이 아님을 깨달아야 합니다. 흙의 가치를 재발견하고 가꾸는 일이야말로 인류가 지구에서 지속적으로 생존할 수 있는 유일한 길입니다.

국립과천과학관과학강연👨‍🏫

생명과학
지구환경과학

[인터뷰] 노정혜_과학이 문화에 스며드는 사회의 품격

노정혜 교수는 한국연구재단 이사장직을 마치고 다시 연구 현장으로 돌아오며 큰 홀가분함과 행복을 느낀다고 전합니다. 재임 기간 동안 약 3만 개에 달하는 연구 과제를 관리하며 연구자들이 공정하고 전문적인 평가를 받을 수 있는 신뢰의 토대를 마련하고자 노력했습니다. 특히 연구자들이 창의적이고 자유롭게 연구할 수 있는 환경을 조성하기 위해 개인 연구 지원 비중을 높이고, 전체 연구 생태계의 건강성을 유지하는 데 주력했습니다. 이러한 노력은 단순히 성과를 내는 것을 넘어, 연구자들이 지속 가능한 연구를 이어갈 수 있는 든든한 기반이 되었습니다. 연구 과제 선정에서 가장 중요한 요소는 독창적인 연구 주제를 명확하게 표현하는 능력입니다. 선정률이 높지 않은 현실에서 연구자는 남들이 시도하지 않은 독창적인 연구 주제를 발굴해야 합니다. 아이디어가 애매하거나 이미 존재하는 것이라면 좋은 평가를 받기 어렵습니다. 따라서 연구자는 자신의 연구 목적과 가치를 논리적으로 설명할 수 있어야 하며, 이는 연구의 성패를 가르는 핵심적인 단계가 됩니다. 기술적인 실험 능력만큼이나 과학적 글쓰기 역량이 강조되는 이유입니다. 한국 과학은 지난 수십 년간의 축적을 통해 이제 본격적으로 열매를 맺는 단계에 진입했습니다. 과거에는 선진국의 연구 주제를 따라가는 경향이 있었으나, 이제는 세계 수준을 선도하기 위해 독창적인 연구 주제를 발굴하는 것이 필수적입니다. 또한 연구 결과를 논문으로 발표하는 데 그치지 않고, 국제 학계와 적극적으로 소통하며 교류하는 자세가 필요합니다. 국제 학술대회 참여나 해외 연구실과의 협력을 통해 한국 과학의 위상을 높이고, 우리만의 독특한 연구 성과를 세계 무대에 널리 알리는 노력이 한국 과학의 미래를 결정지을 것입니다. 카오스재단은 지난 10년 동안 훌륭한 과학자들을 대중 앞에 세워 과학 지식을 쉽게 전달하며 과학의 대중화에 앞장서 왔습니다. 율곡 이이의 '10만 양병설'처럼 과학을 깊이 이해하는 대중 10만 명을 양성하겠다는 목표는 이미 온라인 채널 구독자 20만 명을 돌파하며 가시적인 성과를 거두었습니다. 이제는 국내를 넘어 콘텐츠의 국제화를 도모해야 할 시점입니다. 영어 자막 제작이나 콘텐츠 가공을 통해 외국 유학생과 국제 커뮤니티에도 한국의 우수한 과학 콘텐츠를 제공한다면, 온라인 교육의 활성화와 맞물려 더 큰 파급력을 발휘할 수 있을 것입니다. 과학이 문화의 일부로 스며드는 것은 사회의 품격을 높이고 인간의 삶을 정확하게 이해하는 데 필수적입니다. 팬데믹이나 기후 변화와 같은 현대 사회의 복잡한 문제들을 객관적으로 바라보기 위해서는 기초 과학 지식이 탄탄한 기반이 되어야 합니다. 비록 짧고 감각적인 정보가 넘쳐나는 시대이지만, 깊이 있는 과학 콘텐츠를 지속적으로 생산하고 공유하는 활동은 우리 사회가 당당하고 풍요로운 미래로 나아가는 데 중요한 밑거름이 될 것입니다. 현상의 근본 원리를 이해할 때 우리는 비로소 세상을 더 넓고 깊게 바라볼 수 있는 안목을 갖게 됩니다.

노정혜

카오스재단석학인터뷰

생명과학
융합

크리스마스 과학토크 "크리스마스와 기후변화"

핀란드 로바니에미에는 전 세계 아이들의 동심이 모이는 산타 마을이 있습니다. 이곳은 북극권 경계에 위치하여 실제로 산타에게 편지를 보내면 답장을 받을 수 있는 특별한 장소이기도 합니다. 하지만 최근 이 평화로운 산타 마을을 포함한 북극권이 심각한 기후 위기의 위협을 받고 있습니다. 지구 온난화로 인해 산타가 거주하는 북극권의 환경이 급격하게 변하고 있으며, 이는 단순히 먼 나라의 이야기가 아닌 우리 모두의 생존과 직결된 문제가 되고 있습니다. 북극권의 기온 상승은 다른 지역보다 훨씬 빠르고 심각하게 진행되고 있습니다. 본래 북극권의 눈과 얼음은 태양 에너지를 반사하여 지구의 온도를 조절하는 중요한 역할을 하지만, 얼음이 녹으면서 태양 에너지가 대기를 직접 가열하게 됩니다. 흰 눈이 사라진 자리는 열을 더 많이 흡수하게 되고, 이는 다시 얼음을 더 빨리 녹이는 악순환으로 이어집니다. 이러한 이상 기온 현상으로 인해 북극권의 여름 기온이 36도까지 치솟는 등 북극권의 계절 감각은 이미 우리가 알던 것과 많이 달라졌습니다. 북극권의 지구 온난화는 우리나라와 같은 중위도 지역의 겨울 날씨에도 직접적인 영향을 미칩니다. 북극권의 찬 공기를 가두어 두는 역할을 하는 제트기류가 지구 온난화로 인해 약해지면, 갇혀 있던 차가운 공기가 아래로 흘러내려와 극심한 한파를 몰고 옵니다. 과거의 삼한사온 대신 예측하기 어려운 강력한 추위가 지속되는 이유가 바로 여기에 있습니다. 지구는 전체적으로 따뜻해지고 있지만, 역설적으로 우리는 북극권의 위기 때문에 더욱 혹독하고 취약한 겨울을 경험하게 되는 것입니다. 산타의 충성스러운 조력자인 순록들도 생존의 위기에 처해 있습니다. 북극권의 초원인 툰드라에서 이끼를 먹고 사는 순록들은 보통 발굽으로 눈을 파헤쳐 먹이를 찾습니다. 하지만 기온이 올라 눈 대신 비가 내리면 지면이 단단한 얼음층으로 덮여버려 먹이를 찾지 못하게 됩니다. 이로 인해 많은 순록이 굶주림에 시달리며 과거에 비해 몸집이 눈에 띄게 줄어들고 개체 수도 급감하고 있습니다. 루돌프가 썰매를 끌 힘조차 잃어가는 안타까운 현실이 북극권 곳곳에서 벌어지고 있습니다. 기후 위기는 북극곰과 순록의 만남이라는 기이한 생태계 변화까지 초래하고 있습니다. 빙하가 사라져 주된 먹이인 물개를 사냥하기 어려워진 북극곰이 먹이를 찾아 순록의 서식지까지 내려오면서 기존의 먹이사슬이 뒤죽박죽 엉키고 있습니다. 우리가 즐겁게 맞이하는 크리스마스가 앞으로도 지속되기 위해서는 이러한 기후 위기에 대한 경각심이 필요합니다. 산타와 루돌프를 지키기 위한 우리의 작은 실천과 관심이 모일 때, 비로소 지구의 미래와 아이들의 동심을 함께 지켜낼 수 있을 것입니다.

국립과천과학관과학토크🎙️

생명과학
지구환경과학

[질문Q] 인류세라는 위협 _지구의 미래는 '금성'입니다! l 2016 가을 카오스 강연 '지구인도 모르는 지구' 9강 l 인류세, 지구의 미래를 걱정한다

인류세라는 용어는 인간의 활동으로 인해 지구 환경이 현격하게 변화하고 있음을 상징합니다. 19세기 지질학자 찰스 라이엘이 홀로세를 제안했을 때 인류의 멸종을 전제하지 않았듯, 인류세 논의 역시 반드시 파국을 의미하는 것은 아닙니다. 다만 과거의 지질 시대들이 대멸종으로 끝났던 역사가 있기에, 현재의 급격한 변화가 인류에게 위협이 될 수 있다는 경고의 메시지로 받아들여야 합니다. 지질학적 기록 속에 이미 지난 200년의 흔적이 뚜렷하게 남겨져 있다는 사실은 우리가 처한 상황의 엄중함을 잘 보여줍니다. 현재 지구 온난화 대응의 핵심은 기온 상승을 2도 이내로 억제하는 것입니다. 이는 단순히 날씨가 더워지는 것을 막는 차원을 넘어, 빙하가 돌이킬 수 없이 녹아내리는 임계점을 넘지 않기 위한 절박한 노력입니다. 만약 육상의 빙하가 모두 녹는다면 해수면은 60미터 이상 상승하게 되며, 이는 인류 문명에 감당하기 힘든 재앙이 될 것입니다. 따라서 우리는 기온 상승의 속도를 늦추고 생태계가 적응할 수 있는 시간을 벌어야 합니다. 위기를 극복하고 지속 가능한 시대를 만들기 위한 완화 전략이 그 어느 때보다 절실한 시점입니다. 지구 온난화가 통제 불능의 상태에 빠진다면 우리의 미래는 금성과 닮은 모습이 될지도 모릅니다. 금성은 현재 90기압에 달하는 두꺼운 이산화탄소 대기로 인해 표면 온도가 500도에 육박하는 지옥 같은 환경입니다. 과거에는 금성도 생명체 거주 가능 구역에 속해 있었으나, 온실효과가 가속화되면서 바다와 암석 속의 탄소가 대기로 방출되어 현재의 모습이 되었습니다. 지각의 수분이 증발하여 판구조 운동이 멈추고 탄소 순환이 중단되는 파국적 시나리오는, 인위적인 이산화탄소 배출이 초래할 수 있는 가장 극단적이고도 경계해야 할 미래상입니다. 과거 지구 역사에는 '영거 드라이아스'라 불리는 급격한 기온 하강기가 존재했습니다. 빙하가 녹은 민물이 대량으로 북대서양에 유입되면서 해류의 순환이 멈추고, 온난화되던 지구가 다시 추위로 돌아섰던 사건입니다. 영화 '투모로우'의 과학적 배경이 되기도 한 이 현상은 기후 시스템의 복잡성과 취약성을 동시에 보여줍니다. 현재 우리가 겪는 변화의 가장 큰 문제는 그 속도가 과거의 자연적인 주기보다 훨씬 빠르다는 점입니다. 이러한 급격한 변화는 생물권의 적응 능력을 시험하며, 인류가 멸종에 대한 공포를 느끼게 만드는 근본적인 원인이 되고 있습니다. 기후 위기는 자연과학의 영역을 넘어 정치, 경제, 외교가 복잡하게 얽힌 인류 공동의 과제입니다. 몬트리올 의정서를 통해 오존층 파괴 문제를 해결해 나갔던 것처럼, 교토 의정서와 파리 협정은 지구를 보호하기 위한 국제 사회의 중요한 합의입니다. 비록 각국의 이해관계에 따라 험난한 과정이 예상되지만, 정치적 합의와 더불어 개개인의 실천적 노력이 반드시 병행되어야 합니다. 과학자들의 연구와 공학적 해결책, 그리고 대중의 지속적인 관심이 합쳐질 때 비로소 우리는 인류세의 위기를 지혜롭게 극복하고 다음 세대에게 안전한 지구를 물려줄 수 있을 것입니다.

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[과린이를 부탁해] 어린이 과학동아 12월호, 염전으로 알아보는 기후변화

전라북도 고창군 곰소만 갯벌을 중심으로 과거의 기후 변화를 추적하는 흥미로운 연구가 진행되었습니다. 연구진은 고문서에 기록된 염전의 위치를 분석하여 당시의 해수면 높이를 유추하는 방식을 사용했습니다. 과거 우리나라의 전통적인 소금 생산 방식인 자염은 밀물 때 들어온 바닷물을 활용했기에, 염전은 항상 바닷물이 닿는 해안선 끝자락에 위치했습니다. 따라서 염전 위치의 변화는 곧 해수면 높이의 변화를 보여주는 결정적인 지표가 됩니다. 연구 결과에 따르면 곰소만의 해수면 높이는 시대에 따라 역동적으로 변화했습니다. 백제 시대인 500년 전후에는 마을 바로 앞까지 바닷물이 들어왔으나, 조선 초기에 작성된 '신증동국여지승람'에는 마을에서 약 800m 떨어진 갯벌에서 소금물을 얻었다는 기록이 남아 있습니다. 이는 해수면 높이가 낮아지면서 해안선이 멀어졌음을 의미합니다. 이후 1800년대에 들어서며 염전이 다시 마을 근처로 이동한 기록을 통해 해수면 높이가 다시 상승했음을 알 수 있습니다. 고문서의 기록을 검증하기 위해 연구팀은 갯벌의 흙을 직접 시추하여 분석했습니다. 시추 결과, 진흙 층 사이에서 공기 중에 노출되었을 때 형성되는 토양 층이 발견되었습니다. 이는 1500년에서 1850년 사이 전 세계적으로 발생한 소빙하기의 영향으로 해수면 높이가 크게 낮아졌음을 증명하는 물리적 증거입니다. 문헌 속의 기록과 지질학적 분석 데이터가 일치함으로써, 과거 한반도 서해안의 해수면 변동사가 더욱 명확하게 밝혀지게 되었습니다. 과거 기록에 소금에 관한 정보가 유독 상세하게 남겨진 이유는 소금이 생명 유지에 필수적인 자원이자 국가의 핵심 통제 품목이었기 때문입니다. 소금은 조미료를 넘어 화폐의 역할까지 수행했으며, 로마 시대에는 군인의 급여를 소금으로 지급하기도 했습니다. 오늘날 급여를 뜻하는 '샐러리'라는 단어 역시 소금을 뜻하는 라틴어에서 유래했습니다. 이처럼 국가 차원에서 소금 생산을 엄격히 관리하고 기록한 덕분에 오늘날 우리는 귀중한 기후 데이터를 얻을 수 있었습니다. 현대 과학은 시추한 흙의 입자 크기를 레이저로 분석하고 그 속에 포함된 식물성 플랑크톤의 종류를 파악하여 당시의 환경을 복원합니다. 또한 방사성 동위원소 연대 측정법을 활용해 각 지층이 형성된 정확한 시기를 계산해 냅니다. 수백 년 전 조상들이 남긴 꼼꼼한 기록과 첨단 과학 기술의 만남은 과거의 기후를 이해하고 미래의 변화를 예측하는 소중한 밑거름이 됩니다. 역사를 통해 미래를 바라보는 지혜가 필요한 시점입니다.

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[해SSUL이 있는 과학뉴스] 12월 뉴스 브리핑

로켓 발사의 패러다임을 뒤집는 혁신적인 기술이 등장했습니다. 미국의 '스핀런치'는 거대한 회전 장치를 이용해 로켓을 공중으로 던지는 방식을 제안합니다. 기존 로켓은 중력을 이기기 위해 엄청난 양의 연료를 실어야 했고, 그 무게 때문에 더 많은 에너지가 소모되는 악순환을 겪었습니다. 하지만 이 기술은 지상의 전기 에너지를 활용해 초기에 엄청난 가속도를 제공함으로써 연료 사용량을 획기적으로 줄입니다. 이는 우주 산업의 진입 장벽을 낮추는 경제적인 해결책이 될 것으로 기대됩니다. 물론 이 방식에는 한계도 존재합니다. 시속 8,000km에 달하는 엄청난 회전 속도에서 발생하는 중력 가속도는 생명체가 견딜 수 있는 수준을 훨씬 넘어섭니다. 따라서 사람을 태우는 용도로는 부적합하지만, 소형 위성이나 물류를 우주로 보내는 데에는 최적의 효율을 자랑합니다. 초기 가속에 필요한 연료를 줄이고 대기가 희박한 고도에서 엔진을 점화함으로써, 기존 방식보다 훨씬 저렴하고 빠르게 우주 궤도에 진입할 수 있는 서비스가 가능해질 전망입니다. 우주 기술의 발전만큼이나 시급한 과제는 지구의 기후 위기 대응입니다. 최근 글래스고에서 열린 제26차 유엔기후변화협약 당사국총회(COP26)에서는 전 세계 정상들이 모여 지구 온난화 방지를 위한 논의를 펼쳤습니다. 이번 회의에서는 석탄 발전을 단계적으로 감축하고 선진국의 기후 기금을 확대하는 등의 합의가 이루어졌습니다. 비록 석탄의 완전한 퇴출 대신 감축이라는 표현이 사용되어 아쉬움을 남겼지만, 기후 위기를 막기 위한 전 지구적인 의지를 확인했다는 점에서 의미가 큽니다. 기후 위기의 주범은 비단 석탄 발전만이 아닙니다. 우리가 일상에서 사용하는 플라스틱의 제조 과정에서도 막대한 양의 탄소가 배출됩니다. 최근 연구에 따르면 석유 화학 시설의 탄소 배출량은 화력 발전소에 육박하며, 폐플라스틱을 재생하는 과정에서도 탄소가 발생합니다. 더욱 심각한 것은 미세 플라스틱이 해양을 넘어 토양까지 오염시키고 있다는 사실입니다. 농작물의 뿌리를 통해 흡수된 미세 플라스틱은 결국 먹이사슬을 통해 인체로 돌아오며 우리의 생존을 위협하고 있습니다. 탄소 감축을 둘러싼 국가 간의 이해관계는 매우 복잡합니다. 에너지원의 상당 부분을 석탄에 의존하는 인도와 중국 같은 국가들은 경제 성장과 환경 보호 사이에서 어려운 선택을 강요받고 있습니다. 선진국과 개발도상국 사이의 비용 분담 문제 역시 해결해야 할 숙제입니다. 하지만 유엔 사무총장의 말처럼 우리의 행성은 실 하나에 매달려 있는 위태로운 상태입니다. 이제는 단순히 환경 보호를 외치는 단계를 넘어, 실질적인 사용량 감축과 기술적 보완을 통해 인류 공동의 미래를 지켜나가야 합니다.

