1.칼럼

[정서현의 의료/심리 칼럼] 눈에 보이지만 없는 색 -정서현 기자

https://www.goeonair.com/mobile/article.html?no=22865

2.학번,이름

31208김연아

3.발표제목

광물의 색과 조흔색이 다른 이유 - 구조색과 화학색

4.지구과학 목차

2-(1)단원 광물의 성질

5.도서명-저자

색의 과학- 전창림

7.알고 싶은 것

광물의 색과 조흔색이 다른 이유

8.교과내용연관도서설명

색채를 위한 과학의 기초, 빛과 색, 색을 구현하는 방법 등 미술과 색채에 관한 과학적인 이야기를 알기 쉽게 전달해주고있다. 이 중에서 색을 구현하는 방법에서 색이 나타나는 매커니즘에 두가지가 있는데, 화학적 방법과 물리적 방법을 소개하고 있다. 이 두가지가 각각 어떠한 과정과 원인으로 인해 색이 달라지는지에 대해서 설명하고있다. 

9.새롭게 알게 된 것

(1) 광물 색의 구조색, 조흔색의 화학색

겉보기 색은 광물의 고체 구조에 의해 빛이 반사되는 빛의 색이다. 

광물은 분자와 분자 사이의 결정 구조 사이의 간격이 균일하고, 그 간격에 의해 나타나는 성질이다.

반면 조흔색은 가루이며, 난반사에 의해 관찰된다. 조흔색의 색은 화학색이라고 볼 수 있다.

(2) 화학색

사람이 색을 인식하기 위해서는 빛이 필요하다. 빛은 아주 넓은 영역대의 전자기파의 형태인데, 그중 사람의 눈으로 인식할 수 있는 빛은 가시광선 영역이다. 가시광선이 어떤 물질에 도달하게 되면 물질은 그 물질 고유의 특성에 해당하는 특정 파장을 흡수하게 되고, 이때 미처 흡수되지 못한 가시광선 영역이 우리 눈에 들어올 때 우리는 그것을 색으로 인식한다.

화학색(chemical color)은 우리가 흔히 아는 색으로 색소나 염료로 인해 만들어지게 된다. 어떤 색을 흡수하고 어떤 색을 반사하느냐에 따라 우리 눈에 보이는 색이 결정된다. 화학색은 색소의 크기나 모양과는 관계가 없고, 어느 각도에서보아도 동일한 색이다. 어떤 색을 흡수하고 어떤 색을 반사하느냐에 따라 우리 눈에 보이는 색이 결정된다.

이러한 과정을 통해 발현되는 색을 화학색이라고 부른다.

(3) 구조 색

구조 색(structural color)은 화학색의 반대 개념이라는 뜻, 또는 빛에 영향을 끼쳐 색이 만들어지기 때문에 물리색이라고도 불리는데, 표면의 기하학적인 미세구조로 인해 빛이 반사, 산란, 간섭, 회절 되면서 나타나는 색이다.

즉, 물체의 미세구조와 빛이 상호작용에 의해 나타나는 색이며 색소 없이 물체의 구조 때문에 색이 나타난다는 것이다.

(3-1)모르포 나비와 카멜레온

구조 색의 예시로는 모르포나비의 파란색 날개와 카멜레온의 피부가 있다.

모르포 나비의 날개는 영롱한 파란색을 띠고 있다. 하지만 나비의 날개를 미세현미경으로 들여다보면 나비의 날개는 무색이며 복잡한 구조 형상을 하고 있는 것을 볼 수 있다. 이는 나비 날개의 복잡한 구조가 가시광선의 특정 파장을 반사하고, 반사된 가시광선이 우리의 눈에 들어와 나비의 색으로 인식하게 되는 것이다.

알록달록한 생명체인 카멜레온의 피부 단면을 미세 현미경으로 관찰해 보면 피부층이 비접촉형 격자구조를 이루고 있는것을 알 수 있다. 적의 공격을 받아 카멜레온이 흥분하는 경우 카멜레온은 피부층의 격자 간격을 늘리게 되고 이에 따라 피부의 구조가 가시광선 장파장 영역을 반사하여 카멜레온의 피부색을 변화시킨다. 이처럼 구조 색을 통해서라면, 한가지 소재를 가지고도 다양한 색감을 만들어 낼 수 있다.

(4) 하지만 모르포나비의 날개는 파란색 한 가지로 고정되어 있는 반면, 카멜레온의 피부색은 한 가지로 고정되어 있지 않고스스로가 피부색을 자유자재로 변화시킬 수 있다. 이것의 이유는 색의 변동성 때문인데, 모르포나비의 날개는 색의 가변성, 즉 변동성이 낮고, 카멜레온의 피부색은 색의 변동성이 높다.

모르포나비도, 카멜레온도 똑같은 구조 색인데 색의 변동성은 왜 이렇게 극단적으로 차이 나는 걸까? 그 이유는 카멜레온은 본인 피부에 있는 광 결정의 간격을 스스로 조절할 수 있기 때문이다. 즉, 광 구조의 간격 혹은 두께를 변화시킬 수 있느냐 없느냐에 따라 모르포 나비처럼 한가지 색만 내기도 하고 카멜레온처엄 여러가지 색을 자유자재로 낼 수 있기도 하다.

