책을 사놓은지 10개월만에 열었다. 관련 책들과 유튜브를 계속 듣고 있다가, 김상욱이 정리한 사룸life과 의식부분을 제대로 이해하지 못해서 이 책을 읽을때가 되었다는 생각이 들었다. 일단 가장 궁금하고도 어려운 사람의 머리속 생각이 어떻게 일어나는지를 봐야겠다. 정신과 의식이라는 한자어 말고 어떤 말을 쓸까 하다가 얼과 넋을 잘 섞어서 쓰면 되지 않을까? 정신은 얼로 쓰고, 의식은 넋으로 써봐야겠다.
제4장 사람의 얽과 넋의 진화
1. 초기 뭇사람mankind의 진화와 사회지능
사람의 선조는 아프리카에서 진화했다. 약 350만년전 출현한 오스트랄로피테쿠스 아파렌시스. 화석 루시에서 직립보행이 시작되었다고 본다. 한줄도 나아가기 어렵다. 중학생들도 아는 세마지식scientific knowledge을 모르기 때문이다.
*오스트랄로피테쿠스 = 오스트랄리 + 피테오코스 = 남쪽의 원숭이
* 아파렌시스 : 아파르afar 지대에서 발견된 사람 화석 (ensis는 ~에 속한다, 기원한다는 뜻을 지닌 접미사)
* 아파르 Afar : 이디오피아-지부티-에리트리아의 삼각지대로 아프리카판과 소말리아판, 아라비아판이 만나는 지대
* 신생대는 POMOSH : 팔레오세(6.6) - 에오세 - 올리고세(3.3) - 마이오세 - 플라이오세 - 플라이스토세(0.3) - 홀로세(1.2만년전)
*paleocene = paleo 오래된 + cene 새로운 / miocene = meion 더작은 + cene 새로운
자기 길들이기self-domestification는 자기제어능력self-control이 있다는 말이다. 이것을 길들이기라고 하니까 너무 거부감이 든다. 그런데, 사람이나 동물이나 같은 사룸이라고 한다면, 길들이기는 모두에게 쓸수 있는 말이다. 길들이기domestification.
문화가 사람이 가진 특성이라고 한다. 문화는 상징체계 = 허구 또는 만든 생각 = 만각이 만들어내는 삶의 모습을 말한다. 문화는 언어일수도 있고, 그림이나 장신구, 건축물일수도 있다. 생학philosophy이나 사이버세계도 문화다.
"진화인류학자인 리처드 랭엄 Richard Wrangham이 주장하는 '자기 길들이기 self-domestication (동물본능을 억제하고 사회에 맞추어가는 과정)' 학설이 주목을 받고 있다. 그 이론에 따르면, 사람은 난폭한 남성과 독재자를 끈기있게 사회에서 제거하면서 사회의 안정성을 높였다.
사람은 6만 년 전부터 활을 이용한 사냥으로 사냥감을 오랫동안 추적하는 장거리 보행이 발달해왔다. 채집한 덩이뿌리와 사냥물을 요리하면서 정해진 시간에 함께 음식을 먹는 '식사'라는 사회행동도 출현했다. 식사라는 사회행동과 스스로 자기 길들이기를 한 종이 되면서, 부족 내에 폭력이 줄어들어 사회의 결속이 강해졌다. 문화의 힘이 사람진화의 강한 추진력이 되었다. 동물은 자연에 구속된 자연속 진화를 하지만 언어와 상징을 사용하는 사람은 자연에서 벗어난 문화진화를 한다." (232쪽)
2. 말글language과 호모사피엔스의 사회화
한울은 시공간이고, 말글language은 사회관계에서 만들어진 것이다. 그러면 정말로 말글은 새로운 커미인가? 말글속에 커미처럼 사람이 살아가야하는 세계가 있는가? 커미는 사람이 사는곳이고, 말글은 사람이 만든것이다. 사람은 말글속에서 사는가?
사람은 말글이 만든 커미속에서 실제로 살아가고 있다. 사람이 말글을 만들었고, 말글이 없으면 사람은 관계를 맺을수 없어서, 살수가 없다. 말글은 새로운 커미이며, 제2의 자연이다.
1) 범주와 개념은 말글이 만들어지기 전에 이미 있었다.
2) 개념들이 늘어나면서 이나=이야기나누기=communication을 잘하기 위해 말글이 필요해졌고, 만들어졌다.
3) 말글이 만들어지면서 개념과 범주들이 더욱 늘어났다.
4) 늘어난 개념과 범주들을 바탕으로 말글이 더욱 발전하여 단어와 문장들이 만들어졌다.
5) 말글로 만각=만들어진 생각=허구 또는 상징체계를 세우고, 그 바탕위에서 학교와 종교같은 사회실재를 만들었다.
6) 말글과 만각으로 만들어가는 삶의 모습이 사람의 문화가 되었다.
"사람의 언어는 뇌가 만든 새로운 한울=커미=universe다.(중략) 뇌과학자 제럴드 에델먼이 주장하듯이 말글은 제2의 자연second nature이다. (중략) 초기사람은 약 150명 정도가 집단생활을 했고, 공동사냥과 사냥후 고기의 배분과정에서 감정교류를 하며 사회화가 정교해졌다. (중략) 말글을 통해 공유된 개념들이 만드는 사회실재가 바로 사람문화의 고갱이다." (233~5쪽)
*던바의 수 : 150명 - 대뇌 신피질의 발달로 편안하게 관계를 맺을수 있는 사람들의 수
3. 대뇌 신피질의 부피가 결정한다
대뇌의 바깥에 있는 주름진 회백색의 층을 대뇌 신피질이라고 한다. 대뇌 신피질의 전전두엽은, 자극이 들어오면, 기억과 감정과 동기를 통합하여 목적지향의 행동을 만든다.
감각연합피질의 발달은, 시각-청각-체감각의 감각을 연합하고, 기억을 저장하는 능력을 발달시킨다. 단기기억은 해마가 맡고, 장기기억은 대뇌피질이 맡는다.
운동연합피질의 발달은, 기억을 참고하여 운동결과를 예측하고 비교한다. 운동계획을 만드는 생각을 한다.
대뇌 신피질-전전두엽-감각연합피질-운동연합피질-기억-운동계획을 만드는 것이 생각이다.
"사람의 뇌는 진화하는 과정에서 대뇌신피질이 두배로 늘어나 감각연합피질에서 감각을 통합했다. 운동연합피질이 늘어남에 따라 운동계획이 정교해지면서 즉각운동보다 목적지향의 행동이 많아졌고, 이를 통해 지능이 크게 발달하였다." (241쪽)
4. 도약하는 사람의 삶의 능력
사람의 행동중에서 43%는, 반복된 훈련으로 만들어진 습관이다.
"확률이 낮은 행동을 계속하려면, 동기와 의욕을 촉진시키는 도파민이 필요하다." (243쪽)
1) 동물의 행동은 반사행동이다. 자극이 들어오면 반응한다.
2) 사람의 행동은 계획운동이다. 자극이 들어오면, 기억과 감정과 동기를 비교검토하여 반응한다.
3) 상황이 보내는 신호에 따라 행동을 반복하면, 원하는 행동이 습관으로 바뀐다.
4) 습관행동은 자동반응으로 뇌의 부담을 줄여준다.
5) 습관행동에 관여하지 않은 전전두엽은 새로운 학습을 할수 있다.
5. 이미지생각과 말글생각
커미universe와 대응하는 모든 개념들이 말글로 만들어지지는 못했다. 그래도 커미를 말글로 나타낼수 있게 되었다. 이 말글을 가지고 생각을 한다. 말글생각.
커미는 시각-청각-촉각으로 사람에게 들어온다. 이 감각들은 뇌속에서 이미지로 만들어지고, 감정-느낌-지각-기억-생각을 만든다. 이 이미지들을 종합해서 생각을 만든다. 이미지 생각.
사람의 뇌는"시각이미지, 청각이미지, 촉각이미지, 내부장기이미지들이 서로 결합하여 감정, 느낌, 상상, 지각, 기억, 생각을 만든다. (중략) 이미지에 대응하는 말글이 발달하면서 사람의 뇌는 이미지사고와 말글사고가 모두 가능해졌다. (중략) 논리, 추론, 계산에서는 주로 말글사고를 사용한다. 반면 기억, 상상, 느낌, 창의성은 이미지 사고다." (248~9쪽)
6. 뇌는 무엇이든 연결하려 한다
사람의 얼과넋을 만드는 신경세포 하나에는 1만개의 시냅스가 있다고 한다. 그림으로 본 시냅스는 그냥 하나처럼 보였다. 1만개의 시냅스라니. 뇌의 시냅스가 천조개라고 한다면, 얼과넋은 언제나 조용히 움직이고 있다. 기억도, 시냅스와 시냅스를 돌아다니며 끊임없이 유지된다. 비슷한 자극이 없어서 스냅스로 아무런 정보가 들어오지 않으면 비로소 잊혀진다. 시냅스에서 살아진다면 기억에서 사라지는 것이다.
"신경세포는 자극을 받아 다른 신경세포와 연결되면 산소와 포도당을 공급받는다. 그래서 신경세포는 연결되지않으면 생존할수 없다. (중략) 신경세포 1개당 대략 1만개의 시냅스가 존재한다. 시냅스는 감각자극반응으로 많이 생겨나기도 하고, 수면을 통해 줄어들기도 한다. 사람의 뇌에는 약 1천억개의 신경세포가 있다. (중략) 사람의 얼과 넋은 천조개나 되는 시냅스의 움직이는 상호작용이라 할수있다." (250쪽)
시냅스가 수없이 겹쳐 이미지를 만들고, 기억과 연상과 비교를 한다. 신경세포의 말글회로와 행동회로가 연결이 되면, 뜻있는 행동을 하게된다. 습관이나 반사운동과는 다른, 목적과 뜻이 있는 행동을 하게 된다. 얼과넋은 물질의 전자흐름이다. 얼과넋은 천조개의 시냅스 연결이고, 말글과 이어져 뜻을 가지는 행동을 만든다.
"연합감각피질에서는 형태, 색깔, 움직임을 결합해 하나의 대상을 만든다. (중략) 사물과 사건의 이미지가 단어와 문장으로 표현되면서, 말글에 의한 사람의 기억능력은 폭발하듯 늘어났다. (중략) 언어는 불변표상이다. (중략) 역할 즉 목적이 개념을 만든다. (중략) 말글개념회로가 행동출력회로와 연결되면 개념행동이 나온다." (252~3쪽)
7. 뇌의 구조와 사람의 진화
어렵게 읽어낼수는 있지만, 말이나 글로 전달할수 없다. 아는것이 없다는 뜻이다.
"대뇌피질은 신피질, 구피질, 원시피질로 구분된다. (중략) 신피질은 6개층으로 구분되는데, 각 층은 시각, 청각, 체감각의 감각정보를 처리해 사물과 사건에 관한 이미지를 만든다. (중략) 척수신경과 대뇌를 중추신경계라 한다. 척수신경에서 온몸으로 뻗어나가는 신경을 말초신경계라 한다. 척수신경은 몸통과 팔다리의 감각과 운동을 조절한다. 척수 위쪽의 연수, 교뇌, 중뇌를 합쳐서 뇌간이라 한다. (중략) 연수에는 심장박동과 호흡을 담당하는 신경핵이 있는데, 연수 위쪽의 교뇌핵은 대뇌피질에서 소뇌를 서로 연결하여 운동과 감각정보를 전달한다." (254~5쪽)
8. 뇌 그리고 의식의 탄생
뇌의 활성상태는 각성상태와 렘수면상태의 꿈으로 나뉜다.
각성상태의 지휘는 전전두엽이 맡고, 꿈은 편도체가 맡는다.
각성상태는 빈틈이 많고, 꿈은 움직임으로 가득한 세계다.
그런데, 각성상태의 의식이 빈틈이 많은 이유가 무엇일까? 깨어있다고 해서 나를 둘러싼 모든것에 주의를 기울일수 없다. 집중할것을 선택하게 된다. 이러한 선택집중은 오래가지 않는다. 새로운 무언가가 나타나면 그곳으로 관심이 흘러간다. 이런 과정이 반복되면서 기억도 문제가 생긴다. 기억하고 싶은것이나 원하는 것만 집중하고, 나머지 것들은 무시함으로써 의식의 빈틈이 생기게 된다.
1) 사람이 커미를 살아가면서 범주와 개념이 생겼고, 개념을 가지고 이나communication를 위해 말글이 생겼다.
2) 말글을 가지고 놀수있게 되자, 생각을 더 많이하게 되었다.
3) 그리하여 커미로부터 얻어진 말글이 커미를 포함한 새로운 세계를 만들어 더많은 생각을 하게 되었다.
4) 이제 세계에 대한 생각으로부터 만들어진 말글이, 새로운 생각을 끊임없이 만들어가게 되었다.
그러므로,
"사람의 생각은 말글의 파생물이다." (260쪽)
1) 해마에서 각성상태의 활동들이 기억을 만들고,
2) 서파수면 2단계에서 중요한 기억들이 해마에서 대뇌신피질로 이동하여 장기기억을 만든다.
3) 장기기억은 필요할때마다 전전두엽으로 옮겨져,
4) 감각연합에서 해마와 편도체를 거쳐 전전두엽으로 보내진 정보들과 비교된 다음,
5) 계획행동을 만들어낸다.
"해마는 경험기억을 만든다. (중략) 서파수면은 무의식상태다 (중략) 서파수면 2단계에서부터 출현하는 수면방추는 10Hz정도의 뇌파로 해마에서 대뇌신피질로, 만든 기억을 옮기는데 관여한다. (중략) 서파수면의 수면방추는 기억을 실어서 대뇌신피질로 옮겨 장기기억으로 옮겨놓는다. (중략) 기억은 반복해서 회상하는 과정에서 새롭게 만들어질수 있다." (260쪽)
9. 의식=얼에서 세계가 출현한다
[ 제미나이가 정리한 감정과 느낌 ]
「 안토니오 다마지오(Antonio Damasio)는 그의 이론에서 느낌(feeling)을 '신체 상태에 대한 주관 경험'이라고 정의합니다. 그는 감정(emotion)과 느낌을 구분하며, 감정은 신체 반응이고 느낌은 그 반응을 인지하는 정신 상태라고 설명합니다.