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[질문Q] 해저도시가 가능할까? / 인공 아가미ㅣ2016 가을 카오스 강연 '지구인도 모르는 지구' 8강 ㅣ바다의 비밀 - 심해탐사

바닷물은 단순히 표면에서만 흐르는 것이 아니라, 온도와 염분 차이에 따른 밀도 변화로 인해 거대한 순환을 이룹니다. 이를 '열염 순환'이라 부르며, 차갑고 염분이 높은 무거운 물이 극지방에서 가라앉아 심해 바닥을 타고 전 세계 대양을 가로지릅니다. 이 거대한 흐름이 지구 전체를 한 바퀴 도는 데는 약 1,000년이라는 긴 시간이 소요됩니다. 이러한 순환은 수온 약층과 관계없이 표층부터 심층까지 연결하며 지구의 에너지를 분배하는 중요한 역할을 수행합니다. 심해의 열수 분출구는 태양 에너지가 전혀 닿지 않는 극한 환경임에도 불구하고 독특한 생태계를 형성하고 있습니다. 이곳의 생물들은 일반적인 해양 생물과는 다른 생존 방식을 택했습니다. 예를 들어, 열수 분출구의 새우들은 먹이를 섭취하는 대신 몸 안에 황세균을 지니고 공생하며 에너지를 얻습니다. 연안의 홍합과 겉모습은 비슷하지만 내부 구조가 특화된 종들이 발견되기도 하는데, 이는 척박한 환경에 적응하기 위해 원시적이면서도 특수한 형태로 진화해 온 결과입니다. 고립된 열수 분출구 사이에서 생명체가 어떻게 번성할 수 있는지는 흥미로운 연구 대상입니다. 성체는 이동 범위가 좁지만, 부화한 유생들은 플랑크톤 상태로 해류를 타고 멀리 이동할 수 있습니다. 특히 심해 생물의 유생 기간은 일반 생물보다 길어 더 넓은 지역으로 확산이 가능합니다. 또한, 바다 곳곳에 가라앉은 고래 사체는 '징검다리' 역할을 하여 생물들이 새로운 서식지로 이동하는 통로가 되어줍니다. 이러한 메커니즘 덕분에 지리적으로 멀리 떨어진 분출구 사이에서도 유전적 유사성이 유지됩니다. 심해는 거대한 수괴로서 기후 변화의 영향을 직접 받기보다는, 표층과의 상호작용을 통해 생태계의 변화를 겪습니다. 엘니뇨나 라니냐와 같은 현상은 표층 수온을 변화시키고, 이는 곧 심해로 떨어지는 유기물 입자인 '마린 스노우'의 양에 영향을 미칩니다. 심해 저생 생물들에게 마린 스노우는 유일한 먹이원이기 때문에, 상층부의 기후 변화는 결국 심해 생태계의 군집 구조와 밀도를 변화시키는 결정적인 요인이 됩니다. 즉, 바다의 표면과 심연은 보이지 않는 끈으로 연결되어 있는 셈입니다. 미래의 해저 도시는 공학적 도전과 창의적 상상력의 결합체가 될 것입니다. 심해의 엄청난 수압을 견디기 위해서는 구형 구조물이 필수적이며, 부식을 방지하기 위해 티타늄과 같은 특수 소재가 사용되어야 합니다. 또한, 인간이 물속에서 자유롭게 호흡하기 위해 물속의 산소를 직접 추출하는 '인공 아가미' 기술도 연구되고 있습니다. 비록 현재는 비용과 기술적 한계가 존재하지만, 과거의 상상이 현실이 되었듯 인류가 바다 환경에 완벽히 적응하여 살아갈 날도 머지않은 미래에 다가올 수 있습니다.

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[강연] 기후학자가 노벨물리학상을 수상한 이유? by 국종성 ㅣ 고등과학원(KIAS) x 카오스재단 2021 '노벨상 해설강연' | 2강

기후 연구는 단순히 대기와 해양의 물리적 현상을 관찰하는 지구과학의 영역을 넘어, 이제는 식물의 호흡과 같은 생태적 요소까지 고려하는 거대한 융합 학문으로 진화했습니다. 우리가 살고 있는 지구에 대한 깊은 호기심과 관심을 가진 사람이라면 누구나 이 여정에 동참할 수 있습니다. 특히 현대 기후학은 다양한 학문적 배경을 가진 이들이 모여 복잡한 지구 시스템을 다각도로 분석하는 융합적 사고를 요구합니다. 이러한 통합적 접근은 기후 변화라는 인류 공동의 과제를 해결하는 데 필수적인 토대가 되며, 미래의 기후학자들에게 가장 필요한 덕목이기도 합니다. 소중한 지구를 대상으로 직접적인 실험을 할 수 없기에, 과학자들은 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 가상의 지구인 '기후 모형'을 만듭니다. 이는 지구의 물리적 과정을 정교한 수학적 방정식으로 표현하여 미래의 변화를 진단하는 도구입니다. 전 지구를 격자로 쪼개어 수천만 개의 미분 방정식을 푸는 이 과정에는 엄청난 성능의 슈퍼컴퓨터가 동원됩니다. 10만 줄 이상의 복잡한 코드로 이루어진 기후 모형은 인류가 지구 시스템을 이해하고 미래의 기후 위기에 대비하기 위해 수십 년간 개발해 온 정교한 과학적 산물이자, 미래를 내다보는 창과 같습니다. 2021년 노벨 물리학상이 기후학자들에게 수여된 사건은 과학계에 큰 영감을 주었습니다. 이는 기후 시스템이 물리학적으로 매우 정교한 복잡계임을 인정함과 동시에, 기후 위기가 인류가 직면한 가장 시급하고 거대한 위협이라는 강력한 메시지를 담고 있습니다. 노벨 재단은 지구 온난화를 물리적으로 모델링하고 그 변동성을 정량화하여 신뢰할 수 있는 예측을 가능하게 한 공로를 높이 평가했습니다. 이는 기후학이 현대 물리학의 중요한 한 축으로서 인류의 생존과 직결된 학문임을 공표한 것이며, 우리가 당장 실천해야 할 과제임을 일깨워주는 상징적인 사건입니다. 슈쿠로 마나베 교수는 1960년대에 이미 세계 최초로 3차원 대기 대순환 모형을 개발하며 현대 기후 예측의 기틀을 마련했습니다. 그는 이산화탄소 농도가 2배 증가할 때 지표 온도가 약 2.4℃ 상승할 것이라는 놀라운 예측을 내놓았는데, 이는 수십 년 뒤의 현대적 관측치와도 매우 유사합니다. 특히 이산화탄소 증가 시 성층권 온도가 하락할 것이라는 그의 통찰은 훗날 실제 관측을 통해 증명되었습니다. 이는 기후 변화가 태양 활동의 변화가 아닌, 인간 활동에 의한 온실가스 배출 때문임을 밝히는 결정적인 과학적 근거가 되어 회의론자들의 주장을 잠재웠습니다. 클라우스 하셀만 교수는 무질서해 보이는 날씨의 변동 속에서 어떻게 장기적인 기후 예측이 가능한지에 대한 해답을 제시했습니다. 그는 대기의 빠른 변화가 해양과 같은 느린 시스템에 축적되는 과정을 수학적으로 증명하며 기후 예측의 토대를 마련했습니다. 이는 아인슈타인의 브라운 운동 개념을 기후 연구에 적용한 혁신적인 시도였습니다. 해양과 대기가 서로 시그널을 주고받으며 엘니뇨와 같은 거대한 기후 흐름을 만들어내는 과정을 이해하게 됨으로써, 인류는 무작위적인 날씨의 소음 속에서도 기후라는 거대한 질서의 방향성을 읽어낼 수 있게 되었습니다. 하셀만 교수의 또 다른 위대한 업적은 기후 변화의 원인을 규명하는 '최적 지문법'을 개발한 것입니다. 이는 관측된 기후 패턴 중에서 인간 활동에 의한 영향을 정밀하게 찾아내는 기술입니다. 최근 빈번해진 이상 기후가 단순한 자연적 변동인지, 아니면 인위적인 온난화 때문인지를 과학적으로 판별할 수 있게 된 것입니다. 이러한 연구는 기후 변화의 확률적 위험성을 정량화하여 정책 결정자들이 방파제 높이를 조절하거나 탄소 중립 전략을 세우는 데 실질적인 데이터를 제공합니다. 즉, 과학이 사회적 의사결정에 기여할 수 있는 강력한 도구를 마련해 준 셈입니다. 노벨상 수상은 기후 연구의 끝이 아니라 인류에게 주어진 새로운 숙제의 시작을 의미합니다. 우리는 여전히 지구 시스템의 임계점이 어디인지, 탄소 중립 이후 지구가 과거의 상태로 회복될 수 있는지에 대해 명확한 답을 찾고 있습니다. 급격한 기후 변화에 따른 생태계의 반응과 지구가 받는 지속적인 기후 스트레스는 우리가 앞으로 풀어야 할 거대한 수수께끼입니다. 기후학자들이 닦아놓은 과학적 토대 위에서, 이제는 전 인류가 지혜를 모아 지구의 지속 가능한 미래를 위한 실천적인 해답을 찾아나가야 합니다. 이번 수상은 그 여정을 독려하는 인류의 응원과도 같습니다.

국종성

카오스재단노벨상/필즈상 해설강연

지구환경과학

[강연] 2021 '노벨상 해설강연' by 오석배, 국종성, 여준현, 송충의 l 고등과학원&카오스재단

기초과학은 인류 문명의 근간을 이루는 지식의 보고입니다. 2021년 노벨상은 생리의학, 물리학, 화학 분야에서 인류의 이해를 한 단계 도약시킨 혁신적인 성과들에 수여되었습니다. 이번 성과들은 우리가 세상을 느끼는 방식부터 복잡한 기후 시스템의 변화, 그리고 분자를 합성하는 새로운 방법론에 이르기까지 폭넓은 영역을 아우릅니다. 이러한 연구들은 단순한 학문적 성취를 넘어 인류가 직면한 위기를 극복하고 더 나은 미래를 설계하는 데 필수적인 토대를 제공합니다. 생리의학상 분야에서는 우리가 온도와 촉각을 어떻게 인지하는지에 대한 비밀이 밝혀졌습니다. 데이비드 줄리어스 교수는 고추의 매운 성분인 캡사이신을 활용해 열을 감지하는 수용체인 TRPV1을 발견했습니다. 이는 특정 온도가 넘어설 때 이온 통로가 열리며 전기 신호를 발생시키는 원리를 규명한 것입니다. 또한 박하의 시원함을 느끼게 하는 TRPM8 수용체의 발견은 우리가 차가움을 인지하는 메커니즘을 이해하는 결정적인 계기가 되었습니다. 아뎀 파타푸티언 교수는 기계적 자극을 전기 신호로 변환하는 피에조 수용체를 발견하여 촉각의 신비를 풀었습니다. 이 수용체는 피부의 촉감뿐만 아니라 혈압 조절, 호흡, 방광의 팽창 감지 등 우리 몸의 다양한 생리 현상에 관여합니다. 특히 몸의 위치와 움직임을 파악하는 고유 수용성 감각에도 핵심적인 역할을 한다는 사실이 밝혀졌습니다. 이러한 발견은 통증 치료와 감각 이상 질환을 해결하기 위한 새로운 의학적 가능성을 제시하고 있습니다. 물리학상 중 복잡계 분야를 수상한 조르조 파리시 교수는 무질서한 시스템 속에서 숨겨진 패턴을 찾아내는 혁신적인 이론을 정립했습니다. 그는 스핀 유리라는 복잡한 자성체 모델을 통해 '복제 대칭성 깨짐'이라는 수학적 해법을 제시했습니다. 이는 단순히 물리적 현상을 넘어 신경망 이론, 단백질 접힘, 최적화 문제 등 다양한 학문 분야에 응용될 수 있는 보편적인 틀을 마련했습니다. 무질서해 보이는 자연 현상 이면의 질서를 이해하려는 그의 노력은 현대 과학의 지평을 넓혔습니다. 기후 변화 분야의 수상자인 슈쿠로 마나베와 클라우스 하셀만 교수는 지구 온난화를 물리적으로 모델링하여 예측의 신뢰성을 높였습니다. 마나베 교수는 대기와 해양의 상호작용을 고려한 3차원 모델을 최초로 개발하여 이산화탄소 증가가 지표 온도를 높인다는 사실을 입증했습니다. 하셀만 교수는 무작위적인 날씨 변화 속에서도 장기적인 기후 변동을 정량화하는 방법을 고안하여 인간 활동이 기후에 미치는 영향을 과학적으로 증명했습니다. 이는 현재 우리가 직면한 기후 위기에 대응하는 가장 강력한 근거가 됩니다. 화학상 분야에서는 금속이나 효소 없이도 효율적으로 분자를 합성할 수 있는 비대칭 유기 촉매 반응이 주목받았습니다. 벤자민 리스트와 데이비드 맥밀런 교수는 탄소, 수소, 질소 등 단순한 원소로 구성된 유기 분자가 정교한 촉매 역할을 할 수 있음을 보여주었습니다. 특히 거울상 이성질체 중 원하는 한쪽만을 선택적으로 합성하는 기술은 의약품 제조 공정을 획기적으로 개선했습니다. 이는 환경 친화적이면서도 경제적인 화학 합성의 새로운 시대를 열었다는 평가를 받습니다. 2021년 노벨상 수상작들은 공통적으로 보이지 않는 세계의 원리를 규명하여 인류의 삶에 실질적인 변화를 가져왔습니다. 감각 수용체의 발견은 고통 없는 삶을 향한 희망을 주었고, 복잡계와 기후 모델링은 지구의 미래를 예측하는 지혜를 선사했습니다. 또한 유기 촉매 기술은 더 안전하고 효율적인 약물 개발을 가능하게 했습니다. 과학은 이처럼 끊임없는 질문과 탐구를 통해 인류의 한계를 극복하며, 우리가 사는 세상을 더욱 깊이 이해하게 만드는 가장 강력한 도구입니다.

국종성, 송충의, 여준현, 오석배

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물리학
화학
생명과학
지구환경과학

[명강리뷰] 미세먼지는 지구 환경에 어떤 영향을 줄까? by 박록진 ㅣ 2016 가을 카오스 강연 '지구인도 모르는 지구' 7강

미세먼지는 공기 중에 떠다니는 액체나 고체 상태의 아주 작은 알갱이를 의미합니다. 많은 이들이 대기오염이 갈수록 심해진다고 느끼지만, 실제 지난 20년간 서울의 미세먼지(PM10) 농도는 꾸준히 감소해 왔습니다. 이는 환경부의 배출량 저감 정책이 실질적인 효과를 거두었음을 보여주는 지표입니다. 물론 연도별로 소폭 상승하는 구간도 존재하지만, 장기적인 관점에서는 대기질 개선을 위한 노력이 성과를 내고 있다는 점을 확인할 수 있습니다. 최근에는 일반 미세먼지보다 입자가 더 작은 초미세먼지(PM2.5)에 대한 관심이 높습니다. 머리카락 직경의 수십 분의 일에 불과한 초미세먼지는 인체 깊숙이 침투하여 건강에 더 큰 해를 끼치기 때문입니다. 통계에 따르면 초미세먼지 농도 역시 점진적으로 낮아지는 추세이나, 일반 미세먼지에 비하면 그 감소 폭이 상대적으로 완만합니다. 따라서 앞으로의 환경 정책은 인체 유해성이 높은 초미세먼지를 집중적으로 관리하는 방향으로 나아가야 합니다. 미세먼지는 발생 원인에 따라 자연적인 것과 인위적인 것으로 나뉩니다. 황사나 해염 입자, 꽃가루 등은 자연적으로 발생하며 입자의 크기가 상대적으로 큽니다. 반면 화력발전소나 자동차 배기가스에서 배출되는 황산염, 질산염 등은 기체 상태의 물질이 대기 중에서 화학 반응을 일으켜 생성되는 초미세먼지입니다. 특히 암모니아나 유기 기체 등이 결합하여 만들어지는 이러한 미세 입자들은 우리 눈에 보이지 않을 만큼 작지만 대기질에 결정적인 영향을 미칩니다. 실내 대기오염의 주범으로 언급되는 요리 과정에서의 미세먼지는 실외 대기질과는 별개의 문제입니다. 고등어를 굽는 등의 행위는 실내 미세먼지 농도를 급격히 높이지만, 도시 전체의 대기오염 수치에 직접적인 영향을 주지는 않습니다. 하지만 우리나라는 여전히 세계보건기구(WHO)의 권장 기준을 상회하는 농도를 보이고 있으며, 글로벌 환경 지수에서도 하위권에 머물러 있습니다. 이는 우리가 여전히 대기오염 문제에 대해 경각심을 갖고 개선 노력을 지속해야 함을 시사합니다. 미세먼지 농도가 높음에도 하늘이 맑아 보이는 현상은 대기 중 습도와 관련이 있습니다. 미세먼지가 수증기를 흡수해 커지면 시야가 흐려지지만, 건조한 날에는 농도가 높아도 시정이 좋게 나타날 수 있습니다. 또한 미세먼지는 구름을 형성하는 응결핵 역할을 하여 태양 빛을 반사함으로써 지구의 에너지 균형에 영향을 미치기도 합니다. 이러한 미세먼지의 간접 효과는 기후 변화 예측에서 가장 복잡하고 중요한 연구 분야 중 하나로 손꼽히고 있습니다.