10.추가학습하고싶은내용

카멜레온의 광 결정 구조 간격 조절의 원리를 이용한 기술들을 살펴보고자 하였다.

카멜레온은 피부색을 바꾸기 위해, 피부 속 광 결정 구조의 간격을 조절한다. 광 결정은 특정 파장의 빛만 반사 시키는데, 광 결정 구조의 간격에 따라 반사시킨 빛의 색깔이 다르게 나타난다. 최근 이런 광 결정 기반 색 변화를 모사하려는 연구가 많은 관심을 받고 있다.

기존 기술로는 광 결정 구조를 변화시키려면 액체 물질이어야만 가능했다. 단단한 껍질 속에 액체를 넣어주는 방식으로개발할 수는 있겠지만, 이경우 자유자재로 구부러지는 플랙서블 형태로 제조하기가 쉽지 않았고, 외부의 충격이나 환경변화에 취약한 한계가 있었다.

박정열 기계공학과 교수 연구팀이 이 단점을 해결하고 전기 자극을 통해 능동적으로 실시간 색이 변하는 ‘고체 유연 소재’를 개발했다. 먼저 나노미터 단위의 고분자로 만든 유연성 구동장치를 제작한 다음 이를 고체물질 속에 섞어 넣어 전기 자극을 가했다. 초소형 구동장치가 물질 내부에서 광 결정 구조 간격을 조절, 고체물질 내부에서도 바꿀 수 있도록 만들었다. 이렇게 만든 소재는 빨간색부터 청록색까지 다양한 색상 변화가 가능했다. 한 번 색이 바뀌면 원래의 상태로 되돌아가지 않으려는 히스테리시스 현상이 적어 시시각각 색을 바꾸는 데에 유리했다. 연구진은 이 소재를 유연한 고체 필름 형태로 만드는데도 성공했다. 이 필름을 입히면 다양한 형태의 물체도 색을 자유자재로 바꾼다.

광상학 개론 - 윤정한

6. 교과내용핵심키워드

광상.광석.광산.화성광산.정마그마 광상.페그마타이트 광상.기성 광상.열수 광상.퇴적 광상. 표사 광상.풍화 잔류 광상.침전 광상.변성 광산.광역 변성 광상.접촉 교대 광상

7. 알고 싶은 것

충청북도 영동지경 일라이트 광맥은 어떤 과정을 통해서 형성 되었는지에 대해서 알고 싶어서 이 탐구를 진행하게 되었다.

8. 교과 내용 연관 도서 설명

광상 : 유용한 광물자원이 지각 내에 채굴이 가능할 정도로 농집되어 있는 장소, 지각 내의 평균적인 함량보다 높은 비율로 모여 있는 곳. 광상은 형성 과정에 따라 화성 광상, 퇴적 광상, 변성 광상으로 구분된다.

화성 광상 : 마그마가 냉각되는 과정에서 마그마 속에 포함된 유용한 원소들이 분리되거나 한 곳에 집적되어 형성되는 광상을 화성 광산이라고 한다. 일반적으로 마그마 생성이 활발한 판의 경계에서 형성된다.

1)정마그마 광상 : 고온의 마그마가 냉각되는 초기에 자철석, 크롬철석, 백금, 니켈 등 용융점이 높은 광물이 정출된 광상.

2)페그마타이트 광상 : 남아 있는 마그마가 냉각되는 후기에는 마그마가 주변의 암석을 뚫고 들어가 석영,장석,운모,녹주석,전기석 등의 광물이 정출.

3)기성 광상 : 마그마에 있던 수증기와 휘발 성분이 주위의 암석을 뚫고 들어가 일부를 녹이고 침전하여 형성된 광산

4)열수 광상 : 마그마가 냉각되면서 여러 광물이 정출되고 남은 열수 용액이 주변 암석의 틈을 따라 이동하여 금,은,납,아연,구리,수은 등을 포함하는 광물 정출.

퇴적 광상 : 퇴적 광상은 지표의 암석이 풍화,침식,운반,퇴적 되는 과정에서 유용한 광물이 모여 형성된 것.

1)표사 광상 : 밀도가 큰 광물이 하천 바닥에 싸여 형성된 광상.주로 금,백금,다이아몬드,주석 등 풍화에 강한 광물 모여있음

2)풍화 잔류 광상 : 고온 다습한 열대 지방에서 화학적 풍화 작용이 일어나면서 암석을 이루는 나트륨,칼슘, 마그네슘,규소 등이 녹아 빠져나가고, 상대적으로 잘 녹지 않는 철과 알루미뉴이 남아 형성된 광상

3)침전 광상 : 해수가 증발하면서 해수에 녹아 있는 물질이 침전되어 암염,석고,탄산염 광물 등이 모여 형성된 광상. 선캄브리아기의 호상 철광층 등이 이에 속함.

변성 광상 : 광물이 변성 작용을 받는 과정에서 재배열됨으로써 새로운 광물이 농집되거나 기존의 광사이 변성 작용을 받아 광물의 조성이 달라녀 형성된 광상이다. 

1)광역 변성 광상 : 광영 변성 작용이 일어날 때는 광물들이 한 곳에 모이기 어렵지만 광역 변성 작용이 일어나면서 물과휘발 성분이 빠져나와 생긴 열수에 의해 광상이 형성되기도 한다. 우라늄,흑연,활석,석면,남정석 등이 산출.

