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교양으로 읽는 지구과학

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• 그림과 화학이 어우러진 지구 이야기! 화학자가 안내하는 46억 년 지구의 역사 여행『지구를 부탁해』. 이 책은 살아 있는 지구의 13가지 이야기를 담은 책이다. 지구라는 초생명체가 얼마나 절묘한 물리적, 화학적 하모니를 이룬 존재인지, 얼마나 아름다운 존재인지, 그리고 얼마나 부서지기 쉬운 존재인지 들려준다. 흔히 딱딱하고 어렵다고 인식되는 화학이 우리 생활에 얼마나 가까이 있는지, 우리가 살고 있는 지구를 구성하는 공기와 물, 흙 속에 숨어 있는 화학의 비밀이 얼마나 놀라운지 100여 컷의 그림을 통해 알기 쉽게 보여준다. 대학 초년생을 대상으로 하는 교재를 넘어 중고등학생은 물론 과학을 전공하지 않은 일반인 누구라도 친숙하게 읽을 수 있도록 구성했다. 지구를 하나의 살아 있는 생명체로 인식하고, 지구 온난화 현상이 정점에 다다른 이때, 에너지 문제를 현실적으로 해결할 노력이 필요하다는 것을 일깨워준다.
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• 화학자가 들려주는 가이아의 하모니 만화와 과학의 새로운 만남 당신이 몰랐던 초생명체 지구의 과거·현재·미래 어느 날 엄청난 크기의 소행성 하나가 궤도를 벗어난 후 중력에 끌려 지구에 충돌한다. 충격파는 지구 전체로 퍼져나가면서 지진과 화산 폭발을 촉발한다. 햇빛이 차단되면서 일시적으로는 지구의 온도가 곤두박질치지만 곧이어 분출된 기체의 온실 효과로 인해 긴 세월 동안 지구 온난화가 시작된다. 2억 5000만 년 전 지구에서 일어났던 일이다. 온실 기체 배출을 줄이기 위한 교토 협약의 만료 시점인 2012년을 앞두고 이 문제를 논의하는 제17차 유엔 기후 변화 협약(UNFCCC) 당사국 총회가 2011년 11월 28일, 남아프리카공화국 더반에서 열렸다. 기후 협약을 둘러싼 선진국과 개발도상국 들의 입장 차이가 첨예한 가운데 이상 기후로 인해 가속화된 식량 문제와 인구 문제 등은 국가 간 분쟁의 씨앗이 된 지 오래다. 대기 중 온실 기체의 농도가 높아지면서 기후 온난화 진행 속도가 급격히 빨라지는 이 시점에, 지구를 초생명체로 보는 제임스 러브록의 ‘가이아 이론’은 우리에게 생각할 거리를 안겨 준다. 지구가 살아남기 위해 자기 치유 능력을 발휘하는 동안 지구의 동식물들은 기후 패턴에 적응할 수 있을까? 앞서 언급한 페름기 대멸종 사건에서 주목해야 할 부분은 대멸종으로 사라진 생물들이 당시 지구에서 가장 번성했던 종류라는 점이다. 오늘날 지구의 가장 번성한 종으로서 주인 행세를 하며 눈앞의 이익을 위해 생태계의 균형을 망가뜨리는 인간이 되새길 부분이다. 이번에 (주)사이언스북스에서 펴낸 『지구를 부탁해: 화학자의 13가지 지구 이야기』는 바로 우리가 함께 살아가는 ‘살아 있는 지구’에 대한 관심을 촉구하는 책이다. 대학교 교양 강좌의 수업 자료에서 출발한 이 책은 인문계 및 예체능계 대학 초년생을 대상으로 하는 교재를 넘어서 중·고등학생은 물론 과학을 전공하지 않은 일반인 누구라도 친숙하게 읽을 수 있는 알찬 읽을거리로 가득하다. 이 책의 저자이자 삽화가인 숙명 여자 대학교 화학과 박동곤 교수는 2003년 영국 세계 인명 센터(International Biographical Center, IBC)에서 발표하는 ‘위대한 과학자 1000인’에 선정되었으며 주요 연구 분야인 고체 화학 관련 연구로 세계 각국의 특허 10여 개를 보유하고 있다. 