불타는 얼음, 가스하이드레이트
얼음처럼 차갑지만 불을 붙이면 불꽃을 뿜으며 타오르는 신비한 물질, 가스하이드레이트.
‘불타는 얼음’이라고도 불리는 이 물질은 20세기 후반에야 지구상에서 처음으로 발견된 가장 신비로운 물질 중 하나입니다.
어떻게 차가운 얼음에서 불꽃이 타오를 수 있을까요? 가스하이드레이트는 새장처럼 생긴 얼음의 결정구조 안에 수소, 이산화탄소, 메탄 등의 기체들이 들어가 만들어진 물질이기에, 불을 붙이면 얼음이 녹으면서 그 안에 있는 기체가 타 불꽃을 일으킵니다.
이렇게 물 분자 속에 기체가 들어가서 만들어지는 얼음을 모두 가스하이드레이트라고 부르는데, 지구의 자연상태에서 발견되는 가스하이드레이트의 대부분은 메탄이 들어가서 만들어진 메탄 하이드레이트입니다.
지구온난화를 가속시키는 시한폭탄, 그리고 미래 청정에너지원이라는 두 얼굴
가스하이드레이트는 메탄이 풍부하고 온도와 압력조건이 맞으면 지구상 어느 곳에서든, 또 우주의 다른 공간에도 존재할 수 있습니다. 얼음의 일종이니 차가운 온도가 필요하지만, 압력이 높아지면 온도가 높아도 만들어집니다. 차가운 바다 밑, 추운 극지와 고산지대의 영구동토층이 이런 조건을 충족하는 곳이지요.
과학자들의 연구에 따르면, 현재 지구상에는 엄청나게 많은 가스하이드레이트가 매장되어 있다고 합니다. 그런데 가스하이드레이트에 들어 있는 메탄은 이산화탄소에 비해 약 25배나 강력한 온실가스입니다. 과학자들은 지금처럼 지구가 급격하게 따뜻해진다면 막대한 양의 가스하이드레이트에서 방출된 메탄이 대기로 올라가 지구온난화를 가속시키는 시한폭탄이 될 수도 있다고 경고합니다.
반면, 가스하이드레이트는 자신의 부피의 약 160배에 달하는 메탄을 품고 있는 놀라운 물질이기도 합니다. 우리가 현재 사용하고 있는 천연가스의 주성분이기도 한 메탄은 연소되면 이산화탄소와 물만을 생성하기 때문에 석탄이나 석유 같은 다른 화석에너지에 비해 매우 청정한 에너지원이지요. 전 세계 에너지 수요가 빠르게 늘어나고 있는 이때, 가스하이드레이트에서 메탄을 뽑아 쓸 수 있으면 에너지 문제를 해결할 가능성이 높습니다.
이 책은 가스하이드레이트는 어떤 물질이고, 어떻게 처음 발견되었는지, 왜 그토록 신비한 특성을 갖고 있는지, 그리고 어디에 존재하는지 차근차근 설명해줍니다.
가스하이드레이트를 찾으러 간 우리나라 탐사대의 발자취를 찾아서
극지연구소에서는 1990년대부터 남극을 시작으로, 2000년대 러시아 오호츠크해, 2010년대 북극해에서 가스하이드레이트 연구를 수행하고 있습니다.
1993년 우리나라 최초의 종합해양탐사선인 온누리호가 남극반도 남셰틀랜드 군도 해역에서 한 달 동안 대대적인 해저탐사를 실시하여 이 지역에 엄청난 양의 가스하이드레이트가 매장되어 있음을 밝혔고, 이후 2003년부터 2015년까지 계속된 한-러-일 오호츠크해 가스하이드레이트 국제공동연구에 참가해 가스하이드레이트에 관한 다양한 연구를 수행했습니다.
그리고 우리나라 최초의 쇄빙연구선 아라온호를 타고 본격적인 탐사를 시작해, 척치해와 동시베리아해에서 세계 최초로 가스하이드레이트를 채취하는 데 성공하였고, 서북극해에 가스하이드레이트가 광범위하게 분포되어 있다는 사실을 밝혔습니다. 북극해에 가스하이드레이트가 얼마나 매장되어 있으며, 급격한 북극 온난화로 인해 가스하이드레이트가 어떻게 변동할지에 대한 연구는 앞으로도 계속될 예정입니다.