2)접촉 교대 광상 : 석회질 퇴적암에 화성암체가 관입한 접초굽에서는 석회질 물질과 고온의 규산염 용액이 반응하여 새로운 광물이 침전되어 기존 광물을 교대하여 광상이 형성. 철,구리,텅스텐,납,아연,몰리브데넘,주석 등이 산출

9. 새롭게 알게 된 것

영동지역 일라이트 광석은 대보조산운동 이후 형성된 영동분지와 단층 접촉을 하는 모암인 운모편암의 열수변질에 의해 형성되었으며 석영,카올리나이트,장석 등이 일라이트와 함게 산출된다.

영동지역 일라이트 광체와 주변 변질대의 잔류 광물의 구성비로 판단할 때, 장석이 열수변질에 의해 백운모 와 일라이트를 형성하고, 이어서 백운모, 석영 순으로 일라이트화가 진행되고 있음을 알 수 있다.

 

일라이트는 단층선에 가까울수록 일라이트화가 더 진행된다. 또, 주단층과의 거리가 가까운 광체일수록 일라이트 품위가 더 높은 광체가 존재할 가능성이 높다.

영동지역 일라이트 광체는 영동단층을따라 유입된 열수에의해 장석이 변질되어 백운모와 일라이트를 형성하고, 이어서 백운모, 석영의 일라이트화에 의해 형성되었음을 알 수 있다. 일라이트 화가 진행될수록 장석의 함량은 급격히 줄어들고, 석영의 함량은 상대적으로 천천히 감소하는 것으로 보아 장석이 석영보다 먼저 일라이트화가 진행됨을 알 수 있다.

영동지역 일라이트 광체는 일라이트/백운모 함량이 최대 75 wt.%에 이르는 고품위 광체로 판단되며, 주요 광물로 일라이트, 석영, 장석, 백운모 등이 나타난다. 광체와 변질대의 구성광 물을 비교한 결과, 단층선을 따라 유입된 열수에 의한장석과 석영의 열수변질이 주요 광체 형성 기작임을 확인할 수 있다.

10. 추가 학습하고 싶은 내용
일라이트의 구조나 특징을 더 구체적으로 추가 학습함.

일라이트는 Ralph E. Grim에 의해 미국 일리 노이주(State of Illinois)의 이름에서 유래된 운모류 점토광물로 퇴적암, 그 중에서도 특히 셰일에서 흔히 산 출되는 층상규산염광물이다. 일라이트는 사면체판과 팔면체판이 2:1로 구성되는 구조로, 저면간격 10 Å(10* 10^–10)의 비팽창성 광물이며, 백운모와 결정구조가 매우 유사하지만 층간 K 의 함량이 백운모 보다 적다. 일라이트의 화학 조성은 k0.8-0.9(Al, Fe, Mg)2(Si, Al)4O10(OH)2이며, 이는 일라이트가 산출 되는 환경에 따라달라질 수 있다. 일라이트는 열수변 질에 의해 장석이나 운모류로부터 형성되기 쉽고, 열수변질의 정도 등에 따라 다양한특성이 나타날 수 있다.

 이 선도는 재료의 고유한 인장 거동을 나타내며, 재료의 종류에 따라 각기 다른 형태를 나타낸다. 가장 일반적인 강철의 경우, 비례 한도라 불리는 응력값까지 변형률과 응력은 직선적인 관계를 유지하며, 이 직선의 기울기를 탄성 계수라고 부른다. 이 지점 이내로 물체에 힘을 가하면 물체는 탄성 변형을 일으켜 힘을 제거하면 물체는 원래 모양 그대로 복원된다.

 이 지점을 지나면 곧바로 항복점이라 불리는 응력값에 도달하게 되고, 이 지점보다 큰 하중을 물체에 가하면 물체는 하중을 제거하여도 영구적인 변형이 남는 소성 변형을 일으키게 된다. 이 지점을 통과하여 힘을 가하면 물체는 극한 강도라 불리는 응력값에 도달하게 되고 이 응력값이 바로 물체가 지탱할 수 있는 최대 강도를 나타낸다. 이 이상으로 물체에 힘을 가하면 물체가 끊어지는 파단점에 도달하게 된다.
-일축압축강도(Sc)는 원통형 또는 각주(prism)형태의 암석 시험편에 구속압(confining pressure)이 없는 상태에서 압축력을 작용시켜 파괴가 일어났을 때의 하중(Pc)을 시험편의 단면적(A)으로 나눈 값을 말한다.
Sc = Pc / A
암석의 종류에 따른 조직(입자의 크기 등)의 차이에 의해 강도가 달라지기도 한다. 즉, 세립의 사암은 조립질의 암석보다 큰 강도를 갖는다. 화성암과 변성암은 현미경 관찰로 확인되는 입자간의 상호결합의 세기에 따라 강도를 달리한다. 이와 같은 요소를 암석의 결정도라고 한다. 그러나 퇴적암에 있어서는 조직뿐만 아니라 교결물의 강도 역시 암석의 압축강도에 영향을 미치게 된다. 이는 특히 사암, 역암, 각력암 등과 같은 암석에서 흔히 나타난다. 석회암은 흔히 점토로 충진된 균열을 가지며, 이러한 경우의 강도는 낮게 나타난다.
열극 또는 미세 균열은 특히 파괴면의 방향과 일치하는 것의 경우 암석의 강도를 저하시키는 요인으로 작용한다. 이러한 균열을 포함하는 암석의 강도는 층리 또는 균열에 대해 수직으로 압축력이 작용할 때 가장 크게 나타난다.
(따라서 암석의 고유한 결정형에 따라 암석의 변형 강도가 다르게 나타난다고 할 수 있다.)