감정과 느낌의 차이
1. 감정 (Emotion) : 외부 자극에 대한 신체의 무의식의 자동 반응입니다. 예를 들어, 위협을 느끼면 심장 박동이 빨라지고, 호흡이 가빠지며, 아드레날린이 분비되는 신체의 변화들이 일어납니다. 이 신체 반응 자체를 '감정'이라고 부릅니다.
2. 느낌 (Feeling) : 감정 반응으로 인해 변화된 신체 상태를 뇌가 인지하고 경험하는 것입니다. 즉, 가빠진 심장 박동과 호흡을 우리가 '두려움'이나 '긴장감'으로 받아들이는 것을 '느낌'이라고 합니다.
다마지오는 느낌이 단순한 감각이 아니라, 신체와 뇌가 끊임없이 상호작용하면서 만들어내는 지각(perception)의 한 형태라고 강조합니다. 이 느낌이 우리가 이치에 맞는 의사결정을 내리고 사회상호작용을 하는 데 중요한 역할을 한다고 주장합니다.」
다마지오의 emotion과 feeling, 신체표지가설을 통해 지식이란 무엇인가를 정리해보자.
1) 나는 허리까지 오는 풀숲에서 뱀에 물린 일을 기억하고 있다. 그때 emotion은, 심장이 뛰고 혈압이 올라갔다.
2) 그후로 나는 풀숲을 보면, 저절로, 심장이 뛰고 혈압이 올라가는 emotion이 나타난다.
3) 몸안에서 이런 emotion이 나타난 것을 신호로 받은 뇌는, 두려움과 긴장을 느끼게 feeling 된다.
4) 그러면 뇌의 운동계획은, 풀숲을 돌아서 가거나 긴장대를 이용해 풀을 헤치고 안전을 확보하면서 나아간다.
5) 나의 기억과 신체표지는,
'풀숲이 있으면 돌아가거나 긴막대를 이용해 뱀을 물리치고 안전하게 가야한다'는 지식을 얻게 하였다.
[ 제미나이가 정리한 다마지오의 지식론 ]
안토니오 다마지오의 이론에서 '지식'은 감정, 신체 경험과 밀접하게 연결되어 있습니다. 그는 지식이 단순히 이성과 논리 정보의 집합이 아니라, 신체 반응(감정)과 그에 대한 주관의 느낌을 바탕으로 조직된다고 주장합니다.
지식의 형성 과정
1) 신체 표지 가설 (Somatic Marker Hypothesis) : 다마지오의 핵심이론입니다. 그는 의사결정을 내릴 때, 우리는 특정 상황이나 정보와 관련된 감정신호를 의식하지않고 사용한다고 주장합니다. 예를 들어, 과거에 부정적인 결과를 초래했던 상황을 마주하면, 뇌는 즉시 불안감이나 불쾌감 같은 신체 감각(소마틱 마커, Somatic Marker)을 활성화합니다. 이 신호는 우리의 의식 사고 과정에 앞서 "이것은 위험해"라는 경고를 줍니다. 이를 통해 우리는 복잡한 논리적 분석 없이도 더 빠르고 효율적인 결정을 내릴 수 있습니다.
2) 지식의 재구성 : 다마지오에게 지식은 단순히 사실을 외우는 것이 아닙니다. 오히려 경험을 통해 얻은 감정 반응(소마틱 마커)들이 새로운 정보를 조직하고 평가하는데 사용되는 도구입니다. 감정신호는 지식의 '라벨' 역할을 하여, 어떤 정보가 중요하고 가치 있는지 판단하는데 도움을 줍니다.
결론으로, 다마지오의 관점에서 지식은 이성 정보와 함께 우리의 신체와 감정 경험이 통합되어 만들어지는 복합 개념입니다.
[ 제미나이가 정리한 변연계 ]
「 변연계(Limbic System)는 뇌의 심부에 위치한 여러 구조물의 집합으로, 감정, 기억, 동기 부여와 같은 기능들을 담당하는 중요한 부위입니다.
주요 구조물과 기능
1) 편도체 (Amygdala) : 공포, 불안, 분노 등 감정 반응을 조절하는 핵심역할을 합니다. 삶을 위협하는 상황을 감지하고 신체반응을 일으키는 데 관여합니다.
2) 해마 (Hippocampus) : 장기 기억을 형성하고 저장하는 데 필수역할을 합니다. 새로운 정보를 학습하고 기억으로 전환하는 기능을 담당합니다.
3) 시상하부 (Hypothalamus) : 감정 반응에 따른 자율신경계 반응(심장박동 증가, 혈압 변화 등)을 조절합니다. 체온, 배고픔, 갈증 등 신체의 항상성을 유지하는 데도 관여합니다.
4) 띠이랑 (Cingulate Gyrus) : 감정 처리, 학습, 기억, 동기 부여 등 다양한 기능에 관여합니다. 특히, 고통과 보상에 대한 감정반응을 조절하는데 중요한 역할을 합니다.
이러한 구조물들은 서로 복잡하게 연결되어 외부 자극에 대한 감정반응을 일으키고, 그 감정경험을 기억으로 저장하는 데 기여합니다.」
규산염광물은 산소가 규소를 조강지부로 하여, 새로운 남편들을 맞아들인 상태다.
1) 마패2SiO4 (Mg, Fe)2SiO4 : 올모석 olivine : 정사면체
2) 마패SiO3 (Mg, Fe)SiO3 : 무사모석 pyroxene : 무한정사면체 사슬
3) KAlSi3O8 : 가빗모석 orthoclase feldspar : 빗물에 잘 녹는다
4) NaAlSi3O8 또는 NaAlSiO4: 나빗모석 albite : 빗물에 잘 녹는다
5) CaAl2Si2O8 : 카빗모석 anorthite : 빗물에 잘 녹는다
6) Ca2Fe5(Si4O11)2(OH)2 또는 Ca2Mg5(Si4O11)2(OH)2 : 이사모석 amphibole : 정사면체 이중사슬 : 모래가 적철석과 칼슘, 물을 만나 마패로 연결된 단단한 곱돌이 된다.
* 올무는 SiO₄ -2를 기반으로 광물이 만들어진다.
* 빗이흑백은 SiO₂ 를 기반으로 광물이 만들어진다.
* 화강암은 가흰모래 : 가빗모석(KAlSi3O8) + 흰물모석KAl₂(AlSi₃O₁₀)(OH)₂+ 모래(SiO2)로 되어있다.
* 현무암은 올무카나 : 올모석(FeSiO4) + 무사모석(MgSiO3) + 카빗모석(CaAl2Si2O8) 또는 나빗모석(NaAlSi3O8 또는 NaAlSiO4)다.
제3장 생명의 진화
1. 대사 호흡 광합성의 탄생
metabolism은 바꿔놓기라는 뜻이다. 물질과 에너지를 바꿔놓기하는 과정으로, 사룸활동에서 일어난다. 이것을 대사라는 한자어로 쓰니까 뜻이 다가오지 않는다. 동화작용anabolism과 이화작용catabolism을 대사작용이라고 한다. 동화작용은 모아놓기이므로 모노작용이라고 하면 되고, 이화작용은 나눠놓기이므로 나노작용이라고 하면 된다. 이둘을 합치면 metabolism이 되니까, 모나노작용이라고 하면 된다. 모노작용은 에너지를 내어놓고, 나노작용은 에너지를 쓴다.
* anabolism = 모노작용 = 모아놓기 작용 = 동화작용
* catabolism = 나노작용 = 나눠놓기 작용 = 이화작용
* metabolism = 모나노작용 = 대사작용.
동물은, 세포질 속에서 하나의 포도당=6탄당을 2개의 피루브산으로 분해하면서 2개의 ATP를 만든다. 2개의 피루브산은 미토콘드리아의 크랩스회로=TCA 사이클을 돌면서 양성자를 농축시켜 필요할때에 약 30개의 ATP를 만들어낸다, 이때 에너지를 쓰고 난 전자를 적혈구가 운반한 산소가 획득하여 환원된후, 양성자와 결합하여 물이 된다. 이 물은 몸속에서 다시 쓰여진다.
"동물의 호흡은 세포에서 산소분자가 물분자로 환원되는 산화-환원반응이다. (중략) 적혈구 1개에는 약 2.5억개의 헤모글로빈 단백질 분자가 있으며, 1개의 헤모글로빈 단백질 분자에는 4개의 철원자가 존재한다. 철은 산소와 결합하여 붉은색의 산화철이 된다. 적혈구 1개가 운반하는 산소분자는 10억개나 된다." (148쪽)
식물이 광합성을 통해 포도당을 만드는 과정은,
1) 밝은반응 : 엽록체의 엽록소에서 빛(광자)를 흡수해 물을 분해하여 양성자와 전자를 얻고 산소를 배출한다.
2) 양성자와 전자가 에너지를 전달해 ATP와 NADPH를 만든다.
3) 어둠반응 : 엽록체의 스트로마에서 캘빈회로가 돌아간다. ATP와 NADPH를 이용해 RuBP(5탄당)와 대기중의 이산화탄소가 결합하여 G3P(3탄당)를 만든다. 이때 루비스코효소의 도움을 받는다. G3P 일부가 남아서 사용한 RuBP를 대체한다.
4) G3P를 합성하여 포도당(6탄당)을 만든다.
"식물의 엽록소는 엽록체 내에서 빛을 흡수하는 분자다. 엽록소 분자 부근의 물 분자는 빛 에너지를 이용한 망간 이온의 작용으로 2개의 물 분자에서 전자와 양성자를 방출하는 2H2O → O2 + 4e + 4H+ 산화 과정에 의해 산소 분자로 산화된다. 이 과정은 미토콘드리아 호흡에서 산소 분자가 물분자로 환원되는 O2 + 4e + 4H+ → 2H2O 과정과 정반대되는 작용이다. 호흡은 산소가 물로 환원되는 작용이며, 광합성은 물이 산소로 산화되는 과정이다. 산화는 분자에서 전자와 양성자가 방출되는 과정이고, 환원은 전자와 양성자가 분자에 결합하는 과정이다." (151쪽)
2. 미토콘드리아와 진핵세포
정자는 움직이고, 난자는 움직이지 않는다. 움직이는 단세포가 떠오르지 않는다면, 정자를 떠올리면 된다. 움직인다는 것은, 멈춰있는 것보다 훌륭하다는 것이 아니다. 난자는 움직이지 않지만, 정자를 받아안고 분열을 통해 더 크게 움직이는 사룸을 만들어낼수 있다. 움직이는 것이 있고, 멈춰있는 것이 있을뿐이다.
한편으로 커미는 움직인다. 끊임없이 멈춰있지 않도록하는 무엇이 있다. 빅뱅의 처음에서 움직였기 때문이다. 양성자와 빛과 전자가.
"박테리아는 단세포 사룸이다. 정자와 난자는 단세포지만 단세포사룸은 아니다. 단세포상태로 일생을 살아가는 사룸을 단세포 사룸이라 하며, 정자와 난자는 수정과 발생과정을 통해 다세포사룸으로 바뀐다." (153쪽)
사람의 세포수 60조개 x 세포당 미토콘드리아수 100개(적혈구에는 미토콘드리아가 없다) x 미토콘드리아마다 3만개의 ATP 합성효소 x 초당 3분자의 ATP 합성 = 50kg/일 : 사람은 하루에 50kg의 ATP를 만들어 움직이고 있다.
뉴클레오타이드는 DNA와 RNA를 만드는데, ATP에서 만들어진다.
인산염기 3개 + 리보스(5탄당) = ATP
인산염기 2개 + 리보스(5탄당) = ADP
인산염기 1개 + 리보스(5탄당) = AMP = 아데닌 / 뉴클레오타이드
인산염기 1개 + 리보스(5탄당) + 구아닌염기 = 구아닌 / 뉴클레오타이드
인산염기 1개 + 리보스(5탄당) + 시토신염기 = 시토신 / 뉴클레오타이드
인산염기 1개 + 리보스(5탄당) + 티민염기 = 티민 / 뉴클레오타이드
인산염기 1개 + 리보스(5탄당) + 우라실염기 = 우라실 / 뉴클레오타이드
이해하고, 그다음에 외워야 한다. 외울것이 이렇게 많으니 사룸이 어렵고 신비롭게 느껴진다. 사룸은 ATP를 만드는 공장을 몸속에 가지고 있으며, ATP는 유전물질을 만드는 뉴클레오타이드를 만든다. 기본은 리보스(5탄당)과 인산염기다. 염기들도 시토신만 탄소가 4개이고, 모두 탄소 5개를 가지고 있다. 디옥시아데노신인산(아데닌)의 분자식은 C10H14N5O6P이고, 원자 1, 2개의 변화에 따라 뉴클레오타이드가 변하며, 3쌍의 뉴클레오타이드가 아미노산 한개를 지정한다. 양의 변화로 비슷하지만 완전히 다른 무엇이 되어, 서로 다른 우리를 만들어낸다.
"아데노신은 리보스(5탄당)에 염기가 결합된 것을 말한다. (중략) 아데노신에 인산염기 3개가 결합하면 ATP가 된다 (중략) 리보스당(5탄당)에 결합하는 염기에는 아데닌, 구아닌, 시토신, 우라실 (중략) 리보스당(5탄당)에서 산소원자 1개가 탈락하면 산소가 없는 디옥시리보스당(5탄당)이 되는데, 여기에 결합하는 염기는 아데닌, 구아닌, 시토신, 티민 (중략) 아데닌은 ATP에서 인산기 2개가 분리되어 인산기 한개를 갖고있는 AMP를 말한다." (155쪽)
https://www.youtube.com/watch?v=FO5EXNZHLns
세포와 호흡과 미토콘드리아와 ATP를 읽어가는 길에, 세포 - 세균 - 세포내소기관에서 막혔다. 고등학교때 사룸을 공부하지않은 결과다. 그래서 닉 레인이 쓴 미토콘드리아를 읽고 이 장을 다시 읽기로 했다. 박문호가 잘 정리했을것으로 보이지만, 나에게는 버겁다. 일단 3장은 나중에 읽기로 하고, 역시 궁금했던 2장을 먼저 읽는다.
제2장 세땅earth의 탄생과 판구조 운동
1. 세땅은 미행성이 충돌하여 만들어졌다
136억년전에 만들어진 10만광년 크기의 미리내milkyway galaxy의 한가운데에는, 햇님 무게의 400만배인 궁수자리A sagittarius A라고 불리는 블랙홀이 있다. 지금으로부터 46억년전, 10K의 온도에 거대분자구름의 중력수축이 일어나서 햇님이 만들어졌다.