극지과학 시리즈의 열두 번째 책
극지과학 시리즈는 남극과 북극의 육지와 바다, 대기는 물론 생태계와 관련된 모든 현상과 원리를 알기 쉽고 깊이 있게 전달합니다.
극지과학 시리즈는 다음과 같은 생각을 담고 있습니다.
첫째, 시각 자료를 충분히 활용합니다. 과학의 특징 중 하나는 ‘데이터가 말을 한다.’는 데 있습니다. 관측과 실험 결과를 알기 쉽게 시각화하여 독자가 직접 자료를 확인할 수 있도록 하였습니다. 또한 외국의 최신 자료를 신속하게 소개하면서, 동시에 국내 과학자들이 직접 관찰하고 실험한 결과를 적극 반영하여 설득력을 높였습니다. 책에 사용된 그림에는 충분한 설명을 기초부터 자세하게 곁들였습니다. 일반인은 물론 고등학생들도 과학 개념을 시각화하여 받아들이는 데 좋은 자료로 활용할 수 있을 것입니다.
두 번째는 사람을 통해서 알려줍니다. 과학은 객관적인 학...문이라 주관성이 배제된 학문이라 생각하기 쉽지만, 실제로는 그렇지 않은 경우가 많습니다. 누가, 언제, 어떤 계기로 연구를 하게 되었는가가 생각보다 큰 역할을 하곤 합니다. 이번 시리즈에서는 과학자들의 실제 연구 과정을 통해 과학의 발전 과정을 알아봅니다. 또한 과학자들이 관찰과 실험을 하고 이론을 만들어가는 과정 그 자체가 하나의 드라마이기도 합니다. 바로 과학자를 통해 과학으로 들어가는 이유입니다.
세 번째, 과학은 그 자체가 독립적이라기보다는, 역사적, 사회적, 정치적, 경제적 요인들이 함께 녹아 만들어진 하나의 과정입니다. 과학적 발전의 방향을 결정하고, 속도를 조정하고, 결과를 실용화하는 데에도 과학 이외의 수많은 요소들이 관여하고 있습니다. 이번 시리즈에서는 과학에 대한 이야기 못지 않게 과학과 관련된 다른 관점들을 함께 보여줄 것입니다.
이 시리즈를 기획한 극지연구소(Korea Polar Research Institute, KOPRI)는 우리나라 유일의 극지 연구 전문기관으로, 극지의 기후와 해양, 지질 환경을 연구하고, 극지의 생태계와 생물 자원을 조사하고 있습니다. 또한 남극의 '세종과학기지', ‘장보고과학기지' 북극의 '다산과학기지', 쇄빙연구선 '아라온'을 운영하고 있으며, 극지 관련 국제기구에서 우리나라를 대표하여 활동하고 있습니다.
들어가는 글
1장 불타는 얼음, 가스하이드레이트
1. 가스하이드레이트란 무엇인가요?
2. 가스하이드레이트는 어떻게 발견되었나요?
3. 가스하이드레이트는 어디에 있나요?
4. 가스하이드레이트는 어떻게 생겼나요?
5. 가스하이드레이트는 왜 중요한가요?
2장 지구온난화의 시한폭탄, 가스하이드레이트
1. 강력한 온실가스, 메탄
2. 메탄은 어떻게 만들어지나요?
3. 지질시대의 가스하이드레이트
4. 지구온난화의 시한폭탄, 북극 가스하이드레이트
3장 청정한 미래 에너지, 가스하이드레이트
1. 가스하이드레이트는 얼마나 많이 있나요?
2. 가스하이드레이트 자원 피라미드
3. 가스하이드레이트는 어떻게 찾나요?
4. 가스하이드레이트는 어떻게 생산하나요?
5. 다른 상업적 이용
6. 가스하이드레이트 개발을 위한 국제적인 활동
4장 얼음의 땅에 숨겨진 불타는 얼음을 찾아서
1. 남극의 가스하이드레이트를 찾아서
2. 오호츠크해의 가스하이드레이트를 찾아서
3. 북극의 가스하이드레이트를 찾아서
마치는 글 179
용어 설명 182
참고 문헌 186
진영근 [저]
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