10. 광물의 경도
경도: 광물 표면의 힘에 대한 저항 강도로 외부의 어떠한 힘에 대하여 견디는 정도를 말한다.
예를 들어, 다이아몬드(금강석)은 절대경도가 100,000으로 아주 강한 광물입니다. 또한, 광물의 결정구조가 3차원 망상형태의 배열을 하고 있어, 어떠한 외부의 변형에도 잘 긁히지도 않고 망치로 때려도 안깨어진다.
1)모스경도: 한 물질이 다른 물질을 긁거나 마모시킬 수 있는 능력으로 측정
- 모스 경도의 척도 : https://ko.eferrit.com/%EB%AA%A8%EC%8A%A4-%EA%B2%BD%EB%8F%84%EC%9D%98-%EC%B2%99%EB%8F%84/
2) 새김경도: 추에 압력을 가하면서 추에 가해진 압력에 대한 저항하는 힘으로 측정
3) 되튐경도: 충돌시킬 때 광물 표면이 저항하는 정도로 측정
**광물의 경도는 결정의 모양에 관련이 없다. 광물의 경도는 입자 배열 상태, 조밀함 등에 의해 결정되는 것이지 광물의 어떤 결정형태를 가지고 있는가에 의해 경도가 결정되는 것은 아니다.
**경도와 변형 강도(암석의 응력-변형률)의 차이
1) 경도 : 재료의 표면에 가해지는 힘에 대한 저항력을 의미한다. 즉, 광물 표면에 마모, 긁힘 등에 대한 저항 강도를 의미한다.
2) 변형 강도(암석의 응력-변형률) : 재료가 외부에 하중과 같은 힘을 받았을 때 재료가 전체적으로 버티는 저항을 의미한다.

 

1. 칼럼

후쿠시마 오염수 방류 현장 시찰서 확인할 핵종은

2. 학번

31214박수진

3. 발표 제목 

후쿠시마 오염수 방류가 환경과 생물에 미치는 영향

4. 지구과학 목차

4. 해수의 운동과 순환

5. 도서명-저자

수권의 방사능 오염 - 카지 케이스케

6. 교과 내용 핵심 키워드

해수의 순환 

7. 알고 싶은 것

후쿠시마 오염수 방류가 우리나라에 미치게 될 영향과 방사능이 수권에 미치는 영향을 알고 싶다.

8. 교과 내용 연간 도서 설명

해양의 방사능 자정 능력이 지구과학II에서 배운 해수의 순환과 관련되어 있다는 것을 알게 되었다. 방사능을 해양에 방류하면 해수의 순환을 따라방사능이 전지구적으로 퍼지게 되어 농도가 옅어진다. 이때 옅어진 방사능 농도가 해양의 자정 능력으로 해결 될 수 있을 정도라면 해양이 방사능을 자정할 수 있다.

9. 새롭게 알게 된 것

후쿠시마 원전 오염수에는 여러 방사능 핵종이 포함되어 있다. 그 중 가장 우려되고 있는 핵종들이 세슘-137, 스트론튬-90, 트리튬(3중수소)이다. 세슘-137과 스트론튬-90이 체내에 쌓이게 되면 내부 피폭이 발생하면서 갑상선암, 골수암 등의 암이 발병한다. 또한 트리튬은 DNA를 구성하는 수소자리에 트리튬이 들어갈 경우 헬륨으로 변하면서 DNA에 영향을 미쳐 세포 사멸, 생식기능 저하 등 인체에 손상을 줄 수 있다. 세슘-137과 스트론튬-90은 ALPS(다핵종제거설비)로 걸러낼 수 있으나, 트리튬과 탄소-14를 걸러내지 못한다. 

칭화 대학 연구진은 후쿠시마 원전 오염수가 바다로 방류될 때 주요 방사성 물질인 '트리튬'(3중수소)의 확산을 미시, 거시적으로 시뮬레이션한결과를 발표했다. 그 결과, 오염수 방류 120일 내에 위도 30도, 경도 40도에 걸쳐 오염물이 급속히 확산하며, 오염물은 북위 35도 인근에 집중되고 해류의 영향으로 경도보다 위도 방향으로 더 빨리 확산하는 것으로 나타났다.  오염수 방류 1천200일 뒤에는 오염물이 북태평양 거의 전역으로 확산하며 동쪽으로는 북미 해안, 남쪽으로는 호주에 이르게 되며, 이후 적도 해류의 영향으로 남태평양으로도 급속하게 퍼져나가는 것으로분석됐다. 방류 2천400일이 지나면 인도양도 영향을 받고, 3천600일 뒤에는 태평양 전역으로 퍼지는 것으로 나타났다. 오염수 확산에서 특이하게 나타난 것은 후쿠시마 앞바다가 남쪽으로 흐르는 오야시오 해류와 북쪽으로 흐르는 구로시오 해류가 만나는 해역으로, 방류된 원전 오염수가해안을 따라 남북으로 흐르지 않고 서풍을 타고 동쪽으로 확산한다는 것이다. 이렇게 계속해서 해양으로 오염수가 순환한다면, 바다에 골고루 퍼져 희석되는 것이 아니라 해수의 순환을 따라 샌디에이고 등의 북미 인근에 오염물이 집적될 것으로 보인다. 