* 세땅 = 햇님계의 세번재 땅 = earth
* 궁수자리 sagittarius = sagitta 화살 + rius = 활을 쏘는 사람 / marius = mars + rius = 싸움 잘하는 사람
한국천문연구원은 다음과 같이 세땅의 속을 그렸다. 세땅 부피의 84%를 차지하는 맨틀은 올모암(올모석+무사모석)으로 되어있다.
0 ~ 30-35km 지각 ( 세땅 반지름의 0.5%)
6-35 ~ 670 km 상부 맨틀( 세땅 반지름의 10%)
670 ~ 2,891 km 하부 맨틀 ( 세땅 반지름의 35%)
2,891 ~ 5,151 km 외핵 ( 세땅 반지름의 35%)
5,151 ~ 6,371 km 내핵 ( 세땅 반지름의 19.5%)
* 올모석 = 초록의 올리브를 닮은 모래돌 = olivine = 감람석 : 정사면체
* 무사모석 = 끝없는 사슬구조의 모래돌 = pyroxene = 휘석 : 무한정사면체사슬
* solar wind = 햇님바람 = 태양풍
세땅의 내핵은 5천도에 350만기압이다. 온도는 높지만 압력이 너무 높아 분자들이 운동하기에는 힘이 부족해서 고체덩어리다. 외핵은 온도는 더 낮지만 압력이 낮아져서 철과 니켈이 녹아 액체상태로 흐르고 있다. 세땅이 자전하면서 외핵의 액체상태인 철과 니켈이 회전하면서 자기장이 발생하는데, 이 자기장이 햇님바람solar wind을 막아주는 역할을 하고 있다. 27억년전부터 일어난 일이다.
햇님바람은 높은 에너지를 가진 양성자와 전자다. 이들이 세땅의 자기장에 의해 방향이 바꿔지거나 극지방으로 끌려간다. 햇님으로부터 온 양성자와 전자는, 극지방의 산소와 질소와 충돌하여 높은 에너지를 가진 들뜬상태로 만든다. 산소는 받은 에너지를 붉은빛으로 내어놓으며, 다시 바닥상태로 돌아간다. 질소는 받은 에너지를 푸른빛이나 보라빛으로 내어놓으며, 다시 바닥상태로 돌아간다. 극지방의 오로라다.
햇님으로부터 날아오는 자외선도 있다. 100nm~400nm의 파장을 가진 자외선은 산소를 분해하여 오존을 만들어 지구의 성층권을 만든다. 지표에서 10km까지의 하늘은 대류권이라 하고, 10~50km의 하늘을 성층권이라고 하며, 오존층이 이곳에 만들어져 강력한 자외선을 막아주는 역할을 하고 있다.
세땅이 햇님과 너무 가까이 있으면 에너지를 너무 많이 받아서 물이 수증기가 되어 날아갈 것이다. 너무 멀리 떨어져있으면, 에너지가 너무 적어 물은 얼어붙었을 것이다. 액체상태의 물이 있는 세땅은, 햇님으로부터 1억 5천만 km 떨어진 덕분이다. 이것은 우연이다.
2. 화강암 대륙의 출현
45억년전 세땅은 현무암질 해양지각 위에 바다가 있었고, 섬처럼 대륙지각이 있었다. 30억년전의 대륙은 지금의 10% 정도였을 것으로 미생estimate한다. 그러면 30억년 동안에 이 많은 대륙은 어떻게 만들어졌을까.
1) 현무암질 마그마가 온도에 따라 굳어지면서 화강암이 만들어졌다. 녹는점이 1,200도로 가장 높은 현무암이 제일 먼저 고체가 되었고, 이어서 안산암 - 화강암 순으로 굳어졌다. 녹는점이 낮은 이유는, 잘녹는 모래=이산화규소SiO2의 비율이, 현무암 50% : 안산암 60% : 화강암 70%였기 때문이다. 전체 대륙의 5%다.
2) 해양지각이 대륙지각 밑으로 기어들어가는 기들현상subduction에 의해 화강암이 만들어졌다. 물을 포함한 해양지각이 지하 100km까지 내려가게 되면, 맨틀층의 암석들의 결합을 물이 약하게 만들어 녹는점이 낮아지면서, 맨틀층이 녹아 현무암질마그마가 만들어진다. 이 현무암질마그마가 위로 떠올라 대륙지각 밑에 붙으면, 대륙지각이 녹으면서 모래SiO2가 현무암질마그마에 녹는다. 모래의 비율이 50%에서 70%로 높아지면, 현무암질마그마는 화강암질마그마가 되고, 이 마그마가 굳으면서 안산암과 화강암으로 된다. 대륙지각이 늘어난다. 대부분의 대륙지각은 이렇게 만들어졌다.
세땅의 해양지각중 가장 오래된 것은 2억년 내외로, 세땅의 나이에 비해 짧다. 무거운 해양지각은, 기들현상에 의해 끊임없이 맨틀속으로 밀려들어가기 때문이다. 대륙지각은 가장 오래된 지각이 40억년이 넘는다. 무게가 가벼워 맨틀이나 해양지각에 의해 밀어올려지기 때문이다.
3. 슈퍼플룸과 표층환경의 변화
박문호의 빅히스토리는 너무 줄였다. 무슨 소리인지 알기가 어렵다. 이 문장의 수수께끼를 푸느라 한참 걸렸다. 제미나이에게 읽어보라고 했더니 잘 정리했다고 한다. 제미나이는 내가 만든 새로운 단어들에 금방 적응했으나, 잘못썼다고 지적하기도 한다.
"두께 30km 정도로 기들한=기어들어간 해양판은 높은 맨틀온도때문에 기들과 함께 일부가 녹아 대륙판 아래에 첨가되었다. 해양판의 기들과정이 반복되면서 마그네슘 함량이 높은 마그마가 굳어져 대륙지각이 형성되었고, 250km 두께의 단단한 대륙 중심부 영역이 존재하게 되었다. 이렇게 만들어진 대륙의 단단한 심에 해당하는 지질구조를 강괴craton이라 한다." (94쪽)
마그네슘 함량이 높은 마그마가 무엇일까? 해양지각을 만드는 현무암중에서 마그네슘이 많은 것은 올모석olivine과 이사모석pyroxene이다. 이것을 몰라서 답답했다. 뜨거운 현무암질마그마가 대륙지각을 녹여 규산염과 마그네슘을 다시 결합하여 화강암으로 바뀌어 대륙지각과 쉽게 결합할수 있었을 것이다. 규산염은 석영으로, 마그네슘은 물모석=운모로 흡수되어 대륙지각에 결합한 것으로 미생=estimate=미리 생각=미루어 생각한다.
아래와 같은 정리는 참 좋다. 뭔가를 알아낸 느낌이다. 이런 글들은 다 외워야한다.
"현재 지구에는 20억 년 전 이전에 생성된 강괴craton가 30개 정도 존재한다. 20억 년 전 이후 지구 맨틀이 서서히 식었기 때문에 해양지각은 대륙지각으로 기들=기어들어가는 과정에서 녹지 않았다. 오히려 맨틀 아래로 더 깊이 내려가 666킬로미터 지점에 쌓였다. 해양 지각이 기들하여 1억~4억 년 주기로 쌓이는 지하 666킬로미터 지점을 기준으로 윗맨틀과 아래맨틀로 구분된다. 윗맨틀과 아래맨틀의 경계 지역에 수억년 동안 축적된 해양판 잔류물의 무게가 임계치에 도달하면 일시에 외핵으로 떨어진다.
이렇게 떨어지는 대규모 해양판 잔류물들은 온도가 낮아 이를 콜드풀룸cold plume이라 한다. 콜드플룸이 외핵의 표층으로 떨어지면, 액체상태의 외핵이 흘러넘쳐 다른쪽으로 거대한 마그마의 상승흐름을 일으키는데, 이것을 핫슈퍼플룸hot super plume이라 한다. (중략) 약 300만년전부터 홍해가 만들어졌다.
(중략) 외핵에서 출발한 거대한 슈퍼플룸은 20억 년 전부터 시작되었으며, 원생대에서 신생대까지 대륙의 이동에 커다란 역할을 했다. 현재 세땅세마이론은 대륙과 해양의 이동에 관한 판구조 이론과 외핵에서 상승하는 슈퍼플룸 이론이 결합하여 지각판들의 움직임을 세땅earth의 관점에서 설명한다. 원생대 이후부터 신생대까지 약 5억 년 주기의 초대륙 생성과 분열도 슈퍼플룸의 주기상승작용에서 생겨난다고 추정된다. 온통자바해양대지 Ontong Java plateau는 1억 2000만 년 전 중생대 백악기에 태평양에서 발생한 거대한 슈퍼플룸의 분출로 해양 바닥에서 현무암 홍수가 일어나 만들어진 융기 지형이다.
해양 바닥에서 범람하는 현무암의 분출이 원인이 되어 이산화탄소가 대규모로 대기로 방출됨으로써 해양 무산소 상태, ocean anoxinic event (OAE)가 되었다. 중생대에는 해양과 대륙에 여러 차례 슈퍼플룸에 의한 현무암 홍수사건이 일어나 대기 중의 이산화탄소 농도가 신생대의 약 다섯 배나 되었다. 중생대의 높은 이산화탄소 농도는 온실효과를 가속시켜 중생대 2억년간 남극 대륙에는 빙하가 없었고, 해수면이 현재보다 거의 200미터나 상승하여 지금의 아프리카 대륙만 한 면적의 땅이 바다에 잠겼다." (94~5쪽)
4. 양성자와 산성화된 세땅earth 토양
세땅의 역사는 광물역사와 사룸역사로 나뉜다. 광물역사는 bioweathering이고, 사룸역사는 biomineralization이다.
"삼엽충의 눈은 광물인 방해석CaCO₃ (중략) 고생대 데본기이후로 육상식물이 번성하고, 양치식물숲이 만들어지면서 식물뿌리에 의해 지표면의 암석들이 분해되기 시작했다." (97쪽)
물과 이산화탄소는 결합이 잘 일어나고, 쉽게 분해되기도 한다. 흙속에 물과 이산화탄소가 많으므로 흙은 언제나 양성자를 받게되어 산성화가 일어날수밖에 없다.
H₂O + CO₂ → H₂CO₃ → HCO₃- + H+
5. 판게아 초대륙의 형성
사룸을 바탕으로 한 세땅의 시대구분
시생대(40억년전~25억년전 : 원핵사룸과 사룸균) - 원생대(25억년전~5.5억년전 : 진핵사룸) - 현생대(5.5억년전~현재 : 다세포사룸)
고생대의 주요 6개 대륙은 판게아를 만드는 대륙이다. 고생대는 기들현상으로 대륙이 통합되는 시기다. 판게아는 중생대 트라이아스기에 완성되고, 백악기부터 다시 분열된다. 판게아가 만들어져 해안선이 줄어들고, 판게아의 중심부는 건조한 사막이 만들어진다.
- 곤드와나 : 아프리카 - 남아메리카 - 남극 - 인도 - 호주
; 아발로니아(영국+미동부 일부)가 따로 떨어진다
; 곤드와나와 로렌시아가 합쳐지며 석탄기가 만들어진다 ; 바리스칸 orogeny
- 차이나
- 시베리아 ; 로라시아와 합쳐져 유라시아대륙이 되고, 우랄산맥이 만들어진다.
- 카자흐스탄
- 발티카 : 러시아 - 북유럽 ;
- 로렌시아 : 북아메리카 - 그린란드 ; 발티카 - 아발로니아와 합쳐져 로라시아가 된다.
; 칼레도니아 - 애팔레치아 orogeny
- 로렌시아(북미)와 발티카(러시아) 사이에 이아페투스라는 바다가 있었다. 이 바다는 기들현상subduction에 의해 점점 줄어들고, 두 대륙이 충돌하고 곤드와나에서 떨어져나온 아발로니아 대륙까지 부딪히면서 사라졌다.
- 유라시아와 곤드와나가 충돌해 2.5억년전 판게아가 만들어진다. 판게아는 약 1.5억년 정도 유지된다. 중생대는 분열의 시기로 쥐라기때부터 판게아가 분열되면서 북대서양이 만들어지기 시작했다. 지금 대서양은 대서양 중앙해령의 분출로 점점 넓어지고 있다.
"판게아 초대륙 양쪽에 판탈라사와 테티스Tethis 바다가 위치했다. 거대한 판탈라사 Panthalassa 바다는 태평양으로 바뀌었다. 테티스 바다는 신생대 중기에 지중해로 바뀌었다.
조산운동orogeny은 해양판이 대륙판 아래로 기들하여 상부 맨틀로 들어가는 것을 말한다. 해양판의 일부가 지하 110킬로미터 지점에서 녹아 현무암질 마그마가 생성되고, 이 마그마가 해안선을 따라 자리잡아 화산대가 생성되었다. 그래서 조산운동은 지질시대를 통해 대륙을 결합하고 대륙 사이의 바다가 사라지게 하는 과정을 촉발했다. 해양판이 대륙판 아래로 기들하여 사라지는 판구조운동으로 바다가 사라지고 초대륙이 생성되는 순환 과정을 윌슨 사이클Wilson cycle이라 한다.
(중략) 초대륙의 생성과 분열은 대략 5억년 주기로 반복되었다." (101~2쪽)
6. 지질시대의 구분과 초대륙
이 그림을 보고 많은 것을 배울수 있다. 박문호의 공부법이 많은 자극을 준다. 이 그림을 바탕으로 더 간단한 그림을 그려야겠다.
1) 적도의 해류가 동에서 서로 흐른다. 해류가 흐르다 대륙에 막히면 북반구에서는 북쪽으로 남반구에서는 남쪽으로 흐른다.
2) 남극해류는 남극대륙을 순환한다. 무역풍의 영향을 받지 않고, 서에서 동으로 흐른다.
3) 세계대륙의 면적을 백분율로 나타내면, 호주(6%) - 우랄산맥서쪽의 유럽(7%) - 남미(13%) - 북미그린란드(18%) - 아프리카(22%) - 우랄산맥동쪽 시베리아 아시아(33)%
4) 적도해류가 동에서 서로 흐르는 것이 도저히 이해가 되지 않았다. 지구가 서에서 동으로 돌면, 마찰력 때문에, 바다물도 따라서 서에서 동으로 돌아야 하는데, 반대로 돈다. 제미나이의 답은, 바다위에서 강하게 불어대는 무역풍의 힘때문이란다.