저자는 대한화학회가 발간하는 《화학세계》에 10여 년간 매월 만평을 게재하기도 했다. 저자가 손수 그린 『지구를 부탁해』 100여 컷의 그림들은 흔히 딱딱하고 어렵다고 인식되는 화학이 얼마나 우리 생활에 가까이 있는지, 우리가 살고 있는 지구를 구성하는 공기와 물과 흙 속에 숨어 있는 화학의 비밀이 얼마나 놀라운지를 예리하고도 유쾌하게 보여 주고 있다. 화학자는 어떤 잣대를 세상에 들이댈까? 화학자는 ‘물질과 에너지’라는 색안경을 끼고 세상을 바라보는 사람이다. 화학자의 관점으로 지속 가능성의 문제를 짚어 가다 보면 결국 우리가 필요로 하는 물질과 에너지를 공급해 주는 지구의 지속 가능성 속에서 실마리를 찾게 된다. 인류의 지속 가능성을 실현하기 위한 문제 해결의 열쇠를 찾아 미로를 헤치고 들어간 비밀의 방에는 다름 아닌 바로 우리 지구가 놓여 있다. -본문에서 지구는 살아 있다 화학자가 안내하는 46억 년 지구의 역사 여행이란 어떤 것일까? 이 책은 화학자의 눈으로 보면 우리가 딛고 사는 지구가 얼마나 흥미진진하고 소중한 존재인지 알 수 있게 된다고 이야기하고 있다. 지구는 긴 시간 동안 진행된 진화 과정을 통해 다양한 모습으로 변화해 왔다. 지구라는 초생명체가 얼마나 절묘한... 물리적·화학적 하모니를 이룬 존재인지, 얼마나 아름다운 존재인지, 얼마나 부서지기 쉬운 존재인지 쉽사리 잊고 마는 인류는 지구를 새롭게 바라보아야 한다. 지구를 하나의 살아 있는 생명체로 인식하려면 제약된 시각에서 벗어나 멀리서 지구 전체를 한눈에 내려다볼 필요가 있다. 우리는 발밑에 얼마나 소중한 것을 두고 있는지를 모른 채 살아간다. 그것이 너무나 커서 한눈에 볼 수 없기 때문이다. 멀리 우주 밖으로 나가서 바라보면 그때서야 깨닫는다. 파란색 지구가 얼마나 아름다운 행성인지를.-본문에서 지구 온난화라는 시한 폭탄 석탄을 주요 땔감으로 사용하던 1952년 겨울, 강한 산성 스모그가 런던을 덮쳤다. 이후 1956년에 산성 스모그의 원인이 된 황산화물 기체의 배출을 줄이기 위해 공기 오염 방지법이 영국 의회에서 가결되었다. 이 법령은 이산화탄소 기체의 배출을 줄이기 위해 마련된 교토 협약의 모델이 된다. 런던을 덮쳤던 산성 스모그를 줄이기 위해 가장 먼저 채택했던 다소 원시적인 대책은 단순히 굴뚝을 높이는 것이었다. 하지만 높은 굴뚝에서 나온 황산화물 기체는 이번에는 구름을 오염시키면서 산성비의 원인이 되는데 문제는 오염된 구름이 바람을 타고 자리를 옮겨 이웃 나라에 산성비를 뿌린다는 사실이다. 대기 중 이산화탄소 농도의 급격한 증가로 기상 이변이 속출하는 데에는 더욱 빨라진 변화의 속도에 주목해야 한다. 지구가 지난 46억 년 동안 진화해 오는 과정에서 크게 다섯 번의 대멸종 사건이 있었는데, 모두 짧은 기간에 걸쳐 일어난 극심한 기후 변화로 수많은 종의 멸종이 시작되었다는 공통점이 있다. 변화의 속도가 너무 빨라서 대부분의 종이 응전에 실패해 사라졌던 것이다. 지구를 감싸 생명체를 보호하고 있는 대기권은 황사와 미세먼지, 다이옥신과 자동차 배기가스로 몸살을 겪고 있다. 재활용 분리 수거를 사실상 하지 않고 있는 농촌에서는 저녁마다 온갖 쓰레기를 쌓아놓고 태우는 것이 다반사다. 이렇게 무심코 태운 쓰레기 더미에서 발생한 일급 발암 물질 다이옥신이 주변 논밭의 토양과 그곳에서 경작되고 있는 먹을거리에 축적된다는 사실을 많은 사람들이 그리 대수롭지 않게 여기고 있다. 