해수의 순환으로 바다가 탁월한 방사능 처리 능력이 있으나, PIF 자문단 소속 로버트 리치먼드 미국 하와이대 케왈로 해양연구소장은 "삼중수소는 유기적으로 결합할 경우 먹이그물을 통해 살아있는 생물의 세포, 조직, 기관이나 해양 바닥 퇴적물에 축적될 수 있다"라며 "이러한 유기 결합삼중수소는 세포 DNA에 영향을 줄 수 있다“고 말했다. 먹이사슬을 통한 방사능 물질의 축적은 먹이사슬의 정점에 있는 인간에게 가장 많은 영향을 미칠 것이다. 

10. 추가 학습하고 싶은 내용

방사능 핵종을 효율적으로 분리해낼 수 있는 기술과 해양에 확산되는 방사능을 측정할 수 있는 기술에 대해 알아보고 싶다. 

(3) 해양광물자원

바닷물과 해저에는 인류가 최소 수백 년 내지 수천 년 이상을 쓸 수 있는 풍부한 광물자원이 다양한 형태로 존재하는데 이를 지질학적 특성에 따라 구분하면 대륙연변부의 광물자원, 심해분지 내의 광물자원, 중앙해령 (midocean ridge)부근의 광물자원, 해수중의 광물자원 등으로 구분할 수 있다. 대륙연변부에 분포하는 광물자원의 대부분은 육지로부터 침식, 운반되어 온 것으로 육상의 지질에 많은 영향을 받는다.

이 지역에는 석유를 비롯하여 황·암염·칼륨·석탄 등의 비금속자원과 구리·아연·납·철·니켈·금·은·수은·형석·베릴륨·주석·텅스텐 등의 금속광상, 그리고 해수의 분급작용에 의한 중광물·귀금속·모래·자갈·석회 등의 표사광상, 천해지역에서 생성되는 인회석·해록석 등의 자생광상 및 화학적·생화학적 작용에 의하여 침전되는 철·망간산화물 등의 풍부한 자원이 분포한다.

심해분지내의 광물자원으로 대표적인 것은 해수로부터 화학적 침전에 의하여 형성되는 망간단괴(manganese nodules)이다. 이 망간단괴에는 망간·철·니켈·구리·코발트 등의 금속이 집중되어 있다. 심해분지 내의 기반에는 수은·크롬·백금·금·은 등의 금속광상이 있고, 또한 알루미늄·철·구리·니켈·코발트·티탄을 다량 함유하는 점토와 생물 유해의 껍질인 연니(軟泥, ooze)가 심해저에 넓게 분포하여 광상을 형성하기도 한다.

또한 심해저에는 총 연장 6만㎞나 되는 중앙해령이라 불리는 일련의 해저산맥이 발달되어 있다. 이 중앙해령 부근에서는 맨틀로부터 마그마가 상승하여 새로운 해양지각이 끊임없이 형성되며 이때 수반되는 열수용액에 의한 광화작용으로 여러 종류의 금속광물이 유화물상태로 부존된다.

이와 같은 유화광상(polymetallic sulfide deposit)의 대표적인 금속광물로는 아연·구리·은·코발트·니켈 등을 들 수 있으며 홍해의 다금속 펄이 이 경우에 포함된다. 이 밖에도 해수중에는 육상에서 알려진 모든 원소가 포함되어 그 중 80종 이상의 원소가 확인되었고 소금·브롬·마그네슘 등이 현재 상업적인 목적으로 바닷물로부터 추출되고 있는 광물자원이다.

우리 나라 근해의 도서에는 티탄철광과 사철광의 형성가능성이 높다. 그리고 연안해안에는 사금과 중석이 많은 것으로 추정되고 있으며, 표사광물인 저어콘·모나자이트와 모래·자갈 등 골재자원은 일부 채광되고 있다. 또한 지질학적 특성으로 보아 대륙붕에는 석유·천연가스의 부존가능성도 매우 큰 것으로 기대되고 있다.

(4) 해양생물자원

바다는 유기물 생산능력이 육상보다 훨씬 클 뿐만 아니라 지구상에 있는 전생물의 80％가 바다에 살고 있으며, 어류의 생산량만으로도 수백 억의 인구를 부양할 수 있는 잠재력을 지니고 있다. 전 세계의 수산물 생산량은 1986년 말 현재 9146만t으로 이는 제2차세계대전 직후인 1948년의 생산량 1960만t에 비하여 무려 5배 가까이 늘어난 양이다.

그러나 유엔식량농업기구에 의하면 세계 수산자원의 추가잠재력은 2억4000만t에서 4억5000만t에 이를 것으로 추정되고 있다. 이러한 추가잠재력의 근거로는 현재의 미이용자원인 오징어류와 중층어류, 남극 크릴새우 및 기타 연체류 등이 제시되고 있다. 해양생물자원에는 인간이 필요로 하는 아미노산들이 균형 있게 함유되어 있어 앞으로 식량자원으로 가치가 더욱 높아질 전망이다.