카오스재단명강리뷰&질문Q

[해SSUL이 있는 과학뉴스] 2021 노벨 물리학상

2021년 노벨 물리학상은 매우 이례적인 구성을 보여주었습니다. 수상자 세 명 중 두 명이 기상학자였으며, 이는 노벨 물리학상 역사상 기상학 분야가 처음으로 인정받은 사례로 기록되었습니다. 슈쿠로 마나베와 클라우스 하셀만은 기후 모델링을 통해 지구 온난화를 과학적으로 증명했고, 조르조 파리시는 복잡계 이론을 정립한 공로를 인정받았습니다. 이들의 연구는 서로 다른 분야처럼 보이지만, 복잡하고 무질서한 시스템을 이해하려는 물리학적 노력이 기후라는 거대한 체계에 어떻게 적용될 수 있는지를 잘 보여줍니다. 슈쿠로 마나베 교수는 지구 대기 중 이산화탄소 농도 증가가 지표면 온도 상승으로 이어지는 과정을 수학적 모델로 규명했습니다. 그는 이산화탄소 농도가 두 배가 될 때 지표면 온도가 약 2.36도 상승할 것이라는 시나리오를 제시했는데, 이는 당시 관측 데이터가 부족한 상황에서 이루어진 혁신적인 예측이었습니다. 이후 50년 동안 축적된 실제 관측 결과가 그의 모델과 놀라울 정도로 일치함이 밝혀지면서, 막연하게만 느껴졌던 온실효과를 과학적 수치로 증명해낸 그의 공로가 다시금 주목받게 되었습니다. 클라우스 하셀만 교수는 복잡한 기상 현상 속에서 인위적 요인이 기후에 미치는 영향을 정밀하게 추적하는 모델을 개발했습니다. 그는 자연적인 변동성과 인위적 요인을 명확히 구분해내는 데 성공했습니다. 산업화 이후의 지표면 온도 상승 데이터가 자연적인 변화만으로는 설명되지 않으며, 인위적 요인에 의한 온실효과를 포함했을 때만 실제 관측값과 일치한다는 사실을 입증한 것입니다. 그의 연구는 현재 기후 변화 대응의 핵심 자료인 IPCC 보고서의 근간이 되었으며, 인류가 기후 위기의 주범임을 과학적으로 확증했습니다. 조르조 파리시 교수는 통계 물리학의 관점에서 '복잡계 이론'을 구체화했습니다. 그는 유리와 같이 고체와 액체의 중간 성질을 지닌 물질을 이해하기 위해 '스핀 글라스'라는 시스템을 제안했습니다. 입자들이 서로의 배열 조건에 부딪혀 질서를 찾지 못하고 갈등하는 상태를 '쩔쩔매는 상태(Frustrated)'라고 정의하며, 무질서 속에서도 숨겨진 규칙성을 찾아내는 수학적 틀을 마련했습니다. 이러한 복잡계 연구는 단순히 물리적 입자를 넘어 단백질 구조 분석이나 사회 현상 예측 등 다양한 분야에 응용되며 현대 과학의 지평을 넓혔습니다. 이번 노벨 물리학상 수상은 기후 위기가 인류에게 얼마나 시급하고 중요한 과제인지를 다시 한번 일깨워줍니다. 과학자들이 당면한 문제를 해결하기 위해 쏟은 수십 년의 노력이 결국 인류의 생존을 위한 이정표가 된 것입니다. 복잡한 세상을 이해하려는 순수한 탐구심이 기후 변화라는 거대한 난제를 해결하는 열쇠가 되었듯, 기초 과학의 중요성은 아무리 강조해도 지나치지 않습니다. 우리 앞에 놓인 불확실한 미래를 과학적 근거를 바탕으로 예측하고 대비하는 일은 이제 선택이 아닌 필수적인 시대적 사명이 되었습니다.

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물리학
지구환경과학

[명강리뷰] 뜨거워지는 지구, 급증하는 기상이변, 왜? by 김백민 ㅣ 2016 가을 카오스 강연 '지구인도 모르는 지구' 6강

우리 머리 위 상공 10km에는 시속 300km에 달하는 강력한 바람인 제트기류가 흐르고 있습니다. 이 바람은 북극과 남극의 차가운 공기를 감싸 안으며 거대한 소용돌이를 형성하는데, 이를 '극 소용돌이'라고 부릅니다. 제트기류는 평소 북극의 한기를 가두는 울타리 역할을 하지만, 기압 차이에 의해 그 흐름이 결정됩니다. 상공의 낮은 기온으로 인해 형성된 저기압을 왼쪽에 두고 부는 이 강력한 바람은 지구의 기온 균형을 유지하는 핵심적인 장치입니다. 1980년대 후반부터 북극 해빙은 급격히 줄어들고 있으며, 이는 지구 전체의 기상 패턴을 뒤흔드는 원인이 됩니다. 해빙이 사라진 바다에서는 엄청난 양의 열과 수증기가 방출되는데, 이 에너지는 상공의 기압계를 팽창시켜 제트기류의 힘을 약화시킵니다. 본래 팽팽하게 흐르던 제트기류가 힘을 잃고 남북으로 요동치기 시작하면, 북극의 찬 공기가 한반도와 같은 중위도 지역까지 깊숙이 내려오게 됩니다. 역설적이게도 지구가 뜨거워질수록 우리가 겪는 겨울철 한파는 더욱 매서워지는 것입니다. 지구온난화의 근본적인 원인은 인간 활동에 의한 이산화탄소 배출에 있습니다. 산업화가 진행된 지역을 중심으로 관측되는 높은 탄소 농도는 인류가 화석 연료를 사용하며 배출한 결과물임이 명백합니다. 산업혁명 이후 지구의 평균 기온은 약 1.3도 상승하여 현재 15도에 도달했는데, 이는 지구의 긴 역사에 비추어 볼 때 매우 짧은 순간에 일어난 충격적인 변화입니다. 대다수의 과학자가 동의하듯, 현재의 온난화는 자연적인 변동을 넘어선 인위적인 재난의 성격을 띠고 있습니다. 지구온난화는 단순히 온실효과만으로 설명되지 않으며, 지구가 스스로 온도를 높이는 '되먹임 현상'이 그 위험성을 증폭시킵니다. 북극 해빙이 녹으면 태양 빛을 반사하던 흰 표면이 사라지고 에너지를 흡수하는 검은 바다가 드러나 온도가 더욱 상승하는 악순환이 반복됩니다. 또한 북극의 영구 동토층이 녹으면서 잠자고 있던 메탄가스가 방출될 경우, 이산화탄소보다 수십 배 강력한 온난화 효과를 유발할 수 있습니다. 이러한 지구의 증폭 작용은 우리가 예측하는 미래보다 더 빠르고 무서운 변화를 가져올 수 있습니다. 해수면 상승은 인류가 직면한 가장 심각한 위협 중 하나로, 특히 서태평양 지역의 상승세가 두드러집니다. 이는 투발루와 같은 섬나라뿐만 아니라 한반도 주변의 해양 환경에도 큰 영향을 미치며, 태풍의 위력을 강화해 막대한 피해를 야기합니다. 최근 미국의 아이들이 미래 세대의 생존권을 주장하며 정부를 상대로 승소한 사례는 기후 위기가 더 이상 먼 미래의 일이 아님을 시사합니다. 우리는 미래 세대에게 건강한 지구를 물려주기 위해 불확실성을 줄이고 탄소 감축을 위한 실천적인 고민을 시작해야 합니다.

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[강연] 표면에서 일어나는 화학 반응의 세계 _ by이현주ㅣ2021 가을 카오스강연 '과학의 희열' 6강 | 6강

현대 화학 산업은 거대한 전환점을 맞이하고 있습니다. 과거에는 땅속의 석유를 채굴하여 연료와 플라스틱을 대량 생산하는 모델이 주를 이루었으나, 이제는 이산화탄소 배출로 인한 기후 변화 문제가 심각한 화두로 떠올랐습니다. 탄소세 부과와 전기차 시장의 급격한 팽창은 기존 정유 및 화학 업계에 큰 변화를 요구하고 있습니다. 이러한 흐름 속에서 인류는 더 이상 자원 고갈 때문이 아니라, 지구 환경을 보호하기 위해 석유를 대체할 새로운 자원을 찾아야 하는 과제에 직면해 있습니다. 석유의 대안으로 주목받는 자원에는 바이오매스, 태양광, 풍력 에너지 등이 있습니다. 특히 태양광이나 풍력으로 생산된 전기를 이용해 물을 분해하여 수소를 얻고, 이를 이산화탄소와 결합해 유용한 화합물을 만드는 기술이 활발히 연구되고 있습니다. 미래의 화학 산업은 특정 지역에서 대량 생산하여 전 세계로 보급하던 방식에서 벗어나, 지역별 자원 특성에 맞춰 필요한 제품을 즉석에서 생산하고 소비하는 분산형 모델로 진화할 것입니다. 이러한 변화의 중심에는 화학 반응을 조절하는 촉매 기술이 자리 잡고 있습니다. 촉매는 화학 반응이 일어나는 데 필요한 활성화 에너지를 낮추어 반응 속도를 조절하는 물질입니다. 일상적인 조건에서는 반응물이 생성물로 변하기 위해 매우 높은 활성화 에너지 장벽을 넘어야 하지만, 촉매는 이 과정을 안정화하여 더 적은 에너지로도 반응이 진행되도록 돕습니다. 촉매는 크게 균일계, 불균일계, 효소 등으로 나뉘는데, 그중에서도 고체 상태의 촉매를 사용하는 불균일계 촉매는 산업 현장에서 가장 널리 쓰입니다. 이는 공정 관리가 용이하고 대량 생산에 적합하여 현대 화학 공장의 핵심적인 역할을 수행합니다. 불균일계 촉매의 핵심은 표면 반응에 있습니다. 반응은 촉매의 표면에서만 일어나기 때문에, 비싼 귀금속인 백금 등을 사용할 때는 표면적을 극대화하는 것이 경제적으로 매우 중요합니다. 나노 기술을 활용해 금속을 수 나노미터 크기의 입자로 만들면 표면적을 수십만 배 이상 늘릴 수 있어 효율성이 비약적으로 상승합니다. 반응물이 촉매 표면에 흡착되어 결합이 끊어지거나 재결합한 뒤 생성물로 탈착되는 일련의 과정은 나노 입자의 크기와 모양, 표면 원자 배열에 따라 결정되며, 이를 정밀하게 제어하는 것이 연구의 핵심입니다. 최근 촉매 연구의 가장 뜨거운 분야 중 하나는 단일 원자 촉매입니다. 이는 금속 원자를 하나씩 담체 위에 분산시켜 모든 원자가 표면 반응에 참여하도록 만드는 기술입니다. 기존 나노 입자 촉매는 내부의 원자들이 반응에 참여하지 못해 낭비되는 부분이 많았으나, 단일 원자 촉매는 금속 활용도를 100%까지 끌어올릴 수 있습니다. 또한 반응 자리가 매우 균일하여 원치 않는 부산물을 줄이고 특정 생성물만 얻는 선택도가 높다는 장점이 있습니다. 이는 메탄을 고부가가치 화합물로 전환하는 등 난도가 높은 반응에서 혁신적인 가능성을 보여줍니다. 하지만 단일 원자 촉매가 모든 반응에서 만능은 아닙니다. 수소 연료 전지의 핵심인 산소 환원 반응처럼 두 개 이상의 원자가 협동하여 결합을 끊어야 하는 경우에는 단일 원자만으로는 한계가 있습니다. 이를 해결하기 위해 원자들이 서로 이웃하여 존재하는 앙상블 촉매 구조가 새롭게 주목받고 있습니다. 앙상블 촉매는 모든 원자가 표면에 노출되어 있으면서도 이웃한 원자들과의 상호작용을 통해 복잡한 화학 결합을 효과적으로 제어할 수 있습니다. 이는 불순물에 취약한 단일 원자 촉매의 단점을 보완하고 실제 산업 공정에서의 내구성을 높이는 대안이 됩니다. 촉매 기술의 발전은 수소 연료 전지차의 대중화와 탄소 중립 실현을 앞당기는 결정적인 열쇠입니다. 연료 전지에 들어가는 고가의 백금 사용량을 획기적으로 줄이거나, 자동차 배기가스의 오염 물질을 정화하는 삼원 촉매의 성능을 높이는 일은 모두 표면 반응 제어 기술에 달려 있습니다. 나아가 대기 중의 이산화탄소를 포집하여 다시 연료나 원료로 바꾸는 기술이 완성된다면, 인류는 지속 가능한 순환형 화학 산업 구조를 갖추게 될 것입니다. 보이지 않는 미세한 표면에서 일어나는 원자들의 움직임이 인류의 미래를 바꾸는 거대한 변화를 만들어내고 있습니다.

이현주

카오스재단카오스강연

화학

[과린이를 부탁해 - 과학소년10월,살찌는 이유 따로 있다! ]

최근 신체 활동의 감소로 인해 비만 문제가 가족 전체의 화두로 떠오르고 있습니다. 특히 영유아기 지방은 성장에 필수적인 역할을 수행하는데, 여기에는 착한 지방인 갈색지방과 에너지를 저장하는 백색지방이 존재합니다. 갈색지방세포는 미토콘드리아가 풍부하여 열에너지를 생산함으로써 스스로 체온을 조절하기 어려운 아기들의 체온 유지를 돕습니다. 반면 백색지방세포는 에너지를 저장하는 창고 역할을 하며, 과도할 경우 몸에 해로운 중성지방을 축적하여 건강을 위협할 수 있습니다. 소아 비만이 위험한 이유는 지방세포의 크기뿐만 아니라 그 숫자 자체가 급격히 늘어나기 때문입니다. 한 번 생성된 지방세포는 쉽게 사라지지 않고 몸에 남아 언제든 다시 살이 찔 준비를 하게 됩니다. 통계에 따르면 소아 비만의 약 80%가 성인 비만으로 이어진다고 알려져 있어, 어린 시절의 식습관 관리가 평생의 건강을 좌우한다고 해도 과언이 아닙니다. 따라서 당분이 많은 음식을 줄이고 활동량을 늘려 지방세포의 과도한 증식을 막는 노력이 무엇보다 중요합니다. 성별에 따라 지방이 축적되는 양상도 다르게 나타납니다. 여성에게 흔히 나타나는 셀룰라이트는 피하지방이 결합 조직 사이로 튀어나와 피부가 울퉁불퉁해지는 현상으로, 이는 임신 시 에너지를 비축하기 위한 진화의 결과이기도 합니다. 반면 남성에게 주로 나타나는 내장지방은 장기 사이사이에 쌓여 건강에 더 치명적입니다. 내장지방은 인슐린 효과를 떨어뜨리고 혈압을 높이는 나쁜 호르몬을 분비하여 당뇨병이나 심장 질환, 심지어 치매까지 유발할 수 있는 위험 요인으로 작용합니다. 다이어트를 시작하면 내장지방이 피하지방보다 먼저 빠지는 경향이 있는데, 이는 내장지방세포가 크고 호르몬에 더 민감하게 반응하기 때문입니다. 하지만 근본적인 해결을 위해서는 근육량을 늘려 기초대사량을 높이는 것이 필수적입니다. 운동을 통해 근육 내 미토콘드리아 숫자가 늘어나면 가만히 있어도 소비되는 칼로리가 증가하여 효율적인 체중 관리가 가능해집니다. 일상 속에서 계단 오르기나 자전거 타기 같은 활동을 실천하는 것만으로도 건강한 몸을 유지하는 데 큰 도움이 됩니다. 현대 과학은 비만 외에도 다양한 사회적 과제에 직면해 있습니다. 의료용 인공지능은 암 치료와 유전자 맞춤 치료 분야에서 인간 의사를 보조하며 혁신을 거듭하고 있으며, 청소년의 스마트폰 중독 문제는 뇌 발달과 눈 건강 측면에서 심각한 우려를 낳고 있습니다. 또한 기후 변화로 인해 한반도의 과일 재배 지도가 북상하는 현상은 우리가 직면한 환경 위기를 실감하게 합니다. 이러한 과학적 변화를 이해하고 대응하는 자세는 미래 사회를 살아가는 우리에게 꼭 필요한 소양이라 할 수 있습니다.