세땅 바다의 해류를 만드는 두축은 남극해류와 그린란드해류이고, 멕시코난류가 좁은 대서양에서 따뜻한 바람을 불어넣고 있다.
1) 차갑고 무거운 남극해류가 가라앉았다가 세개의 바다길로 적도로 올라간다 .
① 서호주 : 호주 사막
② 남미 서해안(훔볼트 해류) : 칠레의 아타카마 사막
③ 아프리카 서부(벵겔라 해류) : 나미비아의 나미브 사막 ④
2) 적도로 올라간 남극해류가 적도의 열기로 덥혀지고, 물이 증발해 염도가 높아지며 영국으로 올라간다.
3) 그린란드로 올라간 해류는 차갑고 무거운 그린란드 해류가 되어 적도로 내려온다. 여기가 걸리는데, 멕시코난류가 그린란드까지 올라갔다가 내려올때는 바다속으로 흘러내려오게 된다. 그린란드에서 바닷물이 어는데, 이때 소금기는 같이 얼지않고, 바다물의 염도를 높여 대서양 심층해류가 되어 적도로 내려온다.
=> 무겁고 염도가 높은 남극해류와 그린란드 해류가 세땅바닷물의 흐름을 만드는 두축이 된다. 이 두축은 "400만년전 플라이오세에 파나마지협이 완전히 연결되면서 멕시코난류는 태평양으로 흘러가지 않고 계속 북상하여 영국해변을 통과하게 되"(110쪽)면서 완성되었다.
다시한번 신생대의 지질시대구분을 보면, POMOSH : 팔레오세(6.6) - 에오세 - 올리고세(3.3) - 마이오세 - 플라이오세 - 플라이스토세(0.3) - 홀로세(1.2만년전)로 이어진다.
* paleocene = paleo 오래된 + cene 새로운 / miocene = meion 더작은 + cene 새로운
세르비아의 밀란코비치는 컴퓨터도 없이 일일이 계산을 해서, 세땅의 세차운동-이심율(공전궤도)-자전축기울기를 계산해서, 북반구의 대륙에 쏟아지는 단위면적(1㎡)당 열의 양을 계산했다. 30년동안 만년필로 계산한 것을 바탕으로 어름기=ice age의 주기를 10만년으로 발표했다. 그후로 100만년 이전에는 빙하기가 4만년이었다고 한다.
"10만년 주기로 어름기와 간빙기가 반복되는 세땅 기후사이클을 '밀란코비치 주기'라 하는데 이것이 현재 기후를 이해하는 핵심이다." (112쪽)
* 어름기 <- 얼음기 = ice age 빙하기 / 어름기의 어름이 녹는 시기 -> 녹름기 -> 노름기 = interglacial epoch
* 오래된 얼음덩어리 -> 오얼덩 -> 오러덩 = glacier
7. 신생대의 지질학 대사건
1) 대서양중앙해령 확장 : 북대서양(쥐라기 1.7억년전) -> 남대서양(백악기 1.2억년전) : 매년 2cm씩 넓어진다.
2) 인도-아시아판 충돌 : 인도와 마다가스카르 분리(1억년전) -> 히말라야산맥(3천만년전) -> 일본분리(2.5천만년전)
3) 타스만해협 - 지중해 -홍해 : 타스만해협(3.3천만년전) -> 지중해(6백만년전) -> 홍해(3백만년전)
4) 파나마지협 폐쇄 : 멕시코 만류(4백만년전) 그린란드까지 북상
재미있는 것은, 1억년 후에 태평양은 사라지고, 5천만년후에 오스트렐리아 대륙이 알래스카와 충돌한다는 미생estimate다.
"태평양은 (중략) 앞으로 1억 년 안에 사라질 것으로 예상된다. 따라서 태평양의 수명은 대략 8억 년이다. 현재 오스트렐리아 대륙이 매년 8센티미터의 빠른 속도로 북상하므로 5000만 년 후면 호주 대륙과 알래스카가 충돌할 것이다." (115쪽)
또 한가지 히말라야산맥의 융기로 세땅의 온도가 무려 천만년 동안이나 떨어지고 있다는 이야기도 재미있다.
"이산화탄소가 빗물에 녹아들어 약산성인 탄산이 되는 H₂O + CO₂ → H₂CO₃ → HCO₃- + H+ 과정이다. (중략) 탄산은 규산염 광물에서 장석을 녹인다. (탄산이 장석과 결합하여 흙이되어 이산화탄소 농도가 떨어진다 / 중략) 탄산에 의해 화강암의 주요 구성 광물인 장석이 녹으면 이산화탄소가 중탄산염으로 전환해 결국 대기 중 이산화탄소가 감소되어 온실효과가 줄어든다. (중략) 에오세 후기부터 지구 기온은 1000만 년 동안 끊임없이 떨어졌고, 산맥들이 급격히 융기한 마이오세 후기부터는 기온이 더 빠르게 낮아졌다." (116쪽)
8. 기후변화와 밀란코비치 주기
밀란코비치 주기는 지난 60만년 동안의 어름기ice age가 10만년 주기로 일어난다는 계산 결과다. 그의 계산결과에 따르면 지금은 어름기를 걱정하지 않아도 될 때다. 어떻게 이런 결론에 도달했을까? 세땅의 자전축 - 세땅의 공전궤도 이심율 - 세땅의 세흐림운동이 어름기와 오러덩을 만든다. 제일 중요한 것은, 자전축의 변화다. 22도~23.5도. 이 정도의 차이만으로도 4만년 주기의 어름기가 만들어질수 있다. 틀만 알아보면,
1) 여름에 기온이 낮으면, 겨울에 쌓인 눈이 녹지않아 오러덩glacier이 늘어난다.
2) 세땅의 자전축이 수직에 가까울수록 양극지방은 햇빛을 받지못해서 오러덩이 늘어난다.
3) 세땅의 이심율이 크면 클수록 여름 기온이 낮아서 오러덩이 늘어난다.
4) 세땅의 자전축 세흐림=세땅의 자전축 흔들림 운동 = 세땅의 세차운동에 따라 햇빛을 받지 못하는 극지방이 생긴다.
5) 이심율이 커질때 세흐림운동이 더해져 오러덩이 늘어난다.
세땅의 이심율이 크다는 것은 세땅이 햇님으로부터 멀리 떨어져서 공전을 한다는 말이다. 햇빛이 멀어지면 춥다.
세흐림=세차=precesssion 운동은 자전축이 팽이가 쓰러질때처럼 흔들리는 것으로, 햇빛을 받을 시기에 자전축이 돌아가면 햇빛을 제대로 받지못하게 된다. 추워진다.
남북극에 오러덩이 발달하면 지구의 기후는 매우 불안해진다. 그것을 이야기하는 부분도 재미있다.
"여름 하지는 햇빛 입사량이 가장 많은 날이고, 북위 65도는 북반구 한가운데다. 세땅earth 기후를 결정하는 중요한 조건은 적도와 극지방의 온도 차이다. 극지역이 빙하로 덮이면 적도와의 기온 차이가 60도로 커지고 바람의 세기가 강해진다. 극지방에 빙하가 없으면 적도와의 기온 차이가 30도 정도가 되어 지구 전체의 기온 변동이 약화된다.
중생대에 빙하기가 없는 이유는 중생대 대부분의 기간에 존재한 판게아 초대륙이 적도를 중심으로 위치해 남극과 북극에 대륙이 없었기 때문이다. 남극 부근에 대륙 없이 바다만 존재하면 일사량이 부족해져 바다 빙하인 해빙이 생기지만, 파도와 바람으로 해빙이 흩어지기 때문에 거대한 빙하가 생기기 어렵다. 판게아가 분열할 때 남극 부근에 대륙이 생겼다. (중략) 남극대륙에 오러덩이 만들어지기 시작했다." (120쪽)
아래 그림의 맨마지막 그래프가 어름기와 노름기를 보여주는 그래프다. 분석이 안된다. 이해하지 못하겠다. 위에서부터 3개의 그래프는 일사량의 변화가 생긴다는 것을 보여준다. 세번째 자전축기울기 그래프가 가장 중요하다. 더 자세한 내용이 있어야 어름기의 주기를 받아들일수 있겠다.
9. 세땅의 큰어름기시대
2만년전의 마지막큰어름기와 현재의 오러덩 비교
| 구 분 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| 2만년전 오러덩 | 로렌타이드 35% | 남극대륙 32% | 스칸디나비아 15% | 북동아시아 9% | 그린란드 5% | 안데스 2% |
| 현재의 오러덩 | 남극대륙 86% | 그린란드 11% |
위 표의 커다란 로렌타이드 오러덩이 녹자 5천년에 걸쳐 녹아내리자 북대서양의 바닷물이 차가워지고, 염도가 낮아져 심층으로 가라앉지 않게 되었다. 그러면 멕시코난류가 위로 올라오지못해 따뜻한 바람을 유럽대륙에 불어넣어주지 못한다. 유럽대륙이 툰드라지역이 되었다. 바다의 표면적은 70%(3.6억㎢)이고, 대륙의 표면적은 1.5억㎢이고, 세땅의 총표면적은 5.1억㎢다.
"홀로세 간빙기 동안 세땅의 기온변동폭은 2도 이내로 매우 안정되었다. (중략) 바닷물의 총 질량은 대기질량의 200배나 된다. 그만큼 열용량이 크기 때문에 세땅의 기온은 대기보다 바다의 영향을 더 크게 받는다. 일사량의 변화와 해류순환은 세땅의 기온을 좌우하는 가장 중요한 두 변수다." (123~5쪽)
10. 요동하는 지구기후
CO₂의 농도를 관찰해야 한다. 왜? 어름기와 노름기는 밀란코비치주기로 설명이 된다. 그런데, 큰흐름은 그렇더라도 어름기와 노름기에서, 기온이 오르락내리락 하는것은, 세땅의 지각바뀜때문이다. 대서양중앙해령에서 현무암분출이 늘면 대기중의 CO₂가 늘어나면서 기온이 오른다. 에베레스트나 안데스, 티벳고원이 만들어지면, 그곳의 규산염광물(빗물모석 알지오)이 풍화weathering되어 CO₂를 끌어안은 흙이 된다. 그러면 CO₂가 줄어들면서 기온이 떨어진다.
1) H₂O + CO₂ ⇌ H₂CO₃ : 빗물에 CO₂가 녹아 탄산이되는 가역반응이다. 탄산은 불안정하고, 빗물모석을 녹일수 있다.
2) 탄산이 가역반응이 일어나기앞서 빗물모석(알지오)을 녹여 흙으로 만든다. 중탄산염은 안정되어 있다.
2KAlSi₃O₈ + H₂CO₃ + CO₂ + O₂ + 4H+ → Al₂Si₂O₅(OH)₄ + 2HCO₃- + 4SiO₂ + 2K+
3) 흙 한분자를 만들기 위해 이산화탄소 2분자가 이용된다.
"이산화탄소가 빗물에 녹아들어 약산성인 탄산이 되는 H₂O + CO₂ ⇌ H₂CO₃ 과정이다. 즉, 대기 중에 있던 이산화탄소가 빗물에 녹아 탄산이 되면서 시작된다. 또한 탄산은 규산염 광물에서 빗물모석 알지오를 녹인다. 결국 규산염 광물의 풍화로 이산화탄소가 소모됨으로써 온실효과가 감소하여 지구 기온이 낮아지는 것이다.
다시 말해 탄산에 의해 화강암의 주요 구성 광물인 빗물모석 알지오가 녹으면 이산화탄소가 중탄산염으로 전환해 결국 대기 중 이산화탄소가 감소되어 온실효과가 줄어든다. 히말라야와 안데스 같은 높은 산맥이 융기하면 화강암이 노출되어 빗물에 풍화된다. 이 과정을 통해 대기 중 이산화탄소가 감소한다." (116쪽)
그렇다면 노름기interglacial epoch를 유지하기 위한 이산화탄소 농도는 어느 정도일까? 280ppm 정도라고 한다.
"플라이오세가 시작하는 500만 년 전부터는 남극 대륙과 북극해 모두 빙하 시대로 접어들었다. 250만 년 전 플라이스토세부터 홀로세 현재까지 지구는 빙하기와 간빙기가 32번이나 나타났다. 지난 40만 년 동안 대기 중 이산화탄소 농도가 어름기에는 200ppm, 노름기에는 280ppm이었다. 현재는 1만1000년 전부터 시작한 홀로세 간빙기다. (중략) 우리나라 안면도에서 측정한 이산화탄소 농도는 1999년에 369ppm이었지만 2020년에는 420ppm으로 급격히 높아졌다." (128~130쪽)
ppm을 많이 들었는데, 어떻게 계산하는지 모른다. %와 비슷한 뜻이겠지.
1) ppm = parts per million = 백만분의 얼마
: %는 100분의 얼마인데, ppm은 백만분의 얼마이므로 아주 작은 양이 들어있다는 뜻이다.
: % = 10의 2빼곱 ppm = 10의 6빼곱 그러므로 ppm x 10의 4곱 = 1만 x ppm = %
2) 몰mol은 고등어 한손(2마리)과 마늘 한접(100개)처럼 일정한 양을 하나로 묶은 단위다.
: 몰은 원자, 분자, 이온을 세는 단위다
: 1mol = 6.022 x 10의 23곱개다
3) 원자량 : 탄소를 12amu로 하고, 이를 기준으로 하여 만든 모든 원자들의 상대질량
: 단위가 없거나 amu로 표시한다.
: 동위원소들의 존재비율을 고려한 평균값을 원자량으로 한다.
: 탄소가 12인 이유는 양성자 6개와 중성자 6개로 만들어진 원자이기 때문이다.
: 수소가 1인 이유는 중성자가 없이, 양성자 1개만 있기 때문이다.
4) 분자량 : 분자를 구성하는 모든 원자들의 원자량을 합한값
5) 아보가드로의 수 N
① 최초의 뜻 : 탄소 12g에 들어있는 탄소원자의 수 N개 = 6.022 x 10의 23곱개 = 1mol
② 현대의 재정의 (2019년) : 2019년 5월, 국제단위계(SI)의 재정의에 따라 몰(mol)의 정의가 바뀌었습니다.
이제 1몰은 탄소-12의 질량이 아닌, 아보가드로 상수()라는
고정된 수의 입자를 포함하는 양으로 정의됩니다.