또한 최근 활발히 연구되고 있는 분야의 하나인 해양약리학(marine pharmacology)은 해양생물을 구성하고 있는 물질을 조사하고 유용성분을 추출하는 연구분야로 새롭게 주목되고 있다. 또한 해양생물공업(marine biotechnology)이라는 새로운 산업이 등장하여 각종 해양생물로부터의 특수물질 및 생리활성물질 추출 이용이 점차 주목을 받고있다.

(5) 해양에너지자원

바닷물은 끊임없이 움직이면서 이동할 뿐만 아니라 태양열의 대부분을 흡수, 저장하는 능력을 가지고 있으며 대기와의 상호작용으로 바람과 해류와 파랑을 일으킨다. 이러한 바다의 특성은 곧 막대한 양의 에너지자원을 형성하게 된다.

해양에너지는 그 잠재력이 엄청나게 크고 태양계가 존속하는 한 고갈염려가 없는 순환에너지(renewable energy)이며, 오염을 수반하지 않는 무공해에너지(clean energy)라는 점에서 가장 이상적인 미래의 에너지자원으로 주목되고 있다.

현재 이용중이거나 개발되고 있는 해양에너지자원으로는 바다의 조석현상을 이용하는 조력발전을 비롯해서 파도 및 해류를 이용하는 파력발전과 해류발전, 해수온도의 차이를 이용하는 온도차발전, 그리고 해수와 담수간의 염도차이를 이용해서 발전하는 염도차발전 등이 있다.

(6) 해양공간자원

해양공간이 자원의 개념으로 등장하면서 해양개발의 국면은 한 차원 높은 단계로 발전되고 있다고 할 수 있다. 즉, 인공섬이나 해양구조물 등의 건설을 통하여 광활한 해양공간을 활용하여 단순한 물질자원의 개발차원을 넘어 입체적이고 종합적인 해양개발의 개념이 정립되고 있다.

뿐만 아니라, 미래형의 각종 산업시설과 주거공간을 해상에 건설하여 비좁고 공해에 찌들고 있는 육상공간의 문제를 풀어가고 있는 것이다. 일본이 나가사키(長崎)에 해상비행장(198만㎢)을 건설하여 소음과 공해의 문제를 해소한 것이라든가 고베(神戶)에 포트 아일랜드(436㎢)를 건설, 도시공간을 바다로 확장한 것은 이러한 해양공간 이용의 좋은 본보기이다.

이러한 해양공간의 이용은 화열발전소나 폐기물 처리장, 어업기지, 레크리에이션기지, 해상 플랫폼 등 광범위하고 다양한 형태로 확산되고 있다. 우리 나라의 경우에 있어서도 그 동안 해안간척이나 매립에 의하여 농경지와 임해공업단지를 조성해왔다. 그리고 최근에는 부산에서 인공섬 건설에 의한 신도시건설(6204만㎢)을 계획하고 있어 본격적인 해양공간이용시대로 접어들고 있다.

10. 추가 학습하고 싶은 내용
해양 생물 지원을 이용한 바이오
(1) 생체 의료용 해양생물자원_손상된 조직이나 장기의 일부를 보완하기 위한 생체 재료로 이용된다.
(2) 히알루론산_ 각종 안과 수술의 보조제, 관절 내 주사제, 인공눈물 등의 목적으로 사용된다.
(3) 키토산_갑각류에 함유되어  있는 키틴이 인체에 흡수될 수 있도록 가공한 물질으로 지혈과 통증 완화 효과가 있다.

1. 칼럼
https://www.bizhankook.com/bk/article/23627 
2. 31206 김가빈

3. 발표 제목

우주의 중심은 어디인가?

4. 지구과학 목차

VII 우리은하와 우주의 구조 – 6. 은하의 공간 분포

5. 도서명-저자

무엇이 우주를 삼키고 있는가 – 폴 데이비스

6. 교과 내용 핵심 키워드

빅뱅, 우리은하, 은하, 공간, 팽창

7. 알고 싶은 것

우주가 팽창하고 있다는 것은 모두가 알고 있는 사실이다. 여기서 우주는 어디를 중심으로, 어디를 향해 팽창하는지 이 책을 통해 알고 싶다. 