하지만 이렇게 토양과 먹을거리에 흡수된 다이옥신은 자연을 돌고 돌다가 마침내 우리 몸속에 쌓이게 된다. 물의 발자국을 따라가다 하지만 저자는 숨막히는 지구, 목마른 지구 이야기로 마냥 심각해지지는 않는다. 왜 물이 있는 행성으로서의 지구가 소중한지를 다시금 일깨우는 방법으로 실제 수업 시간, 위스키에 소금을 녹이는 실험이 튀어나온다. 생명을 유지하는 데 필요한 Na?나 K?와 같은 필수적인 이온들을 이온 상태로 체내에 흡수하려면 이들이 녹을 수 있는 액체, 물이 있어야 한다. 우리가 물이 아닌 알코올로 이루어진 별에 살았더라면 음식을 흡수하지 못해 모두 뼈만 앙상했을지도 모른다는 것이다. 다른 별에 생명체가 살 수 있는지를 판단하는 데 있어서 물의 존재가 가장 중요한 요인으로 간주되는 것도 바로 이 때문이다. 물이 없다면 지구도 금성이나 화성처럼 죽은 행성이 될 것이다. 지구는 엄청난 양의 물을 안고 있지만 대부분이 바닷물로 극지방의 얼음 등을 제외하고 바로 사용할 수 있는 깨끗한 물의 양은 전체의 1만분의 1도 되지 않는다. 물과는 아무 상관이 없어 보이는 우리의 모든 행동의 이면을 보면 엄청난 양의 물을 사용하고 있다. 물을 아끼기 위해 음료수도 시키지 않은 채 목이 메어 가며 햄버거를 먹었다 하더라도 사실은 생수통 100통의 물을 마셔 버린 것이나 마찬가지다. 햄버거에 들어가는 밀, 토마토, 양상추, 양파 등을 경작하는 데는 물론, 소에게 먹인 사료용 옥수수를 경작하는 데에도 물을 주었고 소에게도 마실 물을 직접 먹였기 때문이다. 이렇게 물을 사용한 것이나 다름없는 경우를 일컬어 “가상수(virtual water)를 썼다.” 혹은 “물 발자국(water footprint)을 남겼다.”라고 한다. 깨끗한 물은 소중한 자원이다. 우리 주변에 물은 많지만 정작 ‘깨끗한 물’은 그리 많지 않다. 그나마 그 조금밖에 안 되는 깨끗한 물조차 수질 오염으로 인해 그 양이 크게 줄어들고 있다는 사실은 우리가 소중한 자원을 얼마나 하찮게 여기고 있는지를 여실히 보여 주고 있다. 우주선 지구호의 에너지 문제 화석 연료에 중독된 인류는 자원 부족 상태가 지속되면 빚어질 결과를 예측하면서도 중독 상태에서 빠져나오지 못하고 있다. 지구 온난화의 현상의 정점에 이른 이 때, 에너지 문제를 현실적으로 해결할 노력이 필요하다. 인류의 지속 가능성을 가늠하는 3대 지표라 할 수 있는 식량, 에너지원, 물은 무한정 공급되는 것이 아니다. 제한된 자원, 빠르게 고갈되고 있는 에너지원과 쓰레기 문제는 우주에서 고립 위기에 처한 순간, 지구로 귀환하기에 동력이 부족했기 때문에 우주인들이 내뱉는 숨의 이산화탄소 양까지 계산해야 했던 아폴로 13호 사건을 되돌아보게 한다. 관심 하나만 가져도 이전과 전혀 다른 세상을 보게 되고 생각을 바꾸기 시작한다. 과거에는 안 보이던 것이 보이고 그냥 지나쳤던 것들을 다시 한 번 돌아보게 된다. 흔히 변화를 가져오기 위해 행동과 실천을 강조하지만 지속 가능성의 문제에 있어서 관심도 없는 사람들에게 행동과 실천을 강요한다면 괜한 자책감만 갖게 하고 실제로는 변화에서 오히려 멀어지는 경우가 많다. 결국 시간이 흐르면 바뀐 생각에 드디어 행동이 따라가게 마련이다. 우리가 사는 지구를 지켜가기 위한 행동들에 앞서야 하는 것은 어렵고 거창한 그 무엇이 아니라 바로 관심, ‘살아 있는 지구’에 대한 관심일 것이다.