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생명과학
지구환경과학
뇌인지과학
융합

[강연] 기체관측과 지구환경: 프레온가스 이야기 _ by박선영ㅣ 2021 가을 카오스강연 '과학의 희열' 2강 | 2강

프레온 가스는 과거의 유물로 여겨졌으나 최근 다시금 환경 과학계의 뜨거운 화두로 떠올랐습니다. 몬트리올 의정서를 통해 전 세계적으로 생산과 사용이 금지되었음에도 불구하고, 대기 중 농도 변화를 관측한 결과 예상치 못한 배출원이 존재함이 밝혀졌기 때문입니다. 이는 단순히 과거의 문제를 해결하는 것을 넘어, 현재 진행 중인 지구 환경 변화를 감시하고 규제하는 과학적 노력의 중요성을 다시금 일깨워 줍니다. 보이지 않는 기체의 흐름을 추적하는 일은 지구의 미래를 지키는 핵심적인 열쇠가 됩니다. 프레온 가스는 탄소, 불소, 염소가 결합한 구조로 매우 안정적이며 독성이 없어 산업적으로 널리 활용되었습니다. 냉매, 세정제, 단열재 충전재 등 우리 생활 곳곳에서 필수적인 역할을 담당했으나, 이러한 안정성이 오히려 환경에는 독이 되었습니다. 대류권에서 분해되지 않고 성층권까지 도달한 프레온 가스는 강력한 자외선에 의해 염소 원자를 내놓으며 촉매 역할을 수행하게 됩니다. 이 과정에서 발생하는 연쇄 반응은 우리가 상상하는 것보다 훨씬 더 광범위하고 치명적인 결과를 초래합니다. 1985년 남극 상공에서 발견된 오존 구멍은 인류에게 커다란 충격을 안겨주었습니다. 영국의 남극 탐사대가 25년간 축적한 관측 자료는 오존 총량의 급격한 감소와 프레온 가스 농도 증가 사이의 명확한 상관관계를 증명해 냈습니다. 이후 국제사회는 몬트리올 의정서를 체결하여 오존층 파괴 물질의 생산과 사용을 단계적으로 규제하기 시작했습니다. 이는 인류가 환경 위기에 대응하여 전 지구적인 합의를 이끌어낸 가장 성공적인 사례 중 하나로 평가받으며, 과학적 데이터가 정책 변화를 이끌어낸 상징이 되었습니다. 몬트리올 의정서 체결 30년이 지난 2018년, 대기 중 프레온 가스 농도 감소 속도가 둔화되는 이상 현상이 포착되었습니다. 미국 해양대기청의 관측 결과, 2010년 전면 금지 이후 지속적으로 줄어들어야 할 배출량이 2013년부터 다시 증가하고 있음이 확인된 것입니다. 과학자들은 지구 대기를 하나의 거대한 상자로 가정하고 배출량과 소멸량의 균형을 분석하여, 보고되지 않은 새로운 배출원이 존재한다는 사실을 밝혀냈습니다. 이는 규제 물질에 대한 지속적인 감시와 검증이 왜 필요한지를 보여주는 결정적 계기가 되었습니다. 예상치 못한 배출원의 정체를 밝히는 데 결정적인 역할을 한 곳은 우리나라의 제주도 고산 관측소였습니다. 고산 관측소는 2008년부터 50여 종의 할로겐 화합물을 실시간으로 정밀 관측해 왔으며, 이곳의 데이터는 동아시아 지역의 대기질 변화를 추적하는 핵심 지표가 되었습니다. 2013년 이후 고산에서 관측된 프레온 가스의 고농도 사례는 특정 지역으로부터 오염된 공기가 유입되고 있음을 시사했습니다. 전 세계의 다른 관측소들과 비교했을 때 오직 동아시아 지역에서만 나타난 이 특이 현상은 배출원의 위치를 좁히는 결정적인 단서가 되었습니다. 과학자들은 입자 확산 모델을 활용하여 공기의 이동 경로를 역추적한 결과, 중국 동부 지역인 산둥반도와 허베이성 일대에서 대량의 프레온 가스가 배출되고 있음을 확인했습니다. 이는 해당 지역에서 불법적인 생산과 사용이 이루어졌음을 의미하며, 관련 연구 결과는 세계적인 학술지 네이처에 게재되어 국제적인 반향을 일으켰습니다. 이후 국제적인 공조와 규제 노력이 이어지면서 2019년에는 배출량이 다시 이전 수준으로 감소하는 긍정적인 변화가 관측되기도 했습니다. 이는 과학적 감시가 실제 환경 개선으로 이어진 고무적인 사례입니다. 프레온 가스와 그 대체 물질들은 오존층 파괴뿐만 아니라 강력한 온실효과를 유발하는 물질이기도 합니다. 이들은 이산화탄소보다 수천 배에서 수만 배 높은 지구온난화지수를 가지고 있어, 기후 변화 대응 측면에서도 엄격한 관리가 필요합니다. 키갈리 개정 의정서를 통해 대체 물질인 수소불화탄소(HFC)까지 규제 대상에 포함시킨 것은 이러한 맥락에서 매우 중요합니다. 결국 정밀한 대기 관측과 국제적 공조만이 오존층을 회복시키고 지구 온난화를 늦추는 유일한 길이며, 우리 모두의 지속적인 관심이 필요한 시점입니다.

박선영

카오스재단카오스강연

지구환경과학

[해SSUL이 있는 과학뉴스] 스마트팜 기술 정말 유망한가?

스마트팜은 사물인터넷(IoT) 기술을 기반으로 농작물의 재배 환경을 지능적으로 관리하는 시스템을 의미합니다. 최근에는 컨테이너를 활용한 모듈형 수직 농장 형태로 우리 곁에 가까이 다가와 있습니다. 서울 시내 주요 지하철 역사에 설치된 '메트로팜'이 대표적인 사례로, 인공적인 환경에서 식물이 자라는 모습을 누구나 쉽게 관찰할 수 있습니다. 이는 실외가 아닌 실내에서 기후와 상관없이 농작물을 재배할 수 있는 혁신적인 농업 방식으로 주목받고 있습니다. 기후 변화로 인한 이상 기후가 심화되면서 농업의 불확실성이 커지자, 스마트팜은 안정적인 농작물 수급을 위한 대안으로 떠올랐습니다. 대형 유통 기업들은 이미 스마트팜에서 재배한 채소를 공급하기 시작했으며, 기술 수출을 통해 해외에서도 한국의 스마트팜 시스템이 활용되고 있습니다. 특히 샐러드 채소와 같은 엽채류는 이미 우리 식탁의 상당 부분을 차지하고 있을 만큼 상용화가 빠르게 진행 중입니다. 이는 날씨에 종속되지 않는 농업 기술의 가능성을 보여줍니다. 인공 광원과 배지를 사용하는 스마트팜 채소의 영양가에 대해 궁금해하는 이들이 많습니다. 연구 결과에 따르면 비타민이나 섬유질 등 주요 영양소는 노지 재배 작물과 큰 차이가 없습니다. 다만 노지 환경의 병해충이나 기후 변화에 저항하며 만들어지는 항산화 물질은 다소 적을 수 있습니다. 하지만 농약을 전혀 사용하지 않고 깨끗한 환경에서 재배되므로 유해 물질로부터 안전하다는 점은 큰 장점입니다. 청결과 안전을 중시하는 현대인들에게 스마트팜은 매력적인 선택지입니다. 모든 작물을 스마트팜에서 키울 수 있는 것은 아닙니다. 현재 기술로는 상추나 토마토 같은 엽채류와 과채류 재배가 주를 이룹니다. 벼나 밀 같은 곡물이나 사과, 배처럼 계절의 변화를 겪어야 하는 과일은 아직 스마트팜에서 구현하기 어렵습니다. 식물이 자라는 단계마다 필요한 미세한 온도 변화와 기후 조건을 완벽하게 재배 데이터로 전환하는 데 한계가 있기 때문입니다. 따라서 스마트팜은 기존 농업을 완전히 대체하기보다는 특정 품목을 중심으로 보완하는 역할을 수행하고 있습니다. 스마트팜은 기후 위기에 대응하기 위해 등장했지만, 역설적으로 막대한 에너지를 소비한다는 과제를 안고 있습니다. 인공 광원과 온도 조절을 위해 투입되는 에너지는 노지 재배보다 훨씬 많으며, 이는 탄소 배출 증가로 이어질 수 있습니다. 또한 토양 생태계가 제공하는 생물 다양성과 생태적 가치를 스마트팜이 온전히 대체하기는 어렵습니다. 결국 스마트팜은 기술적 보완을 거치며 기존 농업과 공존하는 방향으로 발전해야 하며, 이를 균형 잡힌 시각으로 바라보는 태도가 필요합니다.

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생명과학
지구환경과학
융합

[인터뷰] 박선영_ 물리, 화학, 빅데이터 처리 등등. 대기화학 하시면 다 알려드립니다! | 2021 가을 카오스강연 '과학의 희열'

지구시스템과학의 세계는 알면 알수록 시야가 확장되는 매력적인 분야입니다. 해양학에서 시작해 화학해양학을 거쳐 대기화학으로 연구 범위를 넓혀가는 과정은 자연스러운 호기심의 발로였습니다. 특히 바닷물 속에 녹아 있는 미량 기체를 분석하던 경험은 대기 중 성분에 대한 관심으로 이어졌습니다. 데이터 하나를 얻기 위해 무거운 물을 직접 펌프질하던 고된 과정은 더 가볍고 역동적인 대기 성분을 연구하게 된 계기가 되기도 했습니다. 이러한 우연한 계기들이 모여 지구의 미래를 탐구하는 과학자의 길을 걷게 하며, 열정적인 탐구 정신을 유지하게 만드는 원동력이 됩니다. 과학자에게 가장 필요한 덕목 중 하나는 기존의 지식에 안주하지 않고 끊임없이 의심하는 유연한 사고입니다. 애덤 그랜트의 저서 『싱크 어게인』에서 강조하듯, 과학자처럼 사고한다는 것은 가설을 세우고 데이터를 통해 이를 검증하며 오류의 가능성을 열어두는 것을 의미합니다. 이미 확립된 이론이나 선배 연구자들의 결과물에서 자유로워지는 것은 결코 쉬운 일이 아닙니다. 하지만 사고의 유연성을 바탕으로 '다시 생각하기'를 실천할 때, 우리는 비로소 진정한 과학적 진실에 한 걸음 더 다가갈 수 있으며, 이는 모든 연구자가 지녀야 할 태도이기도 합니다. 대기화학은 공기 중에 오래 머물며 전 지구적 기후와 오존층에 영향을 미치는 성분들을 주로 다룹니다. 이를 제대로 이해하기 위해서는 물리적 역학을 통해 대기의 움직임을 파악하고, 화학적 지식으로 성분의 생성과 소멸 과정을 추적해야 합니다. 최근에는 미생물과의 상관관계나 빅데이터 처리, 정밀 센서 개발 등 다양한 학문적 융합이 요구되고 있습니다. 이러한 다각적인 접근은 지역적인 환경 문제를 넘어 지구 전체의 대기 환경 변화를 예측하고 대응하는 데 필수적인 기초가 되며, 연구자들에게 폭넓은 학문적 시야와 전문성을 요구합니다. 제주 고산 관측소는 동아시아 대기 환경을 감시하는 중요한 거점입니다. 이곳에서는 프레온 가스를 포함한 다양한 할로겐 화합물과 온실기체를 정밀하게 분석하여 이들의 이동과 변화를 추적합니다. 특히 2010년 몬트리올 의정서에 의해 전 세계적으로 사용이 금지된 프레온 가스의 배출량이 최근 다시 증가했다는 사실을 밝혀낸 것은 큰 성과였습니다. 과학자들은 끈질긴 관측과 분석을 통해 이러한 불법 배출의 근원지가 동아시아 지역임을 규명하며 국제적인 환경 규제의 이행을 촉구하고 지구 대기를 보호하기 위한 파수꾼 역할을 수행하고 있습니다. 우리가 연구하는 오존층 파괴 물질들은 대부분 강력한 온실기체이기도 합니다. 따라서 이들을 규제하는 것은 오존층 회복뿐만 아니라 지구 온난화로 인한 이상 기후 현상을 억제하는 데도 결정적인 역할을 합니다. 실제로 국제 협약을 통한 지속적인 노력이 이산화탄소에 비견될 만큼의 복사 강제력 감소 효과를 거두었다는 연구 결과도 존재합니다. 앞으로는 지상 관측을 넘어 인공위성과 항공기를 활용한 입체적인 연구를 통해, 지구 대기를 보호하기 위한 긴 호흡의 여정을 성실하게 이어 나가야 할 것입니다. 이는 미래 세대를 위한 과학자의 사명이기도 합니다.

박선영

카오스재단카오스강연

지구환경과학

[연구뭐하지] 홍태경 교수_연세대학교 '지진학및지구물리학연구실' | 서울 한복판에 600m 구멍을 뚫고 있는 이유! 지진으로 이런 것까지..?

연세대학교 지진학 및 지구물리학 연구실은 스스로를 '고독한 승부사들의 집합소'라 정의합니다. 눈에 보이지 않는 지구 내부의 현상을 과학적 근거로 증명하고 사람들을 설득하는 과정이 외롭고 치열하기 때문입니다. 이곳의 연구는 단순히 지진을 관측하는 데 그치지 않고, 지진계를 활용해 경제 활동을 분석하거나 태풍을 감지하는 등 그 경계를 끊임없이 확장하고 있습니다. 지진계 하나로 세상의 모든 진동을 읽어내려는 이들의 시도는 현대 과학의 새로운 가능성을 열어주고 있습니다. 최근 연구실은 머신러닝 기술을 도입하여 미소 지진을 정밀하게 탐지하는 데 주력하고 있습니다. 지진파에서 P파와 S파를 구분해내고 이를 통해 지진의 발생 위치와 규모를 정확히 파악하는 과정입니다. 특히 인구 밀집도가 높은 서울 지역을 대상으로 강한 지진이 발생했을 때의 피해 규모와 지반 운동을 예측하는 연구도 병행하고 있습니다. 이는 대도시의 안전을 확보하고 잠재적인 지진 재해에 대비하기 위한 필수적인 기초 자료가 됩니다. 도심 지역은 자동차와 지하철 등 인간 활동으로 인한 소음이 심해 미소 지진을 관측하기가 매우 어렵습니다. 이를 극복하기 위해 연구실은 연세대학교 부지 지하 300m와 600m 깊이에 시추공 지진계를 설치하는 대규모 공사를 진행 중입니다. 지표면의 잡음이 최소화되는 깊은 땅속에 관측소를 구축함으로써 수도권의 지진 활동을 더욱 정밀하게 감시할 수 있게 됩니다. 이러한 심부 관측 사례는 세계적으로도 드물어 학계의 큰 관심을 받고 있습니다. 지진학의 영역은 지각 변동을 넘어 기상 현상과 외계 행성 탐사까지 뻗어 나갑니다. 태풍이 이동하며 발생하는 지진 잡음을 분석하면 태풍의 강도와 경로를 추적할 수 있으며, 남극의 빙하가 녹으며 발생하는 진동을 통해 기후 변화를 연구하기도 합니다. 나아가 화성에 설치된 지진계 자료를 분석하여 그곳의 바람이나 폭풍 같은 환경 정보를 얻는 것도 가능합니다. 지진파라는 도구는 지구를 넘어 우주의 신비를 풀어나가는 강력한 열쇠가 되고 있습니다. 지진학은 제2차 세계대전 당시 잠수함 탐지 기술에서 시작되어 핵실험 감시와 자원 탐사를 거치며 비약적으로 발전해 왔습니다. 수학과 물리를 기반으로 지구의 물리적 거동을 해석하는 이 학문은 이제 인간의 안전과 편의를 위한 실용적인 학문으로 거듭나고 있습니다. 연구실은 지진학의 지평을 넓히는 것을 소명으로 삼고, 미래의 연구자들이 이 넓은 무대에서 마음껏 역량을 발휘하기를 기대합니다. 보이지 않는 진동 속에서 진실을 찾는 여정은 계속될 것입니다.