8. 교과 내용 연관 도서 설명

‘빅뱅이 어디에서 발생했는가’에 대한 답은 모든 곳이다. 우주배경복사의 진원지는 없다. 우주배경복사는 공간상의 특정한 점으로부터 뻗어나온 것이 아니다. 은하들 사이의 공간 자체가 커지고 있는 것이며 이로 인해 적색이동에 접근 방식을 가질 수 있다. 먼 은하에서 오는 빛의 파동은 팽창하는 공간을 통과해서 우리에게 오는데, 이때 은하와 우리 사이에 있는 공간이 늘어나면 그 사이를 지나오는 빛의 파동도 함께 늘어나게 된다. 이것은 파동의 파장이 길어지는 반편 진동수는 줄어들게 되어 푸른색의 빛이 붉게 변하게 되는 것이다. 관측 가능한 가장 오래된 은하의 경우, 빛의 파장은 빛이 은하에서 나온 직후보다 지구에 도달했을 때 11배나 길어지게 된다. 우리가 더 먼 우주를 관측할수록 신축인자(지구에서 관측한 파장을 광원에서 방출된 직후의 파장으로 나눈 값)이 거리가 멀어질수록 증가하므로 적색이동은 더욱 강하게 일어난다. 이론적으로 신축인자는 특정한 임계 거리에서 값이 무한해진다. 단순화한 우주 모형에서 보면 그 특정한 임계 거리는 빛이 빅뱅 이후로 가장 멀리 이동할 수 있는 거리와 같다. 
만약 어떤 한 은하가 우리 은하와 100억 광년만큼 떨어져 있다면 우리에게 현재 보이는 그 은하는 그 은하가 100억년 전에 있었던 곳을 보는 것이 된다. 그 세월동안 그 은하와 우리 사이의 거리는 훨씬 더 멀어졌을 것이다. 즉, 우주 지평선은 현재 470억 광년만큼 떨어져 있는데 우리는 지금 당장 그 위치가 아닌 470억 광년이라는 한참 과거의 모습을 보게 되는 것이다.

9. 새롭게 알게 된 것

‘신축인자’라는 개념을 이 책을 읽으면서 처음 접하게 되었다. 또 보통 빅뱅에 대한 이미지를 떠올리면 어떤 한 점에서 폭발이 일어나는 이미지를 떠올리게 되는데 ‘그 점’이라는 것도 공간상 특정 위치에서 일어나는 것이 아니라 공간 자체가 없다가 생기게 되는 것이라 상상하기 어렵고 신기했다. 

10. 추가 학습하고 싶은 내용 
우주팽창 속도를 빛이 따라가지 못하여 '빛 지평선'이 존재하고, 우리는 '관측가능한 우주'라는 표현을 사용하는데 이러한 빛 지평선과 관련된 연구들에 대해 찾아보고 싶다. 

[이정모 칼럼] 중력파, 어디에 쓸까?

2. 31210김준아 

3. 발표 제목 

중력파 관측의 위대함!!!

4. 지구과학 목차 (질문)

Ⅵ. 행성의 운동

Ⅶ. 우리은하와 우주의 구조

   

5. 도서명-저자 

중력이란 무엇인가-뉴턴프레스

   

6. 교과 내용 핵심 키워드 

중력파, LIGO, 상대성 이론, 시공간의 휘어짐(왜곡) 등 

   

7. 알고 싶은 것 

- 아인슈타인이 말한 중력파란?

- 중력파를 관측하기 어려운 이유

- 과학자가 중력파를 관측한 방법

- 중력파 발견의 중요성

- 중력파 쓰임새

   

8. 교과 내용 연관 도서 설명 

- 등가 원리, 휘어진 공간, 중력과 시간 등 상대성 이론이 말하는 중력

뉴턴이 중력을 만유인력으로 설명한 반면, 아인슈타인은 중력을 ‘시공(시간과 공간)의 휘어짐’으로 설명했다. 아인슈타인은 시간과 공간은 언제 어디서나 일정하다는 그때까지의 상식을 깨고, ‘질량은 공간을 휘어지게 하고, 중력을 만들어 낸다.’고 주장했다. 빛도 휘어진 공간을 따라 휘어져서 나아가며, 중력이 강한 곳에서는 시간의 흐름도 느려진다는 상대성 이론의 핵심 내용을 알아본다.

- 블랙홀, 암흑 물질, 암흑 에너지와 중력의 관계

중력의 불가사의한 성질은 마침내 블랙홀의 개념을 만들어 냈다. 뿐만 아니라 블랙홀이 눈에는 보이지 않지만 실제로 존재한다는 데 많은 과학자가 동의하고 있다. 더욱이 우주 공간에는 암흑 물질과 암흑 에너지라는 대상을 대상을 상정하지 않으면 설명할 수 없는 현상이 확인됨으로써 중력에는 수수께끼가 더해졌다. 인류는 우주를 구성하는 물질의 95%의 정체를 아직 모르는 셈이다. 이제까지 알려진 블랙홀, 암흑 물질, 암흑 에너지의 정체와 그 실체를 밝혀내려는 과학자들의 노력을 소개한다.

9. 새롭게 알게 된 것 

- 아인슈타인이 말한 중력파란 무엇일까?

아인슈타인은 상대성이론을 통해 중력파의 존재를 세상에 알렸다. 그는 우주를 ‘시간과 공간으로 이루어진 그물’로 생각했다. 질량을 가진 물체가 시공간 그물을 휘게 만들어서 그물 속으로 빨려 들어가는 중력이 생긴다는 것이다. 그리고 물체가 점점 빠른 속도로 움직이는 가속운동 또는 운동 방향이 계속해서 변하는 회전운동 등을 하면 시공간의 그물이 출렁이면서 이런 변화가 파도처럼 퍼져 나가는데, 이것이 바로 중력파다. 이런 중력파가 지나가면 그곳의 시공간이 변한다. 즉 공간이 늘었다 줄었다, 시간이 느려졌다 빨라지는 현상이 반복된다. 이처럼 순간적으로 시공간의 왜곡을 일으키는 것은 오직 중력파뿐이다.