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• 들어가며 005 1부. 당신이 몰랐던 지구 1. 지구는 살아 있다 초생명체 지구 016 우주에서 본 지구 018 지구를 진단하라 020 죽은 행성 금성 022 살아남은 행성 지구 025 캄브리아기 생명 대폭발 027 페름기 대멸종 030 백악기 대멸종 033 갈릴레오식 발상의 전환 036 2. 지구의 특별한 보호막, 대기권 투명한 옷을 입은 지구 041 온실 효과의 빛과 그림자 043 돌고 도는 기후 패턴 045 방어막 대기권 047 3. 지구에 생명을 주는 수권 물이 없으면 행성은 죽는다 051 물은 흘러야 한다 053 습지는 정화 장치 056 해류의 여행 058 대서양 컨베이어 벨트 060 4. 암석권이라는 얇은 세계 식물은 태양 에너지 중개업자 064 흙의 가치 066 암석의 순환 069 미생물 세계 072 2부. 지구의 보호막: 대기권 5. 기체가 뭐기에 인공 호흡의 비밀 078 아폴로 1호의 비극 080 온돌의 과학 083 대구 지하철 참사의 재구성 086 단열 팽창과 소나기 089 6. 대기 오염 제대로 알기 살인 스모그의 공포 093 바다를 건너는 산성비 095 일산화탄소 중독 098 오존과 ‘LA형 스모그’ 100 서울의 새벽 안개는 안전할까 103 중국발 대기 오염 106 젖은 낙엽에 다이옥신이 숨어 있다 108 법...정스님과 미세 먼지 110 폐에 꽂힌 바늘, 석면 113 오존층을 망가뜨린 꿈의 액체 116 7. 지구 온난화라는 시한 폭탄 땅 속의 이산화탄소 121 탄소는 순환한다 123 밀란코비치 사이클 126 바닷속 시한 폭탄, 메탄 128 8. 지구는 아프다 사라진 킬리만자로 만년설 113 수몰 위기에 처한 몰디브 136 기상 이변의 예고편, 엘니뇨 138 물이 부족하다! 141 생태계 교란과 개체 수 감소 143 스페인 독감의 역습 146 3부. 생명의 고향: 수권 9. 물의 발자국을 따라가다 불붙지 않는 액체 152 육각형 결정으로 내리는 눈 154 빈 공간으로 가득한 얼음 156 소금을 위스키에 녹이는 법 158 깨끗한 물은 자원이다 161 10. 수용액의 힘 가마솥으로 지은 밥이 맛있는 이유 165 겨울잠 자는 개구리가 얼어죽지 않는 비밀 167 한강에 얼음이 얼면 170 물고기 폐사의 근본 원인 171 잠수병 173 니오스 호수의 대참사 176 11. 지금은 더러운 물만 고이고 죽은 해역 182 산소 부족과 영양 과다 183 항생제 오염은 세균을 강하게 한다 186 카드뮴이 몰려온다 189 로마 인의 납 중독 191 현대인은 수은에 중독되어 있다 193 4부. 우리가 발디딘 곳: 암석권 12. 물질과 에너지 4원소론에서 주기율표까지 200 에너지와 열역학 제1법칙 202 엔트로피와 열역학 제2법칙 204 에너지원의 톱니바퀴 207 폭증하는 에너지 수요 209 산업 혁명과 지속 가능성 211 문명의 몰락 단계 214 금전 패러다임 대 물질 패러다임 216 13. 우주선 지구호의 에너지 문제 석탄 중독 220 현대는 그린 레이스의 시대 223 바이오 연료의 명암 225 합성 원유 노천 광산 228 새로운 전력망, 스마트 그리드 230 볼타 전지에서 연료 전지까지 233 아인슈타인의 유산 236 나가며 241 찾아보기 245
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• 박동곤 [저]

• 숙명여자대학교 화학과 교수. 고체 화학 분야의 연구로 냉장고 탈취제와 리튬 이온 전지 관련 핵심 기술을 다수 발명하여 미국, 일본, 유럽 주요국에 10여 건의 국제 특허가 등록되어 있다. 2001년 SBS 문화재단으로부터 해외 연구 지원 과학자로 선정된 이후 18가지의 복합금속 질화물 신물질을 합성하여 무기결정구조 데이터베이스(ICSD)에 등록되어 있다.
  대중에게 화학을 소개하는 활동에 관심을 가지면서 최근에는 『화학이 진짜 마술이라고?』라는 책을 집필했다. 어릴 때부터 노트의 빈 공간에 낙서 삼아 그리던 그림 실력이 발전하여 1995년부터 2006년까지 10여 년간 월간 <화학세계>에 화학 만평을 게재하기도 했으며 저서인 『지구를 부탁해』, 『에네르기 팡』에서는 본문과 표지 그림을 직접 그리기도 했다.

• 박동곤 [저]

• 숙명여자대학교 화학과 교수. 고체 화학 분야의 연구로 냉장고 탈취제와 리튬 이온 전지 관련 핵심 기술을 다수 발명하여 미국, 일본, 유럽 주요국에 10여 건의 국제 특허가 등록되어 있다. 2001년 SBS 문화재단으로부터 해외 연구 지원 과학자로 선정된 이후 18가지의 복합금속 질화물 신물질을 합성하여 무기결정구조 데이터베이스(ICSD)에 등록되어 있다.
  대중에게 화학을 소개하는 활동에 관심을 가지면서 최근에는 『화학이 진짜 마술이라고?』라는 책을 집필했다. 어릴 때부터 노트의 빈 공간에 낙서 삼아 그리던 그림 실력이 발전하여 1995년부터 2006년까지 10여 년간 월간 <화학세계>에 화학 만평을 게재하기도 했으며 저서인 『지구를 부탁해』, 『에네르기 팡』에서는 본문과 표지 그림을 직접 그리기도 했다.

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