이로 인해 몰은 미터(m)나 킬로그램(kg)처럼 물리상수를 기반으로 하는 기본 단위가 되었습니다.
6) 몰mol과 원자량의 관계를 차근차근 살펴보자
① 탄소 원자량 12이며, 탄소 12g에 들어있는 탄소원자의 수를 세어보니 N개 = 탄소원자 1mol의 무게는 12g
② 산소 원자량 16이며, 산소 16g에 들어있는 산소원자의 수를 세어보니 N개 = 산소원자 1mol의 무게는 16g
③ 위에 따라 원자 1mol의 무게는, 원자의 원자량에 g을 붙인것과 같다
④ 1몰mol
㉮ 1몰mol은, N개다 : 아보가드로의 수 6.022 x 10의 23곱개 = N개다
㉯ 1몰mol은, 원자(분자, 이온)마다 질량이 다르다 : 탄소 1mol은 12g / 산소 1mol은 16g / CO₂ 1mol은 44g
㉰ 1몰mol의 이상기체의 부피는, 표준상태(0℃, 1atm)에서 22.4리터다
[ 문제 ] 180℃, 1atm에서 SO₂를 측정했더니 2g/㎥라고 한다. 이 공기의 표준상태에서의 SO₂ 농도는 몇 ppm인가?
[ 풀이 ] 제미나이의 도움을 받아 이틀에 걸쳐서 알게 되었다.
① 1㎥의 공기중에 SO₂ 가 2g이 있고, 온도가 180℃, 1atm이라고 한다.
이것을 표준상태의 농도로 계산하려면, SO₂ 2g의 0℃에서의 부피를 알아야 하고,
180℃, 1atm의 공기 1㎥가 0℃에서는 얼마인지 알아야 한다.
② 일단 쉬운것부터, 샤를의 법칙에 따라, 부피는 온도에 반비례한다. 여기서 온도는 절대온도다.
1㎥=1,000ℓ 이므로, 0℃ 1atm에서의 공기부피 V는,
1,000/(180+273) = V/(0+273) V=273,000/453≒603ℓ
③ 이제는 SO₂의 부피만 구하면 농도를 구할수 있다.
180℃, 1atm에서의 SO₂ 2g의 부피를 구하려면 mol을 이용해야 한다.
SO₂의 원자량은 32 + (16x2) = 64이므로 SO₂ 1mol의 질량은 64g이다.
SO₂64g이 1mol이므로 SO₂2g은,
64 : 1 = 2 : x x = 0.03125mol이다.
③ 180℃, 1atm에서의 SO₂ 2g은 0.03125mol이라면,
0℃, 1atm에서도 SO₂ 2g은 0.03125mol다.
온도와 압력이 달라져도 mol은 변하지 않기 때문이다.
그렇다면 0℃, 1atm에서도 SO₂의 부피는 얼마인가?
이상기체는 0℃, 1atm에서 1mol 22.4ℓ이므로, SO₂도 0℃, 1atm에서 1mol은 22.4ℓ다.
1mol : 22.4ℓ = 0.3125mol : xℓ x=0.7ℓ
④ 이제 필요한 것이 다 나왔다.
문제에서 주어진 공기는 0℃ 1atm에서 603ℓ이고,
문제에서 주어진 SO₂ 2g은 0℃, 1atm에서 0.7ℓ다.
그러므로 SO₂의 농도는,
0.7 ÷ 603 X 1,000,000 = 1,160.862 ≒ 1,160ppm이다.
문제를 풀어본 이유는, mol과 ppm을 느껴보고 싶어서였다.
mol은 접과 같은 뭉쳐진 단위이면서 기체와 액체의 농도를 알고 싶을때 꼭 필요한 기본단위다.
ppm은 %와 비슷한 비율단위로 %는 100을 곱해서 얻는 비율이고, ppm은 1,000,000을 곱해서 얻는 비율이다.
0℃, 1atm에서 CO₂ 농도가 400ppm이라는게 무슨 뜻인지 알아보자.
우리가 숨쉬고 있는 공기 1,000ℓ = 1㎥중에 얼만큼의 CO₂가 있는지를 나타내는 것이다.
400ppm = xℓ ÷ 1,000ℓ X 1,000,000
x = 0.4ℓ
나를 둘러싸고 있는 공간에 500ml 생수병에 들어간 만큼의 이산화탄소가 있는게 400ppm이고,
이 정도의 농도라면 세땅은 간빙기의 이산화탄소 농도를 훌쩍 넘어선 것이다.
11. 암석은 어떻게 만들어지는가?
마그마가 굳어서 만들어지는 화성암인 유화-안섬-무반을 기본으로 알아야 한다.
| 구 분 | 유화 / SiO₂ 70% | 안섬 / SiO₂ 60% | 무반 / SiO₂ 50% |
| 분출암 : 지상에서 굳었다 | 유문암 | 안산암 andesite | 현무암 basalt 감람석 + 휘석 + 사장석 |
| 심성암 : 지하에서 굳었다 | 화강암 granite 석영 + 장석 + 운모 |
섬록암 | 반려암 |
마그마가 만들지않는 광물
1) 석회암 : 사룸(조개와 산호 등)이 퇴적되어 만들어진 광물
2) 암염 : 바닷물이 증발하고 남은 소금암염 NaCl
3) 석고 : CaSO₄⋅2H₂O : 바닷물이 증발하고 남은 칼슘과 황산염이 결합하여 물속에 침전되면서 만들어진 광물
4) 석탄 : 식물이 매몰되어 만들어진 퇴적변성암
석고는 단단하지 않고 불에 타지않는다. 불을 가하면 물이 증발하여 소석고CaSO₄⋅1/2H₂O가 된다. 소석고는 물에 섞여 액체상태가 되었다가 시간이 지나면 굳는다. 석고와 소석고의 이런 성질을 이용해서 깁스를 하거나 석고보드를 만들어 건축자재로 쓰면 불에 타지 않는다.
지각과 흙을 만드는 규산염광물을 간단하게 정리하고 싶다. 정보를 담은 이름을 아름답고 간단하게 만들기도 쉽지 않다.
큰틀은 이렇다.
- 구조 : 올모석(4) - 빗모석(8) - 이사모석(11) - 물모석(10)
- 내용 : 마시오 - 알지오 - 카페지오수 - 카페알지오십수 / 산소원자의 수 4 - 8 - 11 - 10
- 올무(SiO₄ 규산염광물 : -4가) / 빗이흑백(SiO₂ 규산염광물, 이산화규소, 모래 : 중성)
| SiO₄ -4 규산염광물 | 분 자 식 | SiO₂ 0 규산염광물 | 분 자 식 | |
| olivine 마시오 / 패시오 올모석(감람석) |
Mg₂SiO₄ / Fe₂SiO₄ | albite feldspar 나알지오 나빗모석 (조장석) orthoclase feldspar 가알지오 가빗모석 (정장석) anorthite feldspar 카알지오 카빗모석 (회장석) |
NaAlSi₃O₈ / NaAlSiO₄ KAlSi₃O₈ CaAl₂Si₂O₈ |
|
| pyroxene 마시오삼 / 패시오삼 무사모석 (휘석) |
MgSiO₃ / FeSiO₃ | |||
| 운모 : 물모석 물에 잘 녹는다 |
amphibole 카마지오수 이사모석(곱돌/각섬석) 카페지오수 |
Ca₂Mg₅(Si₄O₁₁)₂(OH)₂ Ca₂Fe₅(Si₄O₁₁)₂(OH)₂ |
||
| - 화강암 : 장석 석영 운모 - 현무암 : 장석 휘석 올모석 - 안산암 : 장석 휘석 이사모석 |
올모석 : 올리브잎색 맨틀을 만든다 장석 : 빗모석 빗물에 녹아 흙이 된다 |
mica 가마알지오십수 검물모석 카페알지오십수 검물모석 가알리알지오십수 흰물모석 |
KMg₃(AlSi₃O₁₀)(OH)₂ KFe₃(AlSi₃O₁₀)(OH)₂ KAl₂(AlSi₃O₁₀)(OH)₂ |
|
12. 광물과 사룸의 공진화
광물에 대해 알아야할 것이 너무 많다. 한꺼번에 다할수는 없으니, 규산염 광물을 바탕으로 해서 반발자국씩 나아가자. 그중에서도 흑요석은 사피엔스에게 소중하게 사용된다. 흑요석은 뭘까?
SiO₂다. 똑같은 분자식을 가진 이 물질이 어디에 어떻게 있느냐에 따라서 수많은 얼굴로 변한다.
SiO₂ 하나만 알아도 이렇게 많은 광물과 암석을 알수 있다.
1) SiO₂는 모래다. 모래는 사암을 만들고, 사암은 멋진 경치를 만든다.
2) SiO₂는 석영이다. 산소와 규소원자가 질서있게 배열이 되면서 만들어지는 결정이다.
3) SiO₂는 수정이다. 석영보다 더 질서있게 배열이 된 결정이 투명한 석영 즉 수정이 된다.
여기에 철이 섞이면 자수정이나 황수정이 되고,
알루미늄이 섞이면 연수정이 되고,
티타늄이나 철 및 망간이 섞이면 아름다운 장미석영이 된다.
4) SiO₂는 흑요석obsidian이다. 규산질마그마가 분출하면서 물속이나 공중에서 아주 빠르게 식으면 유리질이 된다.
산소와 규소원자가 질서있게 배열할 시간이 없어서 깨지기 쉽고 날카로운 광물이 된다.
석기시대에 날카로운 면을 이용해 자르는 도구와 무기를 만들때 이용되었다.
화살촉, 돌칼, 창날 등으로 쓰였고, 현대에서도 수술용칼에 쓰인다.
쇠는 날카롭게 갈면 톱니모양이 되는데, 흑요석은 매끄럽게 되어 상처부위의 감염을 막는데 도움이 된다.
흑요석의 색이 검은 이유는, Mg이나 Fe이 포함되어 있기 때문이다.
5) SiO₂는 사암과 규암이다. 사암은 모래가 쌓이고 눌리고 점토를 접착제로 한 퇴적암이다. 풍화가 잘 일어난다.
규암은, 사암이 지각변동에 의해 높은 압력과 온도를 받아 다시 결정이 되면서 단단하게 매끄럽게 된 화성암이다.
세땅earth에 이렇게 많은 광물과 암석이 만들어진 것은, 산소때문이다. 아, 산소같은 친밀함.
"20억년전부터 대기중에 산소분자가 축적되면서 세땅의 표층이 산화되어 3천여종의 새로운 광물이 출현하여 지구는 햇님계의 행성과 위성에서 가장 다양한 광물이 존재하는 천체가 되었다." (138쪽)
정말로 재미있는 것은, 암석과 사룸의 공진화다.
헤모글로빈 - 철 Fe
뼈 - 칼슘 Ca
신경세포 - 나트륨 Na 과 칼륨 K
엽록소 - 마그네슘 Mg
DNA와 RNA - 인 P
원핵세포로부터 시작해서 사룸들은 여러가지 광물을 써서 진화해왔다. 몸과 에너지를 만들고, 신경세포를 발전시키고, 유전체를 보존해왔다. 흙이 만들어진것은, 고생대 데본기때인 3억 7천만년전이다. 그전에는 땅위에 흙이 만들어지기 어려웠다.
"지각에서 가장 흔한 광물이 바로 장석이다. 대륙에는 화강암이 풍부한데, 화강암은 석영, 장석, 운모의 세가지 광물로 만들어진다. (중략) 장석이 빗물에 녹으면서 금속 양이온들이 결정에서 빠져나와 바다로 흘러들어간다. 바닷물속에 풍부한 칼슘이온과 나트륨이온은 약 40억년전 최초의 원핵세포 속으로 확산되어 세포 생화학 작용의 핵심이온으로 작용했다.
(중략) 세포속 탄화수소 분자들과 광물에서 빠져나온 금속 양이온들이 결합하여 생화학 작용이 일어난다. 그러므로 사룸의 진화는 광물현상이다.
(중략) 3억 7천만년전 고생대 데본기에 최초로 양치식물 숲이 강가에서 번성해 대륙에 본격 토양층이 나타났다. 식물이 없을 경우 빗물에 의해 분해된 암석들이 토양이 되지못한채 모두 씻겨져 사라지지만, 식물이 숲을 이루면 식물뿌리와 빗물에 의해 분해된 광물이 유기물과 결합하여 토양층이 만들어진다." (140쪽)
13. 양성자와 토양의 비옥화
보이지않는 곳에서 일어나는 일에 관심을 갖지 않으면 아무것도 알수가 없다. 보이지않는 것일수록 더 관심을 가져야 한다. 이미 많은것을 밝혀놓았다.
석탄은, 고생대에 만들어지는데, 땅의 양치식물들이, 균류가 발전하지 못한 상태에서, 분해되지 않고 흙속에 매몰되었다가 열과 압력을 받아 석탄으로 변한다.
석유는, 중생대와 신생대에 얕은 바다 밑바닥에 번성했던 조류나 플랑크톤이 죽어 쌓여있다가 높은 열과 압력으로 석유와 천연가스로 바뀐다. 중생대에 균류가 발달하면서 침엽수와의 공생이 이루어졌고, 대륙 깊은곳까지 식물이 자랄수 있었다.
"식물이 잘자라는 비옥한 토양은 금속 양이온과 양성자의 교환능력이 높아 식물의 금속 양이온 흡수율이 높아진다. 식물의 생장과정에서 방출하는 양성자는 흙을 산성화한다.
(중략) 소나무에 기생하는 균사체가 송이버섯이다. 균사를 만드는 세포가 분리되어 단세포 상태이면 효모균이 되고, 균사가 몇개의 가지를 만들면 곰팡이가 된다. 효모균은 세균이 아니다.
(중략) 세균, 박테리아, 원핵세포는 같은 의미다. 효모균은 진핵세포 하나가 그 자체로 사룸이며, 광합성을 하지 않아 기생으로 영양을 획득하는 종속영양세포다. 균류는 광합성을 하지 않고 다른 생물에서 영양분을 흡수하므로 땅속 등 빛이 없는 곳에서도 잘 자란다.
송이버섯은 소나무의 뿌리에서 포도당을 흡수한다. 송이버섯은 포도당을 개미산 formic acid과 호박산succinic acid으로 바꾸고 이 산성물질로 주변의 바위를 분해한다. 암석은 분해 과정에서 식물에 필요한 인산과 질산 화합물을 토양으로 방출하는데 식물의 뿌리털이 이를 흡수한다. 세땅위 식물의 70퍼센트 정도가 균류와 공생하고 있다.