   

- 중력파를 관측하기 어려운 이유?

1916년 아인슈타인의 상대성이론 발표 후, 중력파가 존재한다는 사실을 뒷받침하는 발견이 이어졌다. 1974년 미국의 물리학자 조지프 테일러와 러셀 헐스는 중성자별 두 개가 서로의 주변을 돌면서 거리가 점점 가까워지는 현상을 확인했다. 회전하는 두 별이 중력파를 방출하면서 에너지를 잃고 공전 궤도가 짧아진다는 아인슈타인의 예측이 사실로 증명된 것이다. 하지만 이 발견도 중력파가 있을 것이라는 이론을 증명할 뿐, 중력파를 직접 검출하지는 못했다. 100년 동안 그 누구도 중력파를 검출하지 못한 이유는 중력의 특성에 있다. 중력은 아주 약한 힘이다. 자연에서 가장 큰 힘인 강한 핵력의 크기를 1로 보았을 때, 중력의 크기는 6×10-39이다. 태양보다 훨씬 무거운 물체가 빛의 속도만큼 빠르게 움직여도 아주 정밀한 측정 장비로만 시공간의 변화를 알아차릴 수 있을 정도다. 따라서 중력파를 관찰하기 굉장히 어려웠던 것이다.

- 과학자가 중력파를 관측한 방법 
라이너 바이스, 배리 배리쉬, 킵 손을 비롯한 연구팀은 라이고(LIGO)라는 장비로 중력파를 검출했다. 라이고는 빛을 이용해 미세한 길이 변화까지 측정하는 장비다. 4㎞ 길이의 터널이 직각으로 맞닿아 있는데, 맞닿은 곳에서 양쪽 터널 끝을 향해 레이저 빛을 쏜다. 그러면 빛이 터널 끝에 있는 거울에 반사돼 되돌아오는데, 평소에는 양쪽 터널을 지나온 빛의 시간이 서로 같다. 하지만 중력파가 지구를 지나가면 시공간이 왜곡되면서 터널의 길이가 미세하게 달라진다. 실제 2015년 9월, 두 개의 블랙홀이 하나로 합쳐지면서 생긴 중력파로 인해 한쪽 터널은 4×10-18㎝만큼 길이가 줄고, 한쪽 터널은 그만큼 길이가 늘어났다. 이때 터널을 지나온 두 빛이 간섭을 일으켜 검출기가 신호를 감지한 것이다.

- 중력파 발견의 중요성

과학자들은 왜 중력파 검출에 열을 올릴까? 이 질문에 답은 여러 가지일 수 있다. 하지만 가장 큰 이유는 중력파가 우주 탄생의 비밀을 밝히는 열쇠가 될 수 있기 때문이다. 지금 우리는 전자기파를 이용한 망원경으로 우주를 보고 있다. 전파망원경을 통해서 볼 수 있는 우주는 빅뱅 후 38만 년 이후부터다. 반면 중력파는 빅뱅이 일어나고 10-32초 뒤부터 볼 수 있다. 즉, 중력파 관측을 통해 지금까지 우리가 알아내지 못한 우주 탄생의 과정을 밝혀낼 수 있는 것이다. 또한 중력파는 물질과 거의 반응하지 않기 때문에 초신성 폭발, 블랙홀 충돌과 같은 먼 우주에서 생긴 신호도 지구까지 전달할 수 있다. 

- 중력파 쓰임새

강궁원 KISTI 박사도 “전자기파 검출은 이론이 나오고 15년 걸렸지만 중력파는 이론이 나온 후 100년”이라며 “전자기파가 검출이후 문명으로 오기까지 100년이 걸렸는데 중력파는 비교해보면 6배 정도 더 걸릴지도 모르지만 미래에 상상하기 힘들 정도로 다양한 방식으로 응용될 것”이라고 말했다. 즉, 아직 중력파를 발견한 초기단계이기 때문에 무궁무진한 가능성이 열려있다는 사실만을 알 수 있다. 하지만 현재 분명한 용도로는 천체 관측에 사용된다는 것이다. 천문학자들은 천체에서 오는 빛을 관측해 천체의 성질을 연구했다. 중력파를 관측할 수 있게 되면 강한 중력장과 관련된 많은 현상을 직접적으로 이해할 수 있게 된다. 중력파는 약간의 관측 감도만 높여도 훨씬 많은 천체를 볼 수 있다. 빠른 속도로 그 활용도가 높아질 것으로 예상된다. 중력파 방출 현상이 빛의 방출과 같이 일어날 수 있는 경우가 많아 광학 천문학과 협력해 과거에 전혀 알 수 없었던 현상을 이해하는데 활용된다.

10. 추가 학습하고 싶은 내용 

-중력파 천문학, 과학기술에 미칠 영향

- 현재 중력파 발견의 한계점

- 한계점을 보안한 LISA

   

[주간 급등주] 삼화전자, 한주간 68.9% 상승…희토류 대체재 페라이트 관심 집중 < 증권 < 금융·증권 < 기사본문 - 핀포인트뉴스 (pinpointnews.co.kr)

: 페라이트의 주가에 대한 기사가 매우 많음

11. 
수업을 들으며 주요 개념에 대하여 학습하고, 실제 사례 및 관측치를 찾아보며 이해를 돕는다.