홍태경

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지구환경과학

[질문Q] 현재의 유전자 기술이라면 스티브 잡스를 살릴 수 있을까? ㅣ 2016 봄 카오스 강연 '물질에서 생명으로' 10강ㅣ게놈으로 읽는 생명/유전자가위로 유전자 수술하기

유전자 편집 기술의 발전은 특정 유전적 결함으로 인한 질환을 치료하는 것을 넘어, 인간의 수명과 신체적 특성을 조절할 수 있는 가능성을 제시하고 있습니다. 예를 들어, 적은 수면으로도 일상생활이 가능한 특정 유전 변이를 인위적으로 도입하는 기술적 토대는 이미 마련되어 있습니다. 물론 수명처럼 수많은 유전자가 복합적으로 작용하는 영역은 여전히 미지의 영역이 많지만, 유전체 시퀀싱 기술의 고도화는 우리가 몰랐던 유전적 비밀을 하나씩 밝혀내고 있습니다. 이는 단순한 생명 연장을 넘어 인간의 삶의 질을 근본적으로 변화시킬 수 있는 잠재력을 지니고 있습니다. 멸종된 매머드를 복원하려는 시도는 현대 과학의 도전적인 과제 중 하나로, 코끼리의 유전자에 매머드의 특성을 삽입하는 방식이 논의되고 있습니다. 기술적으로는 유전자 가위를 활용해 유전 정보를 수정하는 것이 가능해졌지만, 이를 실제 생명체로 구현하는 생물학적 과정은 여전히 높은 장벽이 존재합니다. 특히 난자 채취와 착상 과정의 기술적 한계와 더불어, 이러한 인위적인 생명체가 생태계에 미칠 영향에 대한 윤리적 고민도 깊습니다. 이는 과학적 성취가 단순한 기술적 성공을 넘어 사회적 합의와 책임감을 동반해야 함을 시사합니다. 과거에는 불가능했던 정밀 맞춤 의료는 이제 자본과 기술이 결합하여 실질적인 생명 연장의 수단이 되고 있습니다. 개인의 전체 유전체를 분석하여 암의 발생을 실시간으로 감시하고, 수만 가지 약물을 스크리닝하여 최적의 치료제를 찾아내는 과정이 가능해진 것입니다. 불과 10여 년 전만 해도 접근하기 어려웠던 이러한 기술들은 현재 의료 현장에서 혁신을 일으키고 있습니다. 유전체 정보를 바탕으로 한 정밀 의료는 환자 개개인의 특성에 맞춘 최적의 해법을 제시함으로써, 난치병 정복을 향한 인류의 여정에 새로운 이정표를 세우고 있습니다. 진화의 원리를 바라보는 과학계의 시각도 거대한 전환기를 맞이하고 있습니다. 전통적으로 진화는 무작위적인 변이의 결과로 여겨져 왔으나, 최근에는 데이터 분석을 통해 진화에 일정한 방향성이 존재할 수 있다는 견해가 힘을 얻고 있습니다. 특히 인류가 스스로의 유전자를 편집하기 시작하면서, 진화는 더 이상 자연의 우연에만 맡겨진 영역이 아니게 되었습니다. 인간이 진화의 과정에 직접 개입하여 방향을 설정하는 행위 자체가 새로운 형태의 자연적 진화로 해석될 여지가 생겨난 것입니다. 이는 생명 진화의 본질에 대한 근본적인 질문을 던집니다. 유전체 분석 기술은 인류의 과거를 재구성하는 인류학적 연구뿐만 아니라 암 치료와 같은 실용적 분야에서도 놀라운 성과를 내고 있습니다. 고대 유전체와 지질학적 데이터를 결합하여 과거 문명의 발상지와 기후 변화를 새롭게 조명하는 한편, 의료 분야에서는 면역 세포의 유전자를 교정해 암세포의 공격을 무력화하는 치료법이 개발되고 있습니다. 유전자 가위를 활용해 면역 체계의 효능을 극대화하는 이러한 접근은 암 정복을 위한 강력한 무기가 되고 있습니다. 이처럼 유전학의 발전은 인류의 정체성을 재정립하고 생존을 위협하는 질병에 맞서는 핵심 동력이 되고 있습니다.

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[연구뭐하지] 강호정 교수_연세대학교 '생태공학연구실' | 미생물과 기후변화의 관계..?! 다양한 사람들이 다양한 미생물을 연구하는 곳

연세대학교 생태공학연구실은 기후 변화로 인해 급격히 변화하는 전 지구적 생태계를 연구하며, 이러한 변화가 생태계에 어떤 생물학적 피드백을 주는지 탐구하는 것을 핵심 목표로 삼고 있습니다. 연구원들은 각자 숲, 습지, 북극, 도시 생태계 등 서로 다른 환경을 대상으로 연구를 수행하며, 개별적인 연구 결과들을 하나로 합쳐 전 지구적 탄소 순환이 어떻게 변화하고 있는지 파악합니다. 기후 위기의 시대에 탄소의 흐름을 정확히 이해하는 것은 환경 변화에 대응할 수 있는 과학적 근거를 마련하는 매우 중요한 과정이라고 할 수 있습니다. 연구실의 주요 관심사 중 하나는 이산화탄소보다 강력한 온실효과를 일으키는 메탄입니다. 산림 토양이 메탄을 흡수하는 능력을 실측하고 추정하는 연구를 통해 전 지구적 산림의 역할을 규명하는 데 집중하고 있습니다. 또한, 갯벌에 침입 식물이 유입되었을 때 발생하는 메탄의 양을 측정하거나, 도시 공원의 미생물 분포가 지역별로 어떻게 다른지 분석하는 등 우리 주변의 다양한 생태계를 면밀히 조사합니다. 이러한 현장 중심의 연구는 기후 변화의 메커니즘을 구체적으로 이해하고 미래의 환경 변화를 예측하는 데 필수적인 데이터를 제공합니다. 지구상에는 우주의 별보다 많은 수의 미생물이 존재하며, 이들은 이산화탄소와 메탄 같은 온실가스를 생성하거나 제거하는 결정적인 역할을 수행합니다. 연구실은 북극의 영구동토층이 녹을 때 발생하는 기체의 변화를 예측하기 위해 알래스카와 노르웨이 등지에서 직접 샘플을 채취하고 실험을 수행합니다. 또한 '블루 카본'의 거대한 저장소인 맹그로브 숲과 습지의 탄소 저장 안정성을 연구하며, 미생물의 활성을 조절하여 기후 변화를 억제할 수 있는 해답을 찾고 있습니다. 이는 인류의 생존과 직결된 생태학적 과제를 해결하는 과정입니다. 이곳은 '다양성을 엮는 곳'이라는 철학 아래, 환경공학뿐만 아니라 생물학, 화학, 사회학 등 다양한 학문적 배경을 가진 인재들이 모여 협력하고 있습니다. 지금까지 13개국 출신의 연구자들이 거쳐 갔을 정도로 국제적이고 개방적인 연구 환경을 자랑하며, 구성원들의 다양한 경험은 연구의 깊이를 더해줍니다. 연구실 문화 또한 매우 민주적이고 평등하여, 교수와 학생이 격의 없이 소통하며 자유롭게 의견을 나눌 수 있는 분위기가 형성되어 있습니다. 이러한 인적 다양성은 복잡한 생태계 문제를 다각도에서 바라보고 창의적인 해결책을 도출하는 강력한 원동력이 됩니다. 기후 변화와 지구 환경에 깊은 호기심을 가진 많은 학생이 현실적인 불안감으로 인해 꿈을 주저하곤 합니다. 하지만 대학원은 자신의 잠재력을 극대화하고 본래 가졌던 학문적 열정을 실현할 수 있는 소중한 기회의 장입니다. 자신이 즐거움을 느끼고 남다른 강점이 있는 분야를 찾아 끈기 있게 도전한다면, 복잡한 지구 환경 문제를 해결하는 전문가로 성장할 수 있을 것입니다. 생태공학연구실은 앞으로도 전 지구적 생태계의 미생물 반응을 이해하고 기후 변화의 부정적 영향을 줄이기 위한 연구를 지속하며, 미래를 이끌어갈 연구자들과 함께 성장해 나갈 것입니다.

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생명과학

[해SSUL이 있는 과학뉴스] 9월 뉴스 브리핑

명품 바이올린으로 알려진 스트라디바리와 과르네리의 비밀은 단순한 장인 정신을 넘어 과학적인 전처리 과정에 숨어 있습니다. 18세기 제작 당시 목재의 부패와 해충을 방지하기 위해 사용된 특수한 화학 약품들이 수백 년의 세월을 거치며 나무의 성질을 변화시킨 것입니다. 이러한 화학적 변화는 악기의 내구성을 높일 뿐만 아니라, 현대의 기술로는 쉽게 흉내 낼 수 없는 독보적인 음향학적 우수성을 만들어내는 핵심적인 요인이 되었습니다. 분석 화학 연구에 따르면, 당시 장인들은 아연, 구리, 붕산 등 다양한 원소를 포함한 독자적인 약품을 사용했습니다. 이 물질들은 시간이 흐름에 따라 나무 표면의 셀룰로스나 리그닌과 결합하여 목재의 밀착도를 높이고 구조를 더욱 단단하게 만들었습니다. 결국 명기라 불리는 악기들의 아름다운 소리는 제작자의 비법과 200년 이상의 시간이 정교하게 빚어낸 화학 반응의 결과물이라고 할 수 있습니다. 한편, 올여름 전 세계는 기록적인 폭염과 폭우 등 유례없는 이상기후 현상으로 몸살을 앓았습니다. 서울 한강의 수온이 예년보다 크게 상승하여 물고기들이 집단 폐사하는 사건이 발생했으며, 북미 지역에서는 50도에 육박하는 살인적인 열돔 현상이 나타나기도 했습니다. 이러한 기상 이변은 이제 특정 지역의 문제를 넘어 지구 전체의 생태계와 인류의 안전을 위협하는 심각한 과제로 다가오고 있습니다. 과학자들은 이러한 이상기후의 주요 원인 중 하나로 제트 기류의 약화를 꼽습니다. 지구 온난화로 인해 적도와 극지방의 온도 차이가 줄어들면서, 지구를 감싸 도는 강한 바람인 제트 기류가 힘을 잃고 구불구불하게 흐르게 된 것입니다. 이로 인해 기압계가 정체되면서 특정 지역에는 극심한 폭염이, 다른 지역에는 기록적인 폭우가 쏟아지는 극단적인 날씨가 반복되는 현상이 나타나고 있습니다. 복잡한 과학적 원리를 일상에서 쉽고 재미있게 이해하려는 노력도 계속되고 있습니다. 국립과천과학관의 전문가들은 연구 성과와 창의적인 아이디어를 결합하여 '달의 위상 변화 시계'나 주기율표 퍼즐 같은 과학교구를 개발하고 있습니다. 이러한 시도는 대중이 과학을 멀게 느끼지 않고, 가정에서 직접 체험하며 자연스럽게 원리를 깨우칠 수 있는 소중한 기회를 제공한다는 점에서 큰 의미가 있습니다.

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화학
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융합

[연구뭐하지] 김상우 교수_서울대학교 '기후환경실험실' | 작다고 무시할 수 없는 초미세먼지, 에어로졸

대기 중에 부유하는 초미세먼지, 즉 에어로졸은 단순히 공기 질을 악화시키는 오염 물질에 그치지 않습니다. 이들은 태양 빛을 산란하거나 흡수함으로써 온실기체와 마찬가지로 지구의 온도를 높이기도 하고, 반대로 냉각시키는 역할도 수행하며 기후 변화에 직접적인 영향을 미칩니다. 서울대학교 기후환경실험실은 이러한 에어로졸의 광학적, 물리적, 화학적 특성을 정밀하게 관측하고 모델링하여 지구 복사 수지에 미치는 영향을 심도 있게 분석하고 있습니다. 환경과 기후라는 거시적이고 미시적인 영역을 아우르는 연구를 통해 대기 환경의 변화를 과학적으로 규명하고자 노력합니다. 연구실 구성원들은 자신들의 공간을 '사바나'라고 부릅니다. 이는 사바나 초원에 다양한 동물이 공존하듯, 환경부터 기후까지 폭넓은 분야를 연구하는 인재들이 모여 있기 때문입니다. 이들은 지상 관측뿐만 아니라 선박, 항공기, 위성 자료를 통합적으로 활용하여 에어로졸의 거동을 입체적으로 분석합니다. 특히 위성 자료를 보다 정확한 변수로 변환하는 알고리즘을 직접 개발하거나, 관측 데이터를 바탕으로 정교한 모델링을 수행하여 대기 오염 물질이 향후 기후 변화에 어떤 파급 효과를 가져올지 예측하는 데 주력하고 있습니다. 이러한 다각적인 접근은 대기 과학의 복잡성을 이해하는 핵심이 됩니다. 최근에는 북극 지방의 구름 변화와 에어로졸의 상관관계에 대한 연구가 활발히 진행되고 있습니다. 극지방의 수증기량이 미세하게 변하더라도 에어로졸의 영향으로 인해 갑작스럽게 구름이 생성되는 등 대기 현상은 매우 복잡하게 얽혀 있습니다. 이러한 변동성은 기상 예보를 어렵게 만드는 요인이 되기도 하지만, 연구자들은 이를 과학적으로 규명하는 과정에서 경외감을 느끼며 연구에 매진합니다. 작은 입자가 거대한 대기 흐름과 구름 형성에 기여하고, 이것이 다시 동아시아 기후에까지 영향을 미치는 과정은 현대 기후 과학이 해결해야 할 매우 중요하고도 흥미로운 과제 중 하나입니다. 우리나라는 지리적으로 세계 최대 배출원인 중국의 인접 지역에 위치하여 장거리 수송되는 에어로졸의 영향을 크게 받습니다. 청정 지역으로 알려진 제주 고산의 에어로졸 농도가 때때로 서울과 비슷한 수준을 보이는 것은 이러한 외부 유입의 영향력을 잘 보여주는 사례입니다. 이에 따라 제주 고산은 유엔환경계획(UNEP)의 '대기 갈색 연무(ABC)' 프로젝트에서 동북아시아의 중요한 슈퍼 관측소로 지정되어 10년 넘게 모니터링을 이어오고 있습니다. 이곳에서 축적된 장기 관측 자료는 현재 몰디브 관측소의 자료와 더불어 국제적인 환경 정책을 수립하는 데 있어 매우 중요한 지표로 활용되고 있습니다. 기후 환경 연구의 길은 20여 년 전 제주 고산에서 열린 대규모 국제 공동 캠페인에서 시작되었습니다. 당시 세계 각국의 과학자들과 교류하며 에어로졸이 대기질을 넘어 기후 변화에 미치는 막대한 영향력에 매료된 것이 연구의 원동력이 되었습니다. 이후 미국 해양대기청(NOAA)과의 공동 연구를 통해 전 지구적인 에어로졸 감시 체계를 경험하며 학문적 토대를 더욱 공고히 할 수 있었습니다. 끊임없이 새로운 질문이 쏟아지는 대기 과학 분야에서, 연구자들은 정밀한 관측과 분석을 통해 인류가 직면한 기후 위기를 해결할 실마리를 찾기 위해 오늘도 연구실의 불을 밝히며 데이터 속에 숨겨진 진실을 탐구하고 있습니다.

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지구환경과학

[인터뷰] 이유경_ 외계생명체를 극지생명체로 추측하는 이유 | 2021 봄 카오스강연 'SPACE OPERA'

북극은 흔히 얼음으로 뒤덮인 황량한 곳으로 생각하기 쉽지만, 사실은 무궁무진한 기회가 잠재된 광활한 땅입니다. 현재 북극 전체 거주 인구는 약 400만 명에 불과하지만, 매장된 자원은 매우 풍부하여 젊은이들이 자신의 인생을 걸고 도전해 볼 만한 가치가 충분합니다. 과학적 탐구뿐만 아니라 경제적, 사회적 측면에서도 북극은 새로운 개척지로서의 면모를 갖추고 있습니다. 미지의 세계를 향한 열망을 가진 이들에게 북극은 새로운 가능성을 제시하는 거대한 장소입니다. 기후변화로 인해 북극의 빙하가 녹으면서 과거에 보지 못했던 새로운 땅이 드러나고 있습니다. 연구에 따르면 지난 120년 동안 특정 지역의 빙하가 약 2km나 후퇴했을 정도로 변화의 속도가 빠릅니다. 이렇게 새롭게 드러난 토양에 미생물과 식물들이 어떻게 정착하고 생태계를 형성하는지를 관찰하는 것은 현대 과학의 중요한 과제입니다. 북극은 단순히 얼음만 있는 것이 아니라 습지, 사막, 초원 등 매우 다양한 지형을 포함하고 있어 생태학적으로도 매우 역동적인 공간이라 할 수 있습니다. 북극의 생태계는 생각보다 훨씬 풍성하고 다양합니다. 나무가 자라지 않는다는 특징이 있지만, 약 2,000여 종의 식물이 서식하며 수백만 마리의 순록이 떼를 지어 살아갑니다. 또한, 여름철에는 엄청난 수의 모기가 발견되기도 하는 등 생명력이 넘치는 곳입니다. 이러한 북극은 일반적인 항공편을 통해 알래스카나 캐나다, 노르웨이 등으로 비교적 편리하게 접근할 수 있습니다. 생태학자들은 단순히 위도뿐만 아니라 여름철 평균 기온과 수목한계선을 기준으로 북극의 경계를 정의하며 그 독특함을 연구합니다. 극지 연구의 가치는 지구를 넘어 우주로까지 확장됩니다. 남극과 북극의 혹독한 환경은 화성과 가장 유사한 조건을 갖추고 있어, 외계 생명체의 흔적인 '바이오시그니처'를 찾는 연구의 최적지입니다. 과학자들은 극지의 암석이나 토양에서 생명체의 흔적을 분석하는 기술을 개발하여, 향후 화성이나 목성의 위성에서 가져올 시료에 적용하고자 합니다. 산소 유무를 제외하면 화성과 매우 흡사한 환경을 지닌 극지는 인류가 우주로 나아가기 위한 전초 기지이자 거대한 실험실과 같은 역할을 수행하고 있습니다. 꽁꽁 얼어붙은 동토 속에서도 생명은 강인하게 살아 숨 쉽니다. 1g의 토양 속에 무려 1,000만 마리에 달하는 미생물이 존재한다는 사실은 화성과 같은 외계 행성에도 생명체가 존재할 수 있다는 강력한 희망을 줍니다. 우주생물학은 생물학뿐만 아니라 천문학, 지질학, 공학 등 다양한 분야의 협력이 필요한 융합 학문입니다. 과학에 대한 순수한 호기심을 가진 이들이라면 누구나 이 거대한 여정에 동참할 수 있습니다. 북극에서의 연구는 결국 인류의 기원과 우주 생명의 신비를 푸는 열쇠가 될 것입니다.