(중략) 겉씨식물 중 소나무나 잣나무처럼 솔방울을 만드는 구과식물 conifers 이 중생대에 번성했다. 구과식물의 소나무는 대규모의 숲을 형성해 송홧가루를 확산해서 수정한다. 중생대는 침엽수의 화분이 바람으로 멀리 확산되어 대륙 내부로 진출한 시대다.
침엽수와 균류가 공생하는 과정에서 바위가 분해되어 토양 생성을 촉진했다. 균류는 버섯, 곰팡이처럼 동물과 식물을 분해해 에너지를 획득한다. 고생대에는 버섯이 다양하지 않아서 식물 몸체의 분해가 느렸다. 따라서 폭우로 넘어진 양치식물이 분해되기 전에 매몰되어 열과 압력을 받아 석탄으로 바뀌었다." (143~4쪽)
제1장 빅뱅과 초기 커미universe
1. 커미의 모든것은 서로 연결되어 있다.
빅뱅부터 커미의 처음을 알아도 될때가 되었다. 중성미알수 : 중력-중성자-중성미자-알파입자-수소원자.
| 무슨 일이야 | 중력이 나타났다 | 양성자 중성자 출현 | 중성미자의 출현 | 알파입자의 출현 | 수소원자의 출현 |
| 시 간 | 10의 43빼곱초 | 10의 6빼곱초 | 1초 | 3분 | 38만년 |
플랑크시간. 무슨 일이 일어났는지 짐작조차 할수없는 시간. 일반상대성이론과 양자역학이 충돌하는 시간(?).
빅뱅뒤 10의 43빼곱초. 중력이 처음으로 나타났다. 물질들이 있었다는 이야기다. 물질들이 공간을 차지하고 서로에게 영향을 미치고 있다.
빅뱅뒤 백만분의 1초=10의 6빼곱초에 양성자가 나타났다는 것은, 업쿼크와 다운쿼크가 같이 있다는 말이다. 업쿼크와 다운쿼크가 있다면, 중성자도 만들어진다.
빅뱅뒤 1초. 중성미자가 나타났다. 이 중성미자는 알파입자의 충돌과 관계없이 나타난 입자다. 이 최초의 입자를 볼수 있다면, 중성미자배경복사를 볼수 있다면, 빅뱅후 1초를 볼수 있다는 말이다.
빅뱅뒤 3분. 알파입자가 나타났다. 온도가 충분히 떨어진 상태에서 양성자와 중성자가 충돌하여 중수소가 만들어지고, 중수소를 중심으로 삼중수소와 헬륨동위원소가 만들어지고, 삼중수소에는 양성자가 결합해서, 헬륨동위원소에는 중수소나 헬륨동위원소가 결합하여 헬륨=알파입자가 만들어진다.
빅뱅뒤 38만년. 수소원자가 나타났다. 광자와 충돌하던 전자가 양성자와 결합하여 수소원자가 되었다. 광자는 자유로워졌다. 이때 빠져나온 광자들을 볼수 있다면, 빅뱅후 38만년을 볼수 있다는 말이다. 이것을 커미마이크로배경복사라고 한다.
"빅뱅뒤 38만년부터 커미는 (중략) 수소 원자 75%와 헬륨원자 24%로 자리잡았다." (16쪽)
| 빅뱅뒤 5억년 | 빅뱅뒤 10억년 | 132억년전 | 46억년전 |
| 별이 처음 나타나다 | 은하가 처음 나타나다 | 미리내가 나타나다 | 햇님계가 나타나다 |
빅뱅뒤 5억년. 별이 처음 나타날때는 매우 커서 수백만년만에 폭발하여 C-N-O와 같은 무거운 원소들을 만들었다. 이 별새물질 interstellar medium(ISM)들은 중력수축으로 핵융합하는 별이 되었다. 별 -> 폭발 -> 다시 별 -> 다시 폭발 -> 또다시 별이 된다. 햇님은 주계열성main sequence star인데, 이 별들은 수소-헬륨 핵융합을 에너지원으로 하는 안정된 상태의 별을 말한다.
별에는 두가지 힘이 작용한다. 중력수축과 핵융합 폭발력. 이 두힘이 균형을 이룰때 별이 오래도록 뜬다.
"햇님이 만들어지는 과정에서 산소, 규소, 철의 화합물들이 결합하고 점차 질량이 증가하여 중력이 강해지면서 미행성들이 출현했다. (중략) 미행성은 주로 규소산화물로 이루어진 지름 1천km 정도의 천체로 (세땅을 만들때도 미행성들이 충돌해서 합쳐져 만들어졌다)" (18쪽) .
제1장의 내용들은 거의다 외워야할 정도로 나와 세땅과 커미universe를 아는 바탕이 된다. 자꾸 나오는 이야기지만, 읽을때마다 새로운 것이 보인다. 사룸life은 자기복제와 촉매기능을 하는 고분자물질이 있어야 한다. 그것이 5탄당(리보스)-인산-염기로 만들어진 뉴클레오타이드가 길게 이어진 RNA다. 이것을 RNA World hypothesis이라고 한다.
"40억년전 초기 바다에서 처음으로 자기복제가 가능한 사룸현상이 출현했다. 사룸현상에는 자기복제와 촉매기능이 핵심인데, RNA분자가 출현하여 복제와 촉매기능을 함께할수 있었다.
이후 복제기능은 DNA가 전담하고, 촉매기능은 단백질이 주로 담당하게 되었다. 첫 사룸체는 원핵세포이며, 자기복제와 촉매기능을 모두 할 수 있는 짧은 RNA 가닥을 지질막으로 싼 구조였을 것으로 미생한다estimate" (18쪽)
* 미생하다 = 미루어 생각하다 = 미리 생각하다 = estimate
지질이 나왔다. 탄수화물과 단백질, 그리고 지방을 포함한 지질. 박문호의 또다른 강의를 듣고 다시 돌아와야겠다.
아무리 커미의 발길이 길고 크다고 할지라도, 수소와 헬륨으로 만들어진 별과 시간이 덧쌓인 물질의 공간말고는 없다. 수식을 알지못하더라도 커미에 대해 이미 많은 것을 알게 되었다. 커미에서 발걸음을 떼기 시작했지만, 아무래도 우리의 눈길을 확 잡아끄는 것은, 사룸life이다.
사룸은 세땅에 있다. 지금으로부터 40억년전에 원핵사룸이 만들어졌고, 35억년전에는 사룸균cyanobacteria가 만들어졌다. 사룸균은 물을 분해하여 에너지원을 얻고, 부산물로 산소를 내보냈다. 산소가 점점 늘어나면서 산화철도 많이 만들어졌고, 산소를 이용해서 에너지원을 얻는 박테리아들도 만들어지기 시작했다. 미토콘드리아는 산소를 이용해 에너지원을 얻는 박테리아다. 산소를 써서 에너지원인 ATP를 만들면, 산소를 쓰지 않는 방법보다 15배 많은 ATP를 만들어낼수 있다. 사룸이 폭발할수 있는 바탕을 미토콘드리아와 같은 산소를 쓰는 호기성 박테리아들이 만들어냈다.
산소는 어디에 있을까? 미토콘드리아가 산소를 쓰려고 하면, 사룸균이 산소를 만들어내야 쓸수 있다. 사룸균이 산소를 만들어내는 것은, 핵융합을 해서 만드는 것이 아니다. 사룸균은 무언가에 붙어있던 산소를 떼어내어 내보내는 것이다. 사룸균은 물과 빛을 이용해 포도당을 만들고, 물에서 산소를 떼어내어 세땅의 물과 대기속으로 날려보내는 것이다.
산소는 세땅에 제일 많이 있는 원자다. 맨틀 속에 가장 많이 있고, 물속에 두번째로 많으며, 공기중에도 조금 있다. 놀랍지만, 돌과 모래속에 산소가 정말로 많이 들어있다. 모래는 SiO₂ 다. 산소가 들어있다. 흙은 Al₂Si₂O₅(OH)₄ 다. 산소가 많이 들어있다. 술은 C₂H₅OH다. 또 산소가 들어있다. 산소가 들어있지않은 곳이 거의 없다.
그리고, 흙과 돌속에 묻혀있던 산소를 엄청나게 꺼낸 사건이 있다. 눈덩이세땅 snowball earth이다.
"원핵세포에서 진핵세포가 진화하고 약 7억 년 전 눈덩이세땅snowball Earth 사건으로 시아노박테리아가 대번성해, 그 결과 2차 산소혁명이 일어나서 다세포 생물이 출현했다. 신원생대의 눈덩이세땅 사건은 세차례 (7억 2000만 년 전, 6억 4000만 년 전, 5억 8000만 년 전)에 걸쳐 전 지구가 빙하로 덮인 사건이다.
눈덩이 지구 사건의 여파로 대기 중 산소가 급격히 증가했다. 2차 산소혁명으로 대기 중 산소 농도가 20퍼센트로 높아지면서 5억 4000만 년 전에 고생대 캄브리아기가 시작되었다." (20쪽)
그리고 캄브리아기 절지동물 대폭발이 일어난다. 정리좀 해보자. 제발 하나라도 기억에 남기를 빌면서.
(감지실녹 -흙데양 - 석파공주 : 공룡은 트라이아스기에서 시작되어 쥐라기가 전성) 이러니 뭔가 외워지려고도 한다.
| 바다 절지동물 | 녹조류 -> 육상 녹색식물 | 양치식물과 흙, 양서류 | 곤충 - 양서류 - 파충류 | 공룡의 시대 |
| 캄브리아기 (5.5억년전) | 실루리아기 | 데본기 (3.5억년전) | 석탄기 | 트라이아스기 (2.5억년전) |
대멸종 두번도 꼭 외우고 싶다 : 고생대와 중생대의 마지막 지질시대에 대멸종이 일어난 것이 아니라, 생태계의 대변동으로 대멸종이 일어나서 시대를 나누었다고 봐야 한다.
1) 페름기 대멸종 (2.5억년전 : PSS) : 시베리아 현무암 대분출 - 삼엽충 파충류 대멸종
2) 백악기 대멸종 (6.6백만년전) : 운석충돌 - 공룡대멸종
페름기 대멸종후 온실가스 때문에 세땅의 온도가 높아졌고, 파충류가 번성하면서 공룡으로 진화하는 발판이 되었다.
사이버세계는 참 묘하다. 없는듯 있다. 영화와 책과 테레비가 주는 기쁨을 생각하면, 분명히 뭔가 있다.
그 출발은 말글이다.
"사람의 뇌가 발달하기 시작했다. 대뇌피질의 연합영역이 두 배로 확장되면서 감각연합피질에서 시각, 청각, 촉각이 연합되고 해마에서 행동 기억이 만들어졌다.
초기 인류는 200만 년 전 구석기 시대에 먹이를 찾아 수렵과 채집을 하는 이동 생활을 시작했다. 수렵 채집 생활에서는 장소 기억이 중요한데, 여러 장소에서 경험한 내용이 대뇌피질의 연합영역에서 장기기억으로 축적되어 비슷한 장소에서 행동을 안내했다.
동물의 행동은 감각에서 촉발되지만 사람의 행동은 기억에서 나온다. 감각연합피질이 감각을 연합하여 장기기억을 만들고, 운동연합피질이 확장됨에 따라 구석기시대의 우리 선조에게서 운동계획과정이 발달했다.
감각 입력에서 기억이 발달하고, 기억에서 행동이 출력되면서 감각, 기억, 지각, 상징, 운동계획, 말글language로 인지 능력이 급속히 진화했다.
가상 세계의 출현은 말글language 사용이 초래한 필연의 결과다." (22쪽)
2. 자연현상은 전자, 양성자, 광자의 상호작용
양성자가 하나씩 늘어나면 달라지는 원자의 세계. 양이 다르면 다르다. 설탕 한스푼과 두스푼은 차이가 없는데, 양성자 하나와 두개는 완전히 다르다. 정말로 그것말고는 달라지는 것이 없는지 궁금할 정도다. 물론 양성자가 하나 늘면 전자도 하나 늘고, 중성자도 하나 는다. 3개의 페르미온의 숫자가 하나씩 늘어나면 정말 많은것이 달라진다. 신기하다.
19금이니까, 금의 양성자수는 79개다. 78개는 백금이고, 80개는 수은이다. 금의 양성자는 79개인데, 중성자는 118개나 된다. 그 이유는, 양성자가 많을수록 밀어내는 힘이 쎄서 핵을 유지하기 위해서는 강력이 더 필요하다. 미는힘은 없고 강력만 가지고 있는 중성자가 늘어난 이유다. 참 멋진 이야기다.
베타붕괴를 어렵게 설명할수도 있지만, 쉽게 말하면 양성자와 중성자가 왔다갔다 바뀌는 것을 말한다.
양성자 ↔ 중성자
이렇게 서로 변하면서 양성자의 수가 달라지는 것을 핵변환이라고 한다.
핵변환은 원자들이 만들어지면서 일어난다.
양성자는 자연상태에서 안전하여 쉽게 핵변환이 일어나지 않는다. 고온고압의 조건에서도 100억분의 1 정도의 확률로 양성자가 중성자로 바뀐다.
반대로 중성자는 자연상태에서 15분 정도면 양성자로 핵변환을 한다. 중립은 변치않는 것이 아니라 필요할 때에 만들어지는 것이다.
양성자가 양전자를 내어놓고 중성자로 핵변환하는 것이 양의 베타붕괴이고,
중성자가 전자를 내어놓고 양성자로 핵변환하는 것이 음의 베타붕괴이다.
"양성자, 전자, 광자는 커미=커다란 미리내=universe의 전부였다.
(중략 / 자연현상과 마찬가지로) 사룸life 현상에는 양성자, 전자, 광자로 충분하다." (29쪽)
3. 원자의 결합과 물질
광자와 광자의 상호작용 : 광자와 광자가 결맞게 중첩되면 파동의 진폭이 커지고, 결이 다르게 중첩되면 파동이 소멸하기도 한다. 결이 맞은 경우에는 더 강한 빛이 되고, 결이 맞지않은 경우에는 빛이 없어진다는 말인가?
전자와 전자의 상호작용 : 전자와 전자가 접근하면, 하나의 전자에서 광자가 나오고 다른 전자에서는 그 광자를 받아들인다. 그리고 이 전자들의 이동방향이 바뀐다. 이게 무슨 뜻일까?