이유경

카오스재단2021 카오스강연 'SPACE OPERA'

천문학

[해SSUL이 있는 과학뉴스] 나는 화성 취향 아냐!!

최근 빌 게이츠는 일론 머스크의 화성 이주 계획에 대해 비판적인 견해를 밝히며 기후 위기 해결의 우선순위를 강조했습니다. 게이츠는 머스크가 테슬라를 통해 전기차 보급과 탄소 배출 저감에 기여한 점은 높게 평가하면서도, 화성 이주가 지구의 기후 위기를 해결하는 직접적인 해법이 될 수는 없다고 선을 그었습니다. 그는 인류가 직면한 산적한 환경 문제들을 기술적으로 풀어가는 데 더 많은 힘을 모아야 한다고 주장하며, 화성보다는 지구의 미래에 집중할 것을 촉구했습니다. 화성 이주에 대한 논의는 과거 스티븐 호킹이 언급했던 종의 보존 차원에서 시작되었습니다. 소행성 충돌이나 극심한 기후 재앙으로 지구가 멸망할 가능성에 대비해 인류가 다행성 종으로 진화해야 한다는 논리입니다. 일론 머스크는 이러한 철학을 바탕으로 수백만 명을 화성으로 이주시키겠다는 원대한 목표를 실천에 옮기고 있습니다. 이는 인류라는 종이 우주적 재난 속에서도 살아남을 확률을 높이는 전략적 선택으로 평가받기도 하며, 과학 기술의 한계를 시험하는 도전이 되고 있습니다. 하지만 화성 이주가 현실적인 대안이 되기에는 여전히 넘어야 할 산이 많습니다. 과거 지구의 생태계를 완벽하게 재현하려 했던 '바이오스피어 2' 프로젝트의 실패는 시사하는 바가 큽니다. 기술적으로 완벽한 시스템을 구축하더라도 자원이 부족해지는 순간 인간의 본성으로 인한 갈등과 파벌 싸움이 발생하며 시스템이 붕괴되었습니다. 지구 시스템에 최적화된 인간이 화성이라는 척박한 환경에서 자급자족하며 생존하는 것은 단순히 기술적인 문제를 넘어 생물학적, 심리학적 한계에 부딪힐 가능성이 큽니다. 결국 핵심은 한정된 자원을 어디에 우선적으로 배분할 것인가에 대한 사회적 합의입니다. 빌 게이츠와 일론 머스크의 주장은 서로 상충하는 것처럼 보이지만, 사실 인류의 생존이라는 공통된 목표를 향하고 있습니다. 다만 게이츠는 당장 발등에 떨어진 불인 기후 위기를 끄기 위해 지구에 더 많은 투자가 필요하다고 보는 것이고, 머스크는 더 먼 미래의 불확실성에 대비하려는 것입니다. 이러한 논의는 인류가 현재의 위기를 극복하면서도 미래의 가능성을 열어두는 균형 잡힌 시각을 갖게 합니다. 인류의 지속 가능한 번영을 위해서는 지구를 살리는 노력과 화성 이주를 향한 탐사가 병행되어야 합니다. 화성 이주가 공상 과학 같은 이야기로 치부되기보다는, 인류가 처한 환경 변화에 대응하는 하나의 실험이자 도전으로서 가치를 지녀야 합니다. 다만 지금 이 순간 우리가 발을 딛고 있는 지구의 시스템을 유지하고 복구하는 것이 인류 존속의 가장 확실한 기반임을 잊어서는 안 됩니다. 기술적 진보와 환경적 책임 사이에서 최선의 선택을 내리는 것이 우리 세대에게 주어진 중요한 과제입니다.

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[연구뭐하지] 손석우 교수_서울대학교 '날씨/기후역학실험실' | 날씨를 결정하는 현상들을 밝혀내고 싶다면?

서울대학교 지구환경과학부의 날씨/기후역학실험실은 고기압, 저기압, 제트기류 등 날씨를 결정하는 다양한 기상 인자들을 연구합니다. 특히 '원격 상관'이라는 현상에 주목하는데, 이는 물리적으로 멀리 떨어진 지역의 기상 현상이 특정 지역의 날씨와 기후에 지대한 영향을 미치는 것을 의미합니다. 대표적인 예로 적도 동태평양의 엘니뇨가 동아시아 기후에 미치는 영향을 들 수 있습니다. 연구실은 이러한 원격 상관이 기후 변화에 따라 어떻게 변하는지, 그리고 중고위도와 성층권-대류권 사이에서 어떤 상호작용이 일어나는지를 심도 있게 분석하며 미래의 기후를 예측하고자 노력하고 있습니다. 이곳은 구성원들의 성격과 연구 주제가 매우 다양하여 기후라는 큰 틀 안에서 각기 다른 관심사를 가진 학생들이 모여 다채로운 연구를 수행하고 있습니다. 교수님이 제시하는 가이드라인 안에서 선후배 간의 격식 없는 토론과 상호 존중이 이루어지는 분위기는 학생들이 자기 주도적으로 연구에 몰입할 수 있는 든든한 토양이 되어줍니다. 이러한 수평적인 문화 덕분에 학생들은 자신의 아이디어를 자유롭게 제안하고 검증하며 학문적 성장을 이뤄냅니다. 또한, 연구실은 학생들이 능동적으로 자신의 연구를 설계하고 만들어갈 수 있는 환경을 제공하는 데 중점을 둡니다. 연구의 범위는 이름만큼이나 방대합니다. 공간적으로는 적도에서 극지방까지, 고도로는 지표면에서 성층권에 이르는 고층 대기까지 아우릅니다. 여름철 폭염이나 겨울철 한파와 같은 계절적 변동성뿐만 아니라, 비행기가 운항하는 고도인 성층권의 역학적 특성도 주요 연구 대상입니다. 최근에는 미세먼지와 같은 환경 문제도 다루고 있습니다. 중국에서 유입되는 미세먼지의 경로를 추적하거나, 적도 지역의 기상 현상이 한반도의 대기 질에 어떤 영향을 주는지 다양한 스케일에서 분석하며 기후 시스템의 복잡한 연결 고리를 이해하는 데 주력하고 있습니다. 학문적 열정 못지않게 연구실의 공동체 문화도 활기차게 운영됩니다. 2년에 한 번씩 열리는 연말 송년회는 단순한 모임을 넘어 파트너를 동반하는 파티 형식으로 진행되어 교수님 가족과 지인들이 함께 어우러지는 축제의 장이 됩니다. 파티가 열리지 않는 격년에는 다 같이 공연을 관람하는 등 정서적 교류를 나누며 연구로 쌓인 피로를 해소합니다. 이러한 유연하고 즐거운 분위기는 연구실 구성원들 사이의 유대감을 강화하며, 자유로운 질문과 토론이 일상화된 수평적인 연구 문화를 유지하는 원동력이 됩니다. 기후와 날씨는 매우 넓은 학문적 영역이기에, 연구자를 꿈꾸는 학생들에게는 무엇보다 호기심과 끈기가 요구됩니다. 석사와 박사 과정이라는 긴 호흡의 여정을 견디기 위해서는 한자리에 오래 앉아 탐구할 수 있는 인내심과 자기 주도적인 태도가 중요하기 때문입니다. 또한, 너무 이른 시기에 세부 전공을 확정 짓기보다는 시야를 넓게 가지고 다양한 가능성을 열어두는 자세가 필요합니다. 충분한 정보를 바탕으로 본인에게 가장 잘 맞는 연구 주제를 찾아 나갈 때, 비로소 기후 과학이라는 거대한 바다에서 자신만의 항로를 성공적으로 개척할 수 있을 것입니다.

손석우

카오스재단연구뭐하지

지구환경과학

[강연] 미지의 세계, 바다의 탐구 by나한나｜2021 서울대 자연과학 공개강연 '불확실한 세계, 그래서 과학' | 2강

바다는 인류에게 여전히 거대한 미지의 세계로 남아 있습니다. 과거 19세기 영국 해군의 챌린저호가 지구 둘레의 세 배가 넘는 거리를 항해하며 바다의 깊이와 생물을 탐사했던 것이 현대 해양학의 시초가 되었습니다. 오늘날의 탐사는 연구선뿐만 아니라 인공위성과 첨단 무인 장비를 활용하여 과거보다 훨씬 정밀하게 이루어집니다. 과학자들은 망망대해에서 위도와 경도를 지표 삼아 바닷물의 성질과 운동, 그리고 그 변화가 지구 전체에 미치는 영향을 끊임없이 추적하며 푸른 심연 속에 감춰진 비밀을 하나씩 밝혀내고 있습니다. 21세기 해양 탐사의 핵심은 무인 관측 장비인 '아르고 플로트'의 활용에 있습니다. 약 1미터 높이의 이 장비는 스스로 부력을 조절하며 수심 2,000미터까지 내려가 바다의 수온과 염분을 정밀하게 측정합니다. 약 10일 주기로 심해와 표층을 오가며 수집된 데이터는 인공위성을 통해 육상 연구소로 실시간 전송됩니다. 현재 전 세계 바다에는 4,000개에 가까운 아르고 플로트가 떠다니며 인간이 직접 가기 힘든 깊은 바다의 정보를 쉼 없이 보내오고 있으며, 이는 해양의 수직적 구조와 물리적 특성을 이해하는 데 결정적인 역할을 수행합니다. 바닷물은 한자리에 머물지 않고 끊임없이 움직이며 지구의 환경을 조절합니다. 표층의 해류가 주로 바람에 의해 형성된다면, 깊은 바다의 순환은 온도와 염분 차이에 따른 밀도 변화로 인해 발생합니다. 극지방에서 차가워지고 염분이 높아진 바닷물은 무거워져 심해로 가라앉으며, 이 거대한 흐름은 전 지구를 연결하는 '컨베이어 벨트'처럼 작동합니다. 이러한 해수의 순환은 지구의 열에너지를 골고루 분산시키는 중요한 역할을 하며, 바다의 운동 원리를 파악하는 것은 복잡한 기후 시스템의 변화를 예측하는 데 있어 매우 중요한 기초 연구가 됩니다. 해양의 물리적 변화는 생태계와 인류 경제에도 직접적인 영향을 미칩니다. 엘니뇨 현상으로 태평양의 따뜻한 해수층이 이동하면 가다랑어와 같은 어종의 서식지도 함께 변하며, 이는 도서 국가들의 어업 경제에 큰 변동을 가져옵니다. 특히 기후 변화로 인해 지구에 쌓인 잉여 에너지의 약 90%가 바다로 흡수되고 있다는 사실은 매우 중요합니다. 이로 인해 해빙이 녹고 해수면이 상승하며, 우리나라 주변 해역처럼 특정 지역의 수온이 급격히 상승하는 등 바다는 현재 기후 위기의 최전선에서 지구의 변화를 온몸으로 받아내며 경고의 메시지를 보내고 있습니다. UN은 2021년부터 2030년까지를 '해양과학 10년'으로 지정하여 미래의 깨끗하고 안전한 바다를 위한 전 지구적 연구를 독려하고 있습니다. 놀랍게도 전 세계 바다의 80% 이상은 여전히 인간의 발길이 닿지 않은 미지의 영역으로 남아 있습니다. 우리가 알고 있는 것보다 모르는 것이 훨씬 많은 이 거대한 공간은 미래 세대에게 무궁무진한 탐구의 기회를 제공합니다. 지구 환경에 대한 지적 호기심을 발휘하여 스스로 질문을 던지고 해답을 찾아가는 과정은, 급변하는 환경 속에서 인류가 바다와 공존하기 위해 반드시 지속해야 할 숭고한 여정입니다.

나한나

카오스재단서울대자연과학공개강연

지구환경과학

[석학인터뷰] 나한나_ 해양탐사, 우주탐사만큼 어렵다 | 2021 서울대 자연과학대 공개강연 '불확실한 세계, 그래서 과학'

바다 탐구는 예기치 못한 안전사고의 위험이 늘 도사리고 있는 험난한 작업이지만, 동시에 인간의 손길이 닿지 않은 미지의 세계를 마주할 수 있는 매력적인 과정입니다. 육지의 경계를 넘어 망망대해로 나아가면 지명조차 없는 신비로운 장소들을 만날 수 있으며, 이는 연구자들에게 경이로운 경험을 선사합니다. 이러한 탐험의 즐거움은 자연과학의 틀 안에서 해양을 전공으로 선택하게 만드는 결정적인 계기가 되기도 합니다. 직접 배를 타고 바다를 누비며 얻는 현장 경험은 단순한 이론적 지식을 넘어선 특별한 가치를 지니며 지속적인 연구의 원동력이 됩니다. 지난 150년 동안 해양 탐사 기술은 인류의 지평을 넓히며 비약적인 발전을 거듭해 왔습니다. 과거에는 상상하기 힘들었던 먼바다와 깊은 심해까지 정밀하게 관측할 수 있게 되었으며, 무인 관측 장비와 인공위성을 활용해 전 지구적인 데이터를 실시간으로 수집하고 있습니다. 특히 위성 기술은 해수면 온도와 바람의 흐름, 그리고 식물플랑크톤의 분포를 파악하여 바다의 상태를 실시간으로 모니터링할 수 있게 해줍니다. 이러한 기술적 진보는 인류가 바다를 이해하는 방식을 근본적으로 변화시켰으며, 더 넓고 깊은 시야로 지구 환경의 변화를 추적할 수 있게 합니다. 수천 미터 깊이의 심해를 관측하는 일은 여전히 거대한 물리적 장벽에 가로막혀 있는 도전적인 분야입니다. 엄청난 수압을 견딜 수 있는 특수 장비를 개발해야 할 뿐만 아니라, 수천 미터에 달하는 케이블을 연결하거나 장비를 안전하게 회수하는 과정에서도 고도의 정밀함이 요구됩니다. 깊은 바다 속은 빛이 전혀 닿지 않는 암흑의 공간이며 전파 통신이 원활하지 않아 음향 신호에 전적으로 의존해야 하는 한계가 존재합니다. 보이지 않는 상태에서 데이터를 수집하고 분석해야 하는 이러한 극한의 환경은 해양 과학자들이 반드시 극복해야 할 숙명이자 끊임없는 탐구의 대상이 되고 있습니다. 해빙은 대기 온도가 급격히 낮아지면서 바닷물이 얼어붙어 형성되는 얼음으로, 민물과는 확연히 다른 독특한 물리적 특성을 지니고 있습니다. 바닷물이 얼음으로 변하는 과정에서 자신이 품고 있던 염분을 외부로 배출하는 성질이 있는데, 이로 인해 해빙 자체는 짜지 않지만 주변의 바닷물은 염분 농도가 높아져 밀도가 커지게 됩니다. 이러한 현상은 해수의 수직적 이동을 유발하며 전 지구적인 해류 순환을 조절하는 중요한 메커니즘으로 작용합니다. 해빙의 형성과 소멸 과정은 바다와 대기가 에너지를 주고받으며 상호작용하는 역동적인 지구 시스템의 단면을 잘 보여주는 사례입니다. 해양 생태계의 변화는 기후 위기를 실감하게 하는 강력한 지표가 되며, 특히 산호초의 소멸은 해양 산성화의 심각성을 여실히 보여줍니다. 물리학적 관점에서는 이러한 변화를 수치 모델로 시뮬레이션하여 해류의 흐름과 온도의 변화를 다각도로 예측하는 데 집중하고 있습니다. 아직 명확한 발생 원인이 밝혀지지 않은 해양 현상들이 여전히 많기에, 과학자들은 다양한 시나리오를 설정하여 바다의 미래를 탐구하고 있습니다. 이러한 지속적인 연구와 데이터 수집은 변화하는 지구 환경에 능동적으로 대응하기 위한 필수적인 열쇠가 될 것이며, 우리 모두가 그 답을 찾아가는 과정에 있습니다.