전자가 서로 다가가게 되면 밀어내는 힘이 생긴다. 밀어내는 힘을 전달하는 것을 광자라고 설정한다. 하나의 전자에서 광자를 내놓고 방향을 바꾸고, 다른 전자가 광자를 받아 방향을 바꾼다. 그리되면 광자의 전자기력 전달에 따라 전자사이에 밀어내는 힘이 생긴다. 이렇다고 하니, 전자기력을 매개하는 것이 광자라는 것을 이해하게 되었다.
아래 인용된 글은 검토가 필요하다.
1) 양성자 4개가 헬륨원자핵 1개로 전환되었다면, 양성자 2개 - 중성자 2개 - 전자 2개가 되었다는 말이다.
2) 양성자는 중성자보다 가볍다. 전자는 질량은 없고 에너지만 있다.
3) 그런데, 어떻게 질량 손실이 생길수 있는가?
아래글이 맞으려면,
핵변환이 되고 헬륨 원자핵으로 결합이 되면, 단순히 개별 입자의 질량이 합해지는 것이 아니라는 말이다.
"양성자 4개가 헬륨원자핵 1개로 전환되는 핵융합과정에서는 질량손실이 생긴다. 이때 사라지는 질량이 모두 에너지로 바뀌어 햇님이 45억년 이상 빛을 내는 것이다." (36쪽)
아래의 식은 양성자와 중성자의 흐름대로 내가 만든 식이다.
H + H = nH : 질량이 늘어난다(x) / 새로운 핵이 만들어지면서 질량이 줄어들고, 양전자와 중성미자가 나온다
nH + H = nHe : 질량이 그대로다(x) / 새로운 핵이 만들어지면서 질량이 줄어들고 감마선이 나온다.
nHe + nHe = He + 2H : 질량이 그대로다(x) / 새로운 핵이 만들어지면서 질량이 줄고, 양성자 2개와 감마선이 나온다.
* nH = D : 중수소(수소동위원소 : 중성자 1개 + 양성자 1개)
* nHe : 헬륨동위원소(중성자 1개 + 양성자 2개)
- 양성자 질량 : 1.007276 u
- 중성자 질량 : 1.008665 u
- 중수소 원자핵의 질량 : 약 2.013553 u < 양성자 + 중성자의 질량 = 2.015941
- 헬륨 동위원소(nHe)의 질량 : 약 3.016029 u < 양성자 2개 + 중성자의 질량 = 3.023217
- 헬륨동위원소 2개의 질량 : 6.046434 > 헬륨과 양성자 2개의 질량 = 6.017154
- (결론) 헬륨-4 원자핵 질량 : 4.002602 u < 4개의 양성자는 4×1.007276=4.029104 u
양성자로부터 알파입자가 만들어지는 모든 단계에서 질량이 줄어들고 있다.
단순합이 아니라, 핵변환이 일어나 새로운 핵이 만들어지면서 질량이 줄어든다.
뉴턴의 법칙에 따르면, 중력은 질량과 질량 사이의 거리의 제곱에 반비례한다. 그런데, 중력수축으로 왜 에너지가 만들어질까? 위치에너지가 줄어들기때문에 중력수축이 일어나면 에너지가 만들어지겠다. 그렇게 만들어지는 에너지는 반은 빛이 되고, 반은 열이 된단다. 비리얼 정리 Virial theorem. 왜 그럴까? 그저 놀라울 따름이다.
"중력수축으로 만들어지는 위치에너지의 반은 열이 되고 반은 빛이 된다." (36쪽)
박문호가 여기에서 말하려고 하는 것중에서 양성자의 상호작용에 의해 핵변환과 새로운 입자가 만들어지는 것은 이해했지만, 전자와 전자, 광자와 광자 사이의 상호작용이 어떤 결과가 나오는지에 대해서는 아직 알수가 없다. 뭘까?
4. 분자라는 드문 형태
온도가 너무 낮거나 높으면, 분자가 운동하지 못한다.
분자들이 운동하며 관계를 맺는 상태에서 사룸life가 만들어지고, 상호작용이 일어나 사룸의 세계가 펼쳐진다.
"별은 대부분 플라스마 상태다. (중략) 플라스마는 별속의 높은 온도로 인해 전자가 원자핵에서 벗어나 모두 자유전자가 된 상태다.
(중략) 적색거성처럼 태양보다 수만배 큰 별의 외곽은 온도가 3000도보다 낮아지므로 일산화탄소, 산화규소같은 간단한 분자가 존재할 수 있다.
분자가 원자로 분해되지 않고 중력으로 모이거나 뭉치면 거대한 분자 구름을 형성한다. 우리 은하 내부에서도 거대한 분자 구름이 수천 개 이상 발견되고 있는데, 이곳에서 별들이 약 수천 개씩 무리 지어 탄생한다. 거대분자구름은 초기에는 약 영하 200도로 온도가 매우 낮아, 분자들이 열운동을 거의 하지 않기 때문에 중력으로 모여들 수 있다.
세땅earth 표면의 평균온도는 15도 정도로, 물질이 분자상태로 존재할수 있다. 10만종류 이상의 분자가 조그마한 인지질 막속에서 맹렬히 상호작용하는 상태가 바로 세포다." (37~8쪽)
네가 지은 모든 죄와 네가 행한 모든 선한행동을 말하라.
너무 부끄럽고 괴로워서 말하지 못할 것이다.
그래서 양심의 자유는 보장되어야 한다.
네 생각을 말하라.
너무 부끄럽고 괴로워서 말하지 못할 것이다.
그래서 사상의 자유는 보장되어야 한다.
여기서 끝인가?
내가 지은 작은죄와 작거나 큰 선행은 드러낼수 있다.
내가 최소한 이정도의 삶을 살았다는 것은 드러낼수 있다.
인륜에 반한 일과 증오의 삶을, 굳이 드러낼 필요는 없다.
스스로 걸러내면 된다.
그러므로 스스로 알맞게 걸러낸 것들에 대해서는 알맞게 이야기할수 있지 않을까?
기분이 나빠지고 싸울수도 있다.
화해하고 이해하고 마음을 다스리면 된다.
두렵다고 이나=이야기 나누기를 포기한다면,
그것이 나와 너와 사회에 도움이 될까?
5. 원자의 작용은 전자의 작용
[ 문 1 ] 1리터의 물에 수소이온이 50억개 들어있다면 이 용액의 pH는? 상용로그값은 공학용계산기로 구하라.
[ 답 ] pH는 수소이온농도에 음의 상용로그를 취한 값이다. 즉 -log[H+의 몰수 ]
1) 용액의 수소이온농도는, 용액 1리터 속에 들어있는 수소이온의 몰수다.
2) 수소이온 50억개의 몰수는,
1몰 : 6.022x10의 23곱개 = x몰 : 50억개
x = 5x10의9곱 ÷ 6.022x10의 23곱 ≒ 0.83x10의 14빼곱
3) pH = - log [0.83 x 10의 14빼곱] = - [ (log 0.83) + (log 10의 14빼곱) ] = - (0.83 - 14) = 13.17
[ 문 2 ] 1리터의 물에 수소이온이 500억개 들어있다면 이 용액의 pH는?
[ 답 ] pH는 수소이온농도에 음의 상용로그를 취한 값이다. 즉 -log[H+]
1) 용액의 수소이온농도는, 용액 1리터 속에 들어있는 수소이온의 몰수다.
2) 수소이온 500억개의 몰수는,
1몰 : 6.022x10의 23곱개 = x몰 : 500억개
x = 5x10의10곱 ÷ 6.022x10의 23곱 ≒ 0.83x10의 13빼곱
3) pH = - log [0.83 x 10의 13빼곱] = - [ (log 0.83) + (log 10의 13빼곱) ] = - (0.83 - 13) = 12.17
두문제를 풀어보니, 수소이온의 숫자가 많아질수록 pH값이 낮아진다.
수소이온이 많아질수록 수소이온의 농도가 높은것이고, 수소이온의 농도가 높으면 산성이 강하다.
그러므로 pH가 1~2이면 강산성이고, 7이면 중성이 된다.
어려운 글을 너무 간단하게 써놓았다.
"광자의 정지질량은 0이므로 진공 속에서 정지한 단 1개의 광자 상태는 존재하지 않는다. 광자는 생겼다 사라질 수 있지만 생겨나는 순간 광속으로 달린다. 광자가 일정한 속도로 멈춤 없이 달리는 이유는 등속 직선 운동에 소요되는 에너지가 0이기 때문이다.
광자는 운동 방향을 바꿀 때만 에너지가 필요하다. (중략) 만들어진 광자는 광속으로 움직이는 운동에너지 그 자체다.
진공 속에서 움직이지 않는 광자는 운동에너지가 0이 되어 그 존재가 사라진다. 그래서 광자의 정지질량값은 0이다. 광속으로 움직이는 광자가 바로 전자기파인데, 줄여서 전파라한다. 전자기파는 파동이므로 진폭과 진동수로 에너지 정도를 알 수 있다.
(중략) 광자는 물질 속에서 달리면 속도가 느려진다. 반도체와 기체 속에서는 증폭되어 레이저가 된다. 사람의 망막세포에 흡수되면 전압펄스로 바뀌어 대뇌피질 신경세포의 작용을 받아 우리로 하여금 세계를 볼 수 있게 해준다.
커미universe 대부분은 진공이다. 진공 속을 달리는 광자에서는 시간의 흐름이 멈춘다. 광속도가 되면 빛이 진행하는 공간은 수축해 사라진다.
광자의 속도가 광속이 되는 순간 우리가 광자의 시계를 본다면 그 시계는 정지해 있다. 광속으로 달리면 진행 방향의 공간이 사라지고 시계는 멈춘다. 광자의 반짝이고 사라짐은 시공의 사건 그 자체다. 빛은 움직이는 에너지 덩어리 그 자체이고, 정지하는 순간 그 존재는 사라진다." (42쪽)
특수상대성 이론을 증명해보자. 증명을 해야 무슨뜻인지 알게 된다. E=mc^2에 이르지는 못했다.
벌써 3번째 이 단순한 계산을 하는데도 못하고, 정답지를 보고 나서야 정리할수 있었다.
마지막 ⑧과 ⑨에 따라
1) 정지한 사람의 시간은 기차를 타고 이동하는 사람의 시간보다 크다.
2) 정지한 사람의 시간이 1시간이라면, 이동하는 사람의 시간은 1시간 보다 작은 50분, 또는 59분 59초야 한다.
3) 똑같이 레이저가 왕복하는 시간이지만, 이동하는 사람의 시간이 더 느리게 흐른다.
광자의 에너지 E=hv
h는 플랑크상수
그러면 플랑크상수의 값은 어떻게 만들어지나? 제미니의 답으로는 도저히 알수가 없다.
일단 J을 모르겠다. 일의 양이라. 일을 얼마나 했을까?
1) 100g의 사과를 1m 들어올리는 일의 양을 1J 이라고 한다.
2) 1W의 전구를 1초 동안 켜는데 사용한 전력을 1J 이라고 한다.
3) 1N의 힘으로 1m를 이동시킬때의 일의 양을 1J 이라고 한다.
속도와 가속도, 힘과 일 그리고 미적분에서 생각하는 힘을 잃었다. 다시 처음으로 돌아가서 생각해야만 한다.
일단 머리에 들어오는 몇몇 이야기를 적어두자. 그럴듯하거나 알아봐야할 것들이다.
"빛알 = 빛알갱이 = photon은 운동방향을 바꿀때만 에너지가 필요하다. (중략) 빛알을 만들때는 에너지바뀜과정이 필요하지만, 만들어진 빛알은 광속으로 움직이는 운동에너지 그 자체다. 진공속에서 움직이지 않는 광자는 운동에너지가 0이 되어 그 존재가 사라진다. 광속으로 움직이는 빛알photon이 바로 전자기파인데, 줄여서 전파라 한다. 전자기파는 파동이므로 진폭과 진동수로 에너지 정도를 알수 있다.
(중략) 빛알은 물질속에서 달리면 속도가 느려진다. 반도체와 기체속에서는 증폭되어 레이저가 된다. (중략) 커미universe 대부분은 진공이다. 진공속을 달리는 빛알photon에서는 시간의 흐름이 멈춘다. 광속도가 되면 빛이 진행하는 공간은 수축해서 사라진다.
(중략) 빛의 깜박임을 4차원 시공에서 사건event라 하는데, 사건과 사건 사이의 간격interval을 계산하면 시공의 곡률을 알수 있다. 일반상대성 이론의 중력장방적식으로 4차원 시공에서 사건들 사이의 간격을 계산할수 있다. 커미속 모든 알갱이particle은 시공의 곡률을 따라 움직인다." (42~3쪽)
6. 전자, 물질을 이루는 가장 가벼운 알갱이 particle
전기도 모르겠다. 볼트 V. 전압이라고 하는 이게 도대체 뭔가? 왜 모를까?
눈에 보이지 않는게 큰 이유다.
전등에 불이 들어온다. 잘 달리던 전자가 금속조각의 방해에 부딪혀 속도가 늦어지면서 빼앗기는 에너지가 빛=전자기파로 나온다. 이것까지는 알겠다. 금속조각은 왜 전자의 속도를 방해할까?
백열전구에 들어있는 금속 필라멘트는 원자핵과 전자로 이루어져 있다. 백열전구로 달려간 전자는, 필라멘트의 원자핵에 이끌려 들어가 에너지를 잃고 소멸한다. 에너지를 받은 원자핵은 진동하면서 뜨거워지고, 2천도 이상으로 뜨거워진 원자핵은 높은 열이 내는 가시광선을 내놓는다. 백열전구가 뜨거워지면서 빛을 내는 원리다. 에너지의 90%는 열이 되고, 10%만이 빛으로 바뀐다.
그런데, 원자핵으로 끌려가는 전자가 속도가 줄어들면서 아주 약한 X선도 내놓는다. 이 X선은 유리벽에 부딪혀 사라진다. X선은 우리가 볼수 없는 전자기파다.
햇님의 적외선과 가시광선은, 양의 베타붕괴로 처음 만들어진 감마선이 파장이 길어져서 만들어지는 것이 아니고, 감마선에 부딪힌 입자들이 에너지를 흡수했다가 방출하면서 새로운 적외선과 가시광선을 만들어 미리내로 보내는 것이다.