나한나

카오스재단석학인터뷰

지구환경과학

[강연] 제28회 2021 서울대 자연과학 공개강연_'불확실한 세계, 그래서 과학'

현대 사회는 거대하고 복잡한 불확실성으로 가득 차 있습니다. 기후 변화부터 감염병의 확산까지, 우리가 마주하는 현실은 한 개인이 온전히 이해하기에는 너무나 방대합니다. 이러한 혼돈 속에서 과학은 단순한 지식의 나열을 넘어, 세상을 투명하게 바라보게 하는 나침반 역할을 수행합니다. 과학자들은 보편적 원리를 탐구함으로써 복잡한 현상 이면에 숨겨진 불변의 법칙을 찾아내고, 이를 통해 미래를 예측하며 인류가 나아갈 방향을 제시합니다. 불확실한 세계일수록 과학적 사고는 더욱 빛을 발하며 우리 삶의 근간을 지탱하는 강력한 도구가 됩니다. 수학은 불확실성 속에서 질서를 찾아내는 가장 강력한 언어입니다. 주사위를 던지는 사소한 행위부터 바이러스의 확산 경로를 예측하는 일까지, 수학은 '큰 수의 법칙'이나 '감염 재생산 지수'와 같은 개념을 통해 복잡한 데이터를 유의미한 정보로 변환합니다. 특히 확률적 모델을 통해 집단 면역의 임계점을 계산하거나 상전이를 이해하는 과정은 수학이 현실 세계와 얼마나 밀접하게 연결되어 있는지를 잘 보여줍니다. 수학적 소양을 기르는 것은 단순히 공식을 외우는 것이 아니라, 세상의 겉모습에 현혹되지 않고 그 중심에 흐르는 보편적 원리를 꿰뚫어 보는 통찰력을 갖추는 과정입니다. 지구 표면의 대부분을 차지하는 바다는 여전히 인류에게 미지의 영역으로 남아 있습니다. 전 세계 바다의 80% 이상이 아직 탐사되지 않았으며, 심해의 지형은 달의 표면보다도 덜 알려져 있습니다. 하지만 아르고 플로트와 같은 첨단 무인 관측 장비와 인공위성을 활용한 현대 해양학은 바다의 운동과 기후 변화의 상관관계를 정밀하게 추적하고 있습니다. 바다는 지구에 축적된 열에너지의 90%를 흡수하며 기후 조절자 역할을 수행합니다. 해류의 흐름과 수온 변화를 이해하는 것은 엘니뇨와 같은 기상 이변에 대비하고, 해양 생태계와 인류의 공존을 도모하는 데 필수적인 과제입니다. 우리 몸의 설계도인 DNA는 G, A, T, C라는 네 종류의 염기로 기록된 방대한 정보의 집합체입니다. 31억 자에 달하는 인간 유전체를 해독하기 위한 '인간 게놈 프로젝트'는 생명과학의 패러다임을 완전히 바꾸어 놓았습니다. 유전체 지도를 확보함으로써 인류는 희귀 질환의 원인을 규명하고 환자 맞춤형 정밀 의료를 실현할 수 있는 기반을 마련했습니다. 특히 최근의 시퀀싱 기술 발전은 코로나19 바이러스의 정체를 신속히 파악하고 백신을 단기간에 설계하는 데 결정적인 기여를 했습니다. 유전 정보의 해독은 생명의 신비를 밝히는 것을 넘어 인류의 건강과 생존을 지키는 핵심 기술로 자리 잡았습니다. 효소는 생명체 내에서 일어나는 거의 모든 화학 반응을 관장하는 정교한 촉매제입니다. 수백 년이 걸릴 수 있는 소화 과정을 단 몇 시간으로 단축하는 효소의 능력은 현대 과학 기술로도 완벽히 모사하기 어려울 만큼 경이롭습니다. 과학자들은 '유도 진화'와 같은 혁신적인 기법을 통해 자연계에 존재하는 효소의 기능을 개량하거나, 플라스틱을 분해하는 새로운 효소를 설계하는 등 환경 문제 해결에 도전하고 있습니다. 아미노산 서열의 미묘한 변화가 거대한 구조적 차이를 만들어내는 효소의 세계는 마치 작은 우주와 같습니다. 이러한 거대 분자에 대한 연구는 지속 가능한 미래를 위한 화학적 해답을 제시합니다. 현대 과학의 성과는 수학, 해양학, 생명과학, 화학 등 서로 다른 분야의 지식이 융합될 때 더욱 극대화됩니다. 수학적 모델링은 감염병 방역 정책의 근거가 되고, 해양 관측 데이터는 기후 위기 대응의 기초가 되며, 유전체 분석과 효소 공학은 신약 개발의 핵심이 됩니다. 과학자들은 각자의 영역에서 미지의 세계를 탐구하지만, 결국 그들의 목적지는 인류가 직면한 불확실성을 해소하고 더 나은 세상을 만드는 것이라는 점에서 일치합니다. 학문 간의 경계를 허무는 협력과 소통은 복잡해지는 지구촌 문제를 해결하기 위한 가장 효과적인 전략이며, 과학이 가진 진정한 힘은 바로 이러한 연결에서 나옵니다. 과학의 출발점은 주변 현상에 대한 사소한 호기심이며, 그 결실을 맺게 하는 동력은 포기하지 않는 끈기입니다. 보이지 않는 심해를 탐사하고, 보이지 않는 유전자를 읽어내며, 보이지 않는 분자의 세계를 설계하는 과정은 끊임없는 도전의 연속입니다. 불확실한 세계는 우리에게 두려움을 주기도 하지만, 동시에 과학이라는 도구를 통해 탐험할 수 있는 무한한 기회를 제공합니다. 질문을 멈추지 않고 진리를 찾아 나가는 과학적 태도는 미래 세대가 갖추어야 할 가장 소중한 가치입니다. 호기심을 잃지 않고 학문에 정진할 때, 우리는 비로소 불확실성을 확신으로 바꾸며 새로운 시대를 열어갈 수 있을 것입니다.

나한나, 서인석, 송윤주, 장혜식

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[석학인터뷰] 홍성욱_ 인공지능이 인간지능을 아직 따라가기 힘든 이유

포스트휴머니즘은 단순한 철학적 사조를 넘어 세상을 온몸으로 끌어안는 새로운 감수성이라 할 수 있습니다. 이는 머리로만 이해하는 지식의 틀에서 벗어나, 타자와 내가 맺고 있는 수많은 관계를 입체적으로 바라보는 방식입니다. 기존의 휴머니즘이 인간중심주의와 개인주의의 틀에 매몰되어 있었다면, 포스트휴머니즘은 그 이후의 세계를 고민하며 인간을 둘러싼 환경과의 연결성을 강조합니다. 이러한 시각의 변화는 우리가 세상을 만지고 이해하며 포용하는 근본적인 태도를 변화시킬 것입니다. 인공지능의 비약적인 발전에도 불구하고, 인간의 능력을 완전히 초월하는 초지능의 도래에 대해서는 신중한 접근이 필요합니다. 인공지능이 체스나 바둑에서 뛰어난 성과를 보인다고 해서 인간과 유사한 방식으로 사고하고 판단하는 존재라고 보기는 어렵기 때문입니다. 기계가 정보를 처리하는 방식은 인간의 다차원적인 지능과는 근본적으로 다르며, 이러한 차이를 명확히 인지하는 것이 중요합니다. 기술이 가진 한계를 이해할 때 우리는 비로소 인공지능과 공존하는 올바른 방향을 설정하고 불필요한 공포에서 벗어날 수 있습니다. 가이아 이론은 지구를 단순한 자원의 보고가 아닌, 하나의 거대한 유기적 시스템으로 바라볼 것을 제안합니다. 과거에는 지구가 인간의 행위와 상관없이 무한히 재생되는 존재라고 믿었으나, 현재 우리가 직면한 생태적 위기는 그러한 믿음이 한계에 도달했음을 보여줍니다. 과학적 사실이나 진리라고 믿어왔던 좁은 틀에서 벗어나 세계를 바라보는 방식 자체를 근본적으로 전환해야 할 시점입니다. 가이아 이론은 우리가 발 딛고 선 지구를 인간중심주의적 시각이 아닌 생태적 관점에서 재정의하고 위기 극복을 위한 새로운 지평을 열어줍니다. 기후 위기에 대응하기 위해 우리가 일상에서 실천할 수 있는 가장 효과적인 방법 중 하나는 육류 섭취를 줄이는 것입니다. 흔히 자동차 이용을 줄이거나 난방비를 아끼는 것만을 떠올리기 쉽지만, 가축을 사육하고 사료를 재배하는 과정에서 발생하는 온실가스의 양은 상상을 초월할 정도로 막대합니다. 육식을 위해 산의 나무를 깎아내고 농작물을 키우는 일련의 과정은 지구 환경에 심각한 부담을 줍니다. 거창한 구호보다 식습관의 작은 변화가 환경 보호를 위한 가장 실질적이고 강력한 대응책이 될 수 있음을 우리 모두가 인지해야 합니다. 코로나19 팬데믹은 인간과 비인간 행위자 사이의 복잡한 관계를 극명하게 보여주었습니다. 바이러스라는 비인간 행위자가 인간 사이의 물리적 관계를 단절시켰지만, 동시에 마스크나 정보통신기술 같은 또 다른 비인간 행위자들이 그 관계를 새로운 방식으로 이어주었습니다. 이는 우리 사회가 오직 인간들만의 힘으로 유지되는 것이 아니라, 수많은 비인간 행위자들과의 상호작용 속에서 지탱되고 있음을 시사합니다. 포스트휴머니즘적 관점에서 이러한 관계망을 깊이 있게 이해하는 것은 급변하는 미래 사회를 설계하고 유지하는 데 있어 핵심적인 열쇠가 될 것입니다.

홍성욱

카오스재단석학인터뷰

융합

올해 과학책 10권 핵심은? - [KAOS X] APCTP 2020 올해의 과학도서 선정 기념 방송 'Book Show'

코로나19라는 유례없는 팬데믹 상황 속에서 과학 도서는 우리에게 단순한 지식 전달 이상의 의미를 갖게 되었습니다. 외부 활동이 제한된 시기에 많은 이들이 책을 통해 세상과 소통하며, 과학적 사고를 바탕으로 현재의 위기를 이해하려 노력했습니다. 이러한 흐름은 과학이 전문가들만의 전유물이 아니라, 시민들이 갖추어야 할 필수적인 교양으로 자리 잡고 있음을 보여줍니다. 과학 문화를 확산시키려는 노력은 결국 우리 사회의 합리성을 높이는 밑거름이 됩니다. 최근 출판 시장의 경향을 살펴보면 과학과 인문학의 경계가 점차 모호해지고 있음을 알 수 있습니다. 과거에는 두 분야가 서로 독립된 영역으로 여겨졌으나, 이제는 인간과 세상을 온전히 이해하기 위해 과학적 배경지식이 필수적이라는 인식이 확산되었습니다. 과학자들은 인문학적 시선으로 자신의 연구를 돌아보고, 인문학자들은 과학적 데이터를 바탕으로 사회 현상을 분석합니다. 이러한 융합적 시도는 독자들에게 더욱 풍성하고 깊이 있는 통찰을 제공하며 과학의 외연을 넓히고 있습니다. 새로운 과학 도서를 선정하는 과정은 단순히 우수한 책을 고르는 것을 넘어, 시대의 변화에 발맞춰 지식을 업데이트하는 과정이기도 합니다. 고전으로 불리는 과학 도서들도 훌륭하지만, 현대 과학이 새롭게 밝혀낸 사실들을 반영한 최신 도서들은 우리에게 더 생생한 정보를 전달합니다. 또한, 신진 작가들을 발굴하여 그들이 지속적으로 좋은 콘텐츠를 생산할 수 있는 토대를 마련하는 것도 중요합니다. 이는 과학 커뮤니케이션 생태계를 건강하게 유지하는 핵심적인 역할을 수행합니다. 과학은 우리 사회의 복잡한 관계망을 분석하는 강력한 도구가 됩니다. 통계물리학의 원리를 인간 사회의 상호작용에 적용하거나, 과학 기자의 시각으로 사회적 이슈의 팩트체크를 하는 시도들이 대표적입니다. 이러한 접근은 우리가 막연하게 느끼던 사회 현상들을 객관적인 데이터와 가설을 통해 냉정하게 바라볼 수 있게 해줍니다. 시민들이 과학적 사고를 갖추게 될 때, 우리 사회는 갈등을 해결하고 더 나은 방향으로 나아갈 수 있는 합리적인 토대를 마련하게 될 것입니다. 현장에서 직접 발로 뛰는 과학자들의 기록은 독자들에게 특별한 감동을 줍니다. 남극의 극한 환경에서 우주를 관측하거나 박물관에서 고고학 유물을 발굴하며 얻은 생생한 경험담은 과학이 이론에만 머물지 않는다는 사실을 일깨워줍니다. 또한, 인류의 시작부터 현재까지의 과학사를 되짚어보는 작업은 우리가 걸어온 길을 통해 미래를 조망하는 지혜를 제공합니다. 과거의 발견들이 현대 문명에 미친 영향을 이해함으로써, 우리는 과학이 지닌 진정한 가치를 재발견하게 됩니다. 물질의 근본 원리를 탐구하는 물리학이나 우주의 기원을 다루는 천문학은 여전히 많은 이들에게 경이로움을 선사합니다. 우리 주변의 평범한 물질 속에 숨겨진 복잡한 물리 법칙을 이해하고, 광활한 우주 속에서 인류의 위치를 확인하는 과정은 지적 호기심을 충족시키는 소중한 경험입니다. 특히 최신 과학적 성과를 바탕으로 고전적 주제를 재해석한 과학 도서들은 독자들에게 현대 과학의 정수를 맛보게 합니다. 이러한 지식의 탐구는 인간이 세상을 바라보는 시야를 근본적으로 확장해 줍니다. 기후 위기와 환경 파괴는 현재 인류가 직면한 가장 시급하고도 엄중한 과제입니다. 과학적 데이터를 통해 경고하는 거주불능 지구의 시나리오는 우리에게 즉각적인 행동 변화를 촉구합니다. 이는 단순히 과학적 예측을 넘어, 다음 세대에게 어떤 세상을 물려줄 것인가에 대한 윤리적 질문을 던집니다. 우리가 누리는 환경이 결코 당연한 것이 아님을 깨닫고, 과학적 근거를 바탕으로 지속 가능한 미래를 고민해야 합니다. 결국 과학은 인류의 생존과 희망을 위한 가장 강력한 길잡이가 될 것입니다.

백두성, 손승우, 이강영, 장동선

카오스재단읽다과학

융합

[과학을 찾는 사람들] 정원영 연구사 2편 : SF애니메이션 월드컵

SF 애니메이션을 통해 지구온난화와 기후변화의 문제를 새롭게 바라볼 수 있습니다. 영화 속에서는 지구의 환경이 파괴되어 인간이 지구를 떠나야만 하는 상황이 그려지는데, 이는 실제로 우리가 직면한 환경 문제와 맞닿아 있습니다. 특히 해수면 상승의 원인으로 빙하가 녹는 것뿐만 아니라, 바닷물의 열팽창 현상이 큰 역할을 한다는 점이 강조됩니다. 이러한 과학적 사실을 애니메이션이라는 매체를 통해 쉽고 흥미롭게 전달함으로써, 교육적인 효과도 함께 얻을 수 있습니다. 기후변화로 인한 해수면 상승은 단순히 얼음이 녹는 것만으로 설명되지 않습니다. 바닷물의 온도가 올라가면서 부피가 팽창하는 '열팽창' 현상은 해수면 상승의 중요한 요인입니다. 이처럼 과학적 원리를 바탕으로 한 설명은 애니메이션의 초기 설정과도 연결되어, 현실 세계의 문제를 더욱 실감나게 느끼게 합니다. 또한, 남극의 빙하가 모두 녹을 경우 해수면이 약 17m 상승할 수 있다는 사실은 지구 환경 변화의 심각성을 다시금 일깨워줍니다. 애니메이션 속 외계 생명체와의 만남은 우리가 낯선 존재를 어떻게 대하는지에 대한 생각을 하게 만듭니다. 처음에는 두려움과 경계심이 앞서지만, 점차 호기심과 이해로 바뀌는 과정을 통해 다양성에 대한 포용과 공존의 중요성을 배울 수 있습니다. 이는 인간이 자연과 다른 생명체를 대하는 태도에도 적용될 수 있으며, 색채 심리학이나 감정의 변화 등 다양한 교육적 메시지를 전달합니다. 지구 환경 문제는 단순히 영화 속 이야기로만 그치지 않습니다. 실제로 코로나19 상황에서 에너지 사용이 줄어들면서 지구 환경이 일시적으로 회복되는 모습을 목격했습니다. 이는 우리가 에너지 사용을 줄이고, 지속 가능한 방식으로 자원을 활용해야 한다는 교훈을 줍니다. 전문가들 역시 공존과 절약, 그리고 친환경적인 경제로의 전환이 필요하다고 강조합니다. 결국 아이들은 애니메이션을 통해 즐거움을 얻고, 어른들은 환경과 미래에 대한 깊은 고민을 하게 됩니다. 지구를 떠나 새로운 행성을 개척하는 상상은 매력적이지만, 결국 우리가 살아가야 할 곳은 바로 이 지구입니다. 환경 파괴로 인해 지구를 포기하는 것이 아니라, 지금 여기에서 우리가 할 수 있는 일을 찾아 실천하는 것이 중요합니다. 애니메이션은 어린이뿐만 아니라 어른들에게도 깊은 감동과 생각할 거리를 제공합니다. 과학적 지식과 감성적 메시지가 어우러진 이야기를 통해, 모두가 지구의 소중함을 다시 한 번 깨닫게 됩니다.

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지구환경과학
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[그림으로 보는 과학뉴스] 미국 대선일, 파리기후협약 탈퇴 효력발생

2020년 11월 4일, 미국이 파리협정을 공식적으로 탈퇴하며 국제 사회의 큰 관심을 모았습니다. 이 날짜는 공교롭게도 미국 대선 기간과 겹쳐 정치적인 상징성까지 더해졌습니다. 파리협정은 가입은 자유롭지만 탈퇴에는 엄격한 절차가 따릅니다. 효력 발생 3년 후에야 탈퇴 의사를 밝힐 수 있고, 그로부터 다시 1년이 지나야 실제 효력이 발생하기 때문입니다. 이러한 복잡한 규정은 기후 위기 대응이라는 인류 공동의 목표가 단기적인 정치 상황에 따라 쉽게 흔들리지 않도록 설계된 안전장치라고 볼 수 있습니다. 기후 변화에 대응하기 위한 국제적인 노력은 1992년 브라질에서 열린 리우 회의를 기점으로 본격화되었습니다. 이후 당사국 총회인 COP를 통해 구체적인 실행 방안들이 논의되었으며, 1997년에는 선진국들에게 온실가스 감축 의무를 부여한 교토의정서가 채택되었습니다. 교토의정서는 산업계가 변화에 적응할 수 있도록 8년이라는 충분한 유예 기간을 거쳐 2005년에 발효되었습니다. 이는 국가적 차원의 거시적 목표가 실제 산업 현장에서 실행 계획으로 구체화되기까지 상당한 준비 과정이 필요함을 보여줍니다. 2015년 파리에서 열린 제21차 당사국 총회는 교토의정서 체제를 넘어선 새로운 전환점이 되었습니다. 파리협정의 가장 큰 특징은 선진국에만 국한되었던 온실가스 감축 의무를 개발도상국을 포함한 모든 당사국으로 확대한 것입니다. 우리나라도 1993년 가입 이후 이러한 국제적 흐름에 발맞추어 예외 없이 감축 의무를 지게 되었습니다. 이는 기후 위기가 특정 국가의 문제가 아닌, 지구촌 전체가 함께 짊어져야 할 공동의 책임이라는 인식이 확산되었음을 의미하며, 전 세계가 지속 가능한 미래를 위해 하나의 목표를 향해 나아가는 계기가 되었습니다. 파리협정의 핵심 목표는 지구 평균 기온 상승폭을 산업화 이전 대비 2도 이내로 제한하는 것입니다. 과학계에서는 이 2도를 인류가 통제할 수 없는 기후 재앙을 막을 수 있는 마지막 한계점인 '티핑 포인트'로 보고 있습니다. 만약 기온이 2도 이상 상승하게 되면 시베리아 동토층의 메탄이 방출되어 온실효과가 가속화되거나, 해양 산호초의 백화 현상과 생물 종의 대멸종 등 예측 불가능한 생태계 파괴가 일어날 수 있습니다. 따라서 2도라는 수치는 단순한 목표를 넘어 지구 생태계의 안전을 보장하기 위한 절박한 마지노선이라고 할 수 있습니다. 우리나라는 2030년까지 배출 전망치(BAU) 대비 37%를 감축하겠다는 도전적인 목표를 세웠습니다. 여기에는 국내 자체적인 감축 노력뿐만 아니라 탄소배출권 거래와 같은 경제적 방식을 통한 해외 감축분도 포함되어 있습니다. 기후 변화 대응은 이제 먼 미래의 이야기가 아니라 우리 세대가 당장 실천해야 할 구체적인 행동 준칙입니다. 국제적인 합의를 준수하고 탄소 중립을 향해 나아가는 과정은 산업 구조의 변화를 수반하는 어려운 과제이지만, 우리 아이들에게 물려줄 건강한 지구를 위해 반드시 완수해야 할 시대적 사명입니다.

국립과천과학관요즘과학👏

지구환경과학

[강연] 딥러닝으로 엘니뇨 예측하기 _ by함유근 | 2020 가을 카오스강연 'Ai X' 4강 | 4강

엘니뇨는 적도 태평양의 해수면 온도가 평년보다 0.5도 이상 높은 상태가 6개월 이상 지속되는 현상을 말합니다. 페루 어부들이 수온 변화로 물고기가 잡히지 않는 시기에 붙인 이름에서 유래한 이 현상은 단순한 지역적 변화를 넘어 전 지구적인 기후 시스템에 막대한 영향을 미칩니다. 엘니뇨가 발생하면 인도네시아와 호주에는 극심한 가뭄과 산불이 발생하고, 남미 지역에는 폭우와 홍수가 이어지는 등 이상기후가 빈번해집니다. 우리나라도 엘니뇨의 영향권에서 자유롭지 못하며, 겨울철 기온이 상승하거나 강수량이 증가하는 등 뚜렷한 기상 변화를 겪게 됩니다. 기후 예측은 내일의 날씨를 맞히는 것보다 훨씬 긴 시간 규모의 변화를 다루는 도전적인 과제입니다. 기존에는 지구를 격자로 나누어 구름, 강수, 해류 등 복잡한 물리 과정을 계산하는 수치 모델을 주로 사용해 왔습니다. 하지만 이러한 수치 모델은 수십만 줄의 코드로 이루어져 있어 실제 지구의 모든 프로세스를 완벽하게 구현하기 어렵습니다. 또한, 초기 상태의 아주 작은 차이가 결과에서 거대한 차이를 만들어내는 '나비효과'로 인해 예측 기간이 길어질수록 정확도가 급격히 떨어지는 한계가 있었습니다. 특히 6개월 이상의 중장기 예측은 기후학자들에게 여전히 어려운 숙제였습니다. 최근에는 이러한 한계를 극복하기 위해 인공지능, 특히 딥러닝 기술이 기후 예측 분야에 도입되고 있습니다. 엘니뇨 예측에는 이미지 인식에 탁월한 성능을 보이는 합성곱 신경망(CNN) 기법이 주로 활용됩니다. 엘니뇨는 특정 지점의 수온 변화뿐만 아니라 서태평양, 인도양, 대서양 등 전 지구적인 해수면 온도 분포의 상관관계를 파악하는 것이 중요하기 때문입니다. 2차원 또는 3차원 지도 형태의 데이터를 분석하여 복잡한 패턴 속에서 엘니뇨의 전조 현상을 찾아내는 인공지능의 능력은 기존 수치 모델이 놓치기 쉬운 미세한 신호들을 포착하는 데 매우 효과적이라는 사실이 증명되었습니다. 딥러닝 모델을 학습시키기 위해서는 방대한 양의 데이터가 필요하지만, 관측된 기후 데이터는 역사적으로 매우 한정적입니다. 엘니뇨는 1년에 단 한 번 발생 여부가 결정되기에 실제 가용 샘플은 170여 개에 불과합니다. 이를 해결하기 위해 연구자들은 '전이 학습'이라는 기법을 도입했습니다. 이는 수치 모델 시뮬레이션이 생성한 수많은 가상 엘니뇨 데이터를 먼저 학습시킨 뒤, 그 지식을 실제 관측 데이터에 적용하는 방식입니다. 비록 가상 데이터에 오차가 있더라도 기본적인 물리 메커니즘을 학습하는 데는 충분하며, 이를 통해 데이터 부족 문제를 해결하고 모델의 예측 성능을 획기적으로 높일 수 있었습니다. 딥러닝 기반의 예측 모델은 기존 수치 모델보다 훨씬 앞선 성능을 보여주었습니다. 기존 시스템이 약 1년 정도의 예측 신뢰도를 가졌다면, 인공지능 모델은 이를 18개월까지 연장하는 데 성공했습니다. 1년 반 앞을 내다볼 수 있다는 것은 사회적, 경제적으로 엄청난 가치를 지닙니다. 이상기후에 대비해 재난 방지 시스템을 정비할 충분한 시간을 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 곡물 가격 변동에 선제적으로 대응하여 경제적 손실을 최소화할 수 있기 때문입니다. 실제로 1997년이나 2015년의 강력한 엘니뇨 사례에서도 딥러닝 모델은 매우 높은 정확도로 미래를 예측해 내는 성과를 거두었습니다. 인공지능의 예측 결과가 단순히 통계적 우연이 아님을 증명하기 위해 '히트맵' 분석 기법이 사용됩니다. 이는 인공지능이 데이터의 어느 부분을 중점적으로 보고 판단을 내렸는지 시각화하는 기술입니다. 분석 결과, 딥러닝 모델은 엘니뇨 발생 1년 전 서태평양의 따뜻한 해수 분포나 대서양의 특정 온도 패턴을 주목하고 있었습니다. 이는 기존 기후학계에서 밝혀낸 물리적 메커니즘과 일치하는 결과로, 인공지능이 엉뚱한 정보가 아닌 과학적 근거에 기반하여 결과를 도출하고 있음을 시사합니다. 이러한 설명 가능한 인공지능 기술은 블랙박스로 불리던 딥러닝 모델의 신뢰성을 높이는 핵심적인 역할을 수행합니다. 인공지능 기술은 이제 엘니뇨의 발생 여부를 넘어, 발생 위치에 따른 다양한 유형의 엘니뇨를 구분하는 단계까지 발전했습니다. 중태평양 엘니뇨와 동태평양 엘니뇨는 육지에 미치는 영향이 서로 다르기에 이를 정확히 구분하는 것은 매우 중요합니다. 앞으로 딥러닝 기법은 태풍의 강도 변화, 극한 강수, 장마 패턴 등 더욱 다양한 기후 현상을 예측하는 데 폭넓게 적용될 전망입니다. 인공지능은 기후학자의 자리를 대체하는 것이 아니라, 복잡한 지구 시스템을 이해하고 미래의 불확실성에 대비하는 강력한 도구로서 인류의 생존과 번영에 기여하는 동반자가 될 것입니다.

함유근

카오스재단카오스강연

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[석학인터뷰] 함유근_ 지구온난화, '어쩔 수 없다'? | 2020 가을 카오스강연 'Ai X'

기후예측은 매 계절 그 결과가 실제로 맞았는지를 엄격하게 검증받는 매우 혹독한 학문입니다. 최근 우리나라에서 발생한 이례적으로 긴 장마는 지구온난화와 밀접한 관련이 있는 것으로 분석됩니다. 북극의 차가운 공기가 이례적으로 남하하며 장마 전선의 북상을 막았는데, 이는 시베리아의 고온 현상과 그로 인한 고기압 발달이 원인으로 지목됩니다. 비록 기후의 자연적인 변동성 범위 내에 있을 가능성도 배제할 수 없으나, 역대 최고치를 기록한 장마 일수는 지구가 우리에게 보내는 강력한 경고일 수 있습니다. 엘니뇨는 열대 동태평양의 해수면 온도가 평소보다 높아지는 현상으로, 그 영향은 특정 지역에 국한되지 않고 전 지구로 퍼져나갑니다. 마치 호수에 던진 큰 돌멩이가 물결을 일으켜 호수 전체로 퍼지는 것과 같습니다. 실제로 강한 엘니뇨가 발생했던 시기에는 인도네시아와 호주에서 대규모 산불이 발생했으며, 동태평양의 강수량은 급증하는 반면 서태평양 지역은 극심한 가뭄을 겪기도 했습니다. 이처럼 엘니뇨는 지구 전체의 기상 패턴을 뒤흔들며 인류의 삶에 막대한 영향을 미치는 강력한 기후 변동 요인입니다. 기존의 엘니뇨 예측은 전 지구 가상 시뮬레이션을 돌리거나 과거의 데이터를 활용한 통계적 기법에 의존해 왔습니다. 하지만 전통적인 통계 모델은 선형적인 한계로 인해 복잡한 기후 변화를 정교하게 예측하는 데 어려움이 있었습니다. 이러한 한계를 극복하기 위해 최근에는 딥러닝과 같은 인공지능 기술이 도입되고 있습니다. 인공지능은 과거의 방대한 기후 데이터를 학습하여 복잡한 비선형 패턴을 파악함으로써, 미래의 엘니뇨 발생 가능성을 기존 방식보다 훨씬 높은 정확도로 예측하며 기후 과학의 새로운 지평을 열고 있습니다. 지구온난화가 인간의 활동으로 인해 발생했다는 사실은 이미 과학계에서 논쟁이 끝난 정설입니다. 우리가 문제를 일으킨 주체인 만큼, 우리의 노력으로 변화의 속도를 늦추는 것도 충분히 가능합니다. 경제 위축에 대한 우려도 존재하지만, 신재생 에너지를 중심으로 하는 그린 뉴딜과 같은 정책은 산업 활동을 유지하면서도 환경을 보호할 수 있는 대안이 됩니다. 에너지 절약과 같은 일상적인 실천부터 정책적인 지지까지, 파국적인 결말을 막기 위해서는 기후 변화에 대한 선제적인 인식 변화와 적극적인 행동이 절실한 시점입니다. 기후 연구의 길은 순탄치 않으며 연구자 역시 수많은 슬럼프를 겪습니다. 인공지능에 대한 지식이 전무했던 상태에서 기후 데이터의 부족이라는 난관을 뚫고 네이처지에 논문을 게재하기까지의 과정은 끊임없는 도전의 연속이었습니다. 이러한 경험은 후학들을 지도할 때 단순한 지식 전달을 넘어 깊은 공감과 위로를 나누는 밑거름이 됩니다. 지도교수라는 권위보다는 선배의 마음으로 연구의 방향을 함께 고민하고 슬럼프 극복을 도울 때, 기후 위기를 해결할 혁신적인 아이디어와 연구 성과도 지속적으로 탄생할 수 있을 것입니다.

함유근

카오스재단카오스강연

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[그림으로 보는 과학뉴스] '곧추선' 태풍들 또 올 수 있어... 기후변화의 또다른 위협 요인

최근 한반도를 관통한 태풍들의 경로는 과거와 달리 직선 형태를 띠며 큰 우려를 낳았습니다. 태풍은 단순히 우리를 괴롭히기 위해 발생하는 자연재해가 아니라, 지구의 에너지 균형을 맞추기 위한 거대한 대기 현상입니다. 태양 복사 에너지가 집중되는 적도 지역의 과잉된 열에너지를 에너지가 부족한 극지방으로 전달하는 역할을 수행하는 것입니다. 이러한 에너지 불균형 해소 과정이 없다면 지구의 기온 차이는 지금보다 훨씬 극심해졌을 것이며, 태풍은 지구가 스스로를 치유하는 일종의 순환 시스템이라고 볼 수 있습니다. 태풍이 발생하기 위해서는 먼저 섭씨 26도 이상의 따뜻한 해수면 온도가 유지되어야 합니다. 따뜻한 바다에서 증발한 수증기가 상승 기류를 타고 올라가면, 높은 고도에서 차갑게 식으며 응결하게 됩니다. 이 과정에서 수증기가 물방울로 변하며 주변으로 '잠열'이라는 에너지를 방출하는데, 이 열이 다시 주변 공기를 데워 상승 기류를 더욱 강화합니다. 이러한 순환이 반복되면서 거대한 적란운이 형성되고, 하층에서 공기가 강하게 몰려들며 우리가 아는 강력한 태풍의 형태를 갖추게 되는 것입니다. 태풍의 특징인 강력한 회전력은 지구 자전에 의한 전향력으로부터 비롯됩니다. 북반구에서 물체를 멀리 던지면 지구 자전의 영향으로 경로가 오른쪽으로 휘게 되는데, 이를 전향력이라고 부릅니다. 흥미로운 점은 이 힘이 적도 부근에서는 발생하지 않는다는 사실입니다. 따라서 태풍은 회전력을 얻을 수 있는 위도 5도 이상의 지역에서만 탄생할 수 있습니다. 따뜻한 바다의 열기와 지구의 회전력이 만나 비로소 성숙한 태풍의 모습이 완성되며, 이는 자연이 만들어내는 가장 역동적인 조화 중 하나입니다. 지구 온난화는 태풍의 양상을 더욱 위협적으로 변화시키고 있습니다. 전 지구적인 기온 상승은 필연적으로 해수면 온도의 상승을 동반하며, 이는 태풍이 발달할 수 있는 최적의 조건을 더 넓은 해역에 제공합니다. 최근 연구에 따르면 전체적인 태풍 발생 빈도에 대해서는 학계의 의견이 갈리지만, 한반도 인근에 영향을 주는 국지적인 태풍의 빈도는 증가하는 추세를 보이고 있습니다. 특히 해수면 온도가 높아짐에 따라 태풍이 머금는 에너지가 커져 그 강도가 더욱 세지고 있다는 점이 기후 위기의 심각성을 보여줍니다. 우리나라는 오랜 시간 태풍을 겪으며 제주도를 중심으로 상당히 수준 높은 재난 대비 시스템을 구축해 왔습니다. 하지만 기술적인 대비만으로는 한계가 있기에, 보다 근본적인 원인인 기후변화에 대한 성찰이 필요합니다. 일상에서의 작은 행동들이 먼 바다의 온도를 높이고 결국 강력한 태풍으로 돌아온다는 사실을 인지해야 합니다. 태풍의 위협으로부터 안전한 미래를 만들기 위해서는 체계적인 재난 대비 시스템 확충과 더불어 탄소 배출 저감을 위한 전 지구적인 노력이 반드시 병행되어야 할 것입니다.

국립과천과학관

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