중성자가 15분 안에 양성자로 베타붕괴하는 이유는, 물리세계의 입자들은 에너지를 최소로 가지려는 원칙 때문이다. 상온에서 뜨거운 수증기는 언제나 뜨거운 수증기로 있는 것이 아니라 차가운 물방울로 변하려고 한다. 상온에서 에너지를 가장 적게 가지려면 물방울 상태여야 한다.
1) 중성자 n은 자연상태에서 음의 베타붕괴를 한다. 전자 하나를 내어놓고 양성자proton H+가 된다.
2) 중성자는 업쿼크(+2/3의 전하량) 한개와 다운쿼크(-1/3의 전하량) 2개로 이루어져 있어서 중성이다.
3) 중성자의 다운쿼크 1개가 업쿼크로 바뀌면서 중성자는 양성자가 된다.
4) 중성자가 양성자로 바뀌면서 전자가 나오니까, 다운쿼크가 업쿼크로 바뀌면서 전자가 나온다는 말이다.
5) 다운쿼크=d는 아무런 에너지가 없이도 업쿼크=u로 바뀔수 있는가? 아니다. d는 중성자의 질량에너지를 이용하여 가벼운 u로 바뀐다. 이것을 매개하는 입자가 W-보손이다.
5)번을 다시 자세하게 알아보면, 말이 뱅글뱅글 돈다.
5-1) 무거운 중성자가 가벼운 양성자로 붕괴하는데, 이때 질량차가 에너지로 나온다. d d u -> d u u
5-2) 이 에너지가 W-를 만든다.
5-3) W- 알갱이는 무겁고 불안하므로 즉시
다.
중성자는 수소원자와는 다르다.
중성자(udd)는 업쿼크=u 하나와 다운쿼크=d 2개가 뭉친것이고, 수소원자는 양성자(uud) 한개와 전자(e−) 한개로 이루어진 것이다.
더 어려운 것은, 전자가 빛을 내는 이유다.
1) 움직이는 전자가 원자핵에 이끌려 운동속도가 줄어들때 빛이 나온다.
2) 움직이는 전자가 원자핵에 이끌려 운동방향이 바뀔때도 빛이 나온다.
3) 속도가 줄어들거나 늘때 또는 운동방향이 바뀔때의 변화된 양을 모두 가속도라고 한다.
가속도는 시간의 바뀜에 따른 속도의 바뀜을 말한다.
이때 속도는, 벡터양이기 때문에 속력이 바뀌거나 운동방향이 바뀌어도 바뀐다.
적어도 가속도를 조금 더 알게 되었다. 속력과 방향을 모두 생각하는 양이다.
"전자는 베타붕괴 과정에서 만들어지며, 가속운동 중인 전자는 광자=빛알갱이=photon을 내보낸다. (중략) 백열전구의 텅스텐 필라멘트에 전류가 흘러 열이나면, 텅스텐 원자의 전자들이 열을 받아 열운동을 한다. 열운동하는 전자의 속도가 높아지면 텅스텐원자핵 71개의 양성자가 전자를 끌어당기는 정전기력을 이겨내 드디어 전자가 원자핵의 구속에서 벗어나 자유전자가 되어 전구속으로 방출된다." (44쪽)
어떤 하전입자가 에너지를 받아 속도가 증가하는 가속운동을 하게 되면, 받은 에너지 전부를 속도를 가속하는데 쓰지 않고, 일부는 전자기파로 내놓는다.
"양과 음의 전기량을 전하charge라 하는데, 전하를 갖는 알갱이가 가속운동을 하면 항상 전자기파를 내놓는다. 광자는 에너지 변환과정에서 생성되어 원자에서 방출되거나 원자로 흡수되어 소멸한다. " (44쪽)
빅뱅후 쿼크와 전자와 중성미자가 나왔고, 쿼크는 양성자와 중성자를 만들었으며, 커미universe가 3천K까지 차가워졌을때, 수소원자가 만들어지고 원자핵에 의해 전자가 가둬지는 38만년에서야 빛이 우주로 퍼져나왔다.
"전자는 원자핵에 구속되어 원자의 구성성분으로 존재하거나 원자핵의 정전기력에서 벗어나 자유전자 혀태로 존재한다. 전자가 원자핵을 구성하는 양성자의 구속력에서 벗어나는데 필요한 에너지가 바로 이온화에너지다." (44쪽)
V=IR 옴의 법칙 : 전류는 전압에 비례하고, 저항에 반비례한다.
볼트(V)의 정의 (전위차)
1 볼트(1V)는 전하 1 쿨롬(1C)을 이동시켜 1 줄(1J)의 일을 할 때의 전위차를 의미합니다.
1V=1J/1C
1J = 1N x 1m : 1N의 힘으로 1m를 옮기는 정도의 일(=에너지) : 1W의 전구를 1초동안 켜는데 필요한 에너지 : J는 에너지와 일의 단위다 = 에너지(E)와 일(W)은 같은 단위인 J을 쓴다. 1cal은 약 4.2J이다.
1N : 100g의 물건을 중력을 이기고 들어올리는 힘 = 스마트폰을 드는데 쓰는 힘
"이온화에너지는 원자핵의 양성자와 전자궤도에 따라 달라진다. 양성자 1개인 수소원자의 이온화에너지는 -13.6eV(전자볼트)이다." (44쪽)
구리나 철은, 자외선 영역의 빛을 비추면 자유전자가 나올수 있다. 이때 나온 자유전자들은 양극을 걸어놓은 곳으로 유도할수 있다. 만일 공기중에 방치하면 공기속의 다른 물질과 반응하거나 에너지를 잃으면 다시 금속과 재결합하게 된다. 아인슈타인은 이 원리를 밝힘으로써 노벨상을 받았다.
대기중에는 산소원자도 있고 산소분자도 있다. 특히 30km 높이의 성층권에는 햇님으로부터 오는 자외선이 강해서 산소원자에 에너지를 공급해서 두개의 산소원자의 충돌을 유도한다. 산소원자 두개가 매우 가까워지면, 밀어내는 힘보다 끌어들이는 힘이 강해져, 서로의 전자를 공유하면서 공유결합으로 산소분자을 만들어내고 남는 에너지를 내놓는다. 그렇게 되면 에너지최소화의 원리에 따라 안정된 산소 분자는 땅위로 내려와 우리가 호흡을 통해 들이마실수 있게 된다.
"금속원자에 높은 주파수의 빛을 비추면 금속원자를 구성하는 전자는 자유전자가 되어 방출된다. (중략) 알루미늄 금속 막대기 속에서 가속운동하는 전자는 전파를 만들고, 반도체 속에서 이동하는 전자는 반도체 소자를 만든다.
원자에 구속된 전자는 원자핵에서 멀어질수록 핵의 구속력이 약해지며, 원자와 원자사이에 존재하는 전자들이 두 원자 모두에게 소속되면서 공유결합을 형성한다. 자유전자와 원자핵에 구속된 전자의 구분은 물질의 전기특성을 이해하는데 중요하다." (44~5쪽)
7. 전자의 흐름과 호흡
사룸life은 제어된 전자의 흐름이다. 아는듯 한것은 아는것이 아니다. 회로도 그려야 하고, 그 회로에서 포도당이 어떻게 이용되어 ATP를 만들고, ATP는 근육을 포함해 어디에서 어떻게 쓰여지는 것까지 다 알아야하는데, 책을 읽고 제미나이가 설명해 줄때만 기억이 된다. 아쉽다.
"세포라는 좁은 공간속에서 10만 종류 이상의 분자가 서로 접근하면서 전자를 주고받는 현상이 생화학 작용이다. (중략) 세포 속의 분자들은 물의 극성작용으로 인해 전자가 많거나 부족한 이온상태가 되어 전자기 상호작용을 하게 된다." (47쪽)
8. 미시세계는 확률의 세계
이해할수 없으니 일단 따라쓰기라도 해보자. 다 이해하고 따라쓰기를 해도 잊어버리는데, 모르고 따라쓰기를 하니 아예 외워지지가 않는다. 어쨌든 원자핵에 잡힌 전자들은 하나하나의 전자마다 네개의 양자수가 부여된다.
1) 주양자수 n은 1~7이 있으며 전자의 껍질수로 알고 있다.
2) 궤도양자수 l은 오비탈의 모양으로 s p d f 로 되어있다.
3) 자기양자수는 궤도양자수에 의해 결정되며 2l+1개가 있다.
4) 스핀양자수는 +1/2과 -1/2가 있다.
"118개 주기율표 원소들의 전자배치는 주양자수(n), 궤도각운동양자수(l), 자기양자수(ml), 스핀양자수(ms)의 네가지 양자수로 완전히 결정된다." (50쪽)
1) 수소 원자핵에는 중성자가 없다.
2) 중성자와 양성자가 서로서로 변하는 것을 베타붕괴라고 한다.
: 양성자 -> 중성자 : 양의 베타붕괴 / 중성자 -> 양성자 : 음의 베타붕괴라고 한다.
3) 원자핵의 주변은 진공상태이며, 원자핵의 정전기장에 전자들이 잡혀있다.
"원자의 질량은 대부분 원자핵의 질량이며, 원자핵은 양성자와 중성자로 구성된다. 수소원자는 원자핵에 양성자만 있고, 중성자는 없다. 중성자는 양성자보다 질량이 조금 더 크며, 전하가 중성이다. 그래서 중성자는 원자의 질량에는 큰 영향을 미치지만 전기의 힘에는 관여하지 않는다.
(중략) 중성자가 관여하는 베타붕괴는 약한 힘, 우주의 네가지 힘중에서 약한 상호작용의 결과다. (중략) 양성자는 양전자를 배출하고 중성자가 되고, 중성자는 전자를 배출하고 양전자가 된다.
(중략) 전자기력은 양성자와 중성자를 구분하지만, 핵력은 전하에 상관없이 중성자와 양성자에 동등하게 작동한다. (중략) 원자핵과 전자 사이의 공간은 진공이다. 원자핵은 양성자에 의해 +전하를 가지며, +전하가 진공속에 존재하면 전하중심에서 거리의 제곱에 반비례하는 정전기장이 생긴다. 원자핵의 정전기장에 전자가 잡혀있는 상태가 바로 원자다." (50~1쪽)
파동함수는 슈뢰딩거 방정식을 풀면 나온다는데 무슨 소리인지 모르겠다. 파동함수의 절대값을 제곱하면, 전자의 존재확률을 계산할수 있다고 한다. 그래서 어떻게 하자는 것인지는 모르겠다.
"전자에 대한 파동함수는 수소원자에서 전자가 가질수 있는 양자화된 에너지값과 원자핵에서 전자의 공간배치에 관한 모든 정보를 갖고 있다. 파동함수는 허수가 포함된 복소수 함수다. 복소수 파동함수로 표현된 무리현상에서 복소수를 실수로 전환하면 파동함수에서 전자의 위치에 따른 존재확률을 계산할수 있다." (53쪽)
9. 전자 - 양성자 - 광자의 상호작용
1) 1전자볼트(eV)는 11,600도다.
2) E=kT : 볼츠만 공식 : 에너지와 온도는 이런 관계에 있다.
"햇빛에서 나오는 광자는 대략 1eV 정도이므로 온도로 환산하면 1만도가 넘는다.
(중략) 원자핵에 구속된 전자가 탈출하려면 이온화에너지가 필요한데, 이때 필요한 수소원자의 최소 이온화에너지는 -13.6eV이고, 온도는 대략 0.02eV (중략) 전자볼트 단위로 표시된 광자의 에너지는 파장으로 전환된다." (54쪽)
갈수록 알수 없다. 어렸을때 배우지 못한 것이 이유일까, 아니면 익숙하지 않기 때문일까? 그냥 받아들이고 외워야하는 것.
"물리현상을 나타내는 물리량은 스칼라, 벡터, 텐서 세가지 종류가 있다. (중략) 스칼라는 허수를 제외한 모든 숫자인 실수이며 직선속의 한점으로 표시된다. 백터는 크기와 방향이 있는 물리량이며, 화살표로 표시할수 있다. (중략) 텐서는 행렬형태로 표시되는 물리량으로, 4차원 시공에서 움직이는 입자의 물리현상을 텐서양으로 나타낼수 있다." (55쪽)
주양자수 n=1이면, K궤도에 전자들이 있다는 말이다. K궤도에는 1s 오비탈만 있다.
주양자수 n=2이면, L궤도에 전자들이 있다는 말이다. L궤도에는 2s, 2p 오비탈이 있다.
주양자수 n=3이면, M궤도에 전자들이 있다는 말이다. M궤도에는 3s, 3p, 3d 오비탈이 있다.
주양자수 n=4이면, N궤도에 전자들이 있다는 말이다. N궤도에는 4s, 4p, 4d, 4f 오비탈이 있다.
주양자수 n=5이면, O궤도에 전자들이 있다는 말이다. O궤도에는 5s, 5p, 5d, 5f 오비탈이 있다.
주양자수 n=6이면, P궤도에 전자들이 있다는 말이다. P궤도에는 6s, 6p, 6d 오비탈이 있다.
주양자수 n=7이면, Q궤도에 전자들이 있다는 말이다. Q궤도에는 7s, 7p 오비탈이 있다.
이것도 재미있는 말이다. 기억할수 있다면 좋겠고, 알수 있으면 좋겠다. 지금은 아는것이 아니라 이렇게 된다는 것을 받아들인다.
1) P, Q 궤도에도 d, f 오비탈이 존재할수 있는데, 실제로는 존재하지 않기 때문에 이렇게 쓴다고 한다.
2) 모든 오비탈의 전자배치 순서는,
1s -> 2s -> 2p -> 3s -> 3p -> 4s -> 3d -> 4p -> 5s -> 4d -> 5p -> 6s -> 4f -> 5d -> 6p -> 7s -> 6d -> 7p
이게 왜 이렇게 되는지는 모든 오비탈에서의 에너지를 다 알아야 하는데, 그냥 선긋기로 해야한다.
3) 각 오비탈에는 쌍으로 전자가 들어간다. 오비탈수는 s(1) -> p(3) -> d(5) -> f(7).
그러므로 알겠다. 최대로 들어갈수 있는 전자수는 s(2) -> p(6) -> d(10) -> f(14)개다.
4) 문제는 궤도orbit는 보어의 원자모형에서 나온 개념으로 지금은 사용되지 않고, 주양자수 n은 에너지 준위를 나타낸다고 한다.
5) 전자는 오비탈orbital에 홀로 있기를 바라지만 전자가 늘어나면 쌍으로 들어간다.
6) 원자번호 40번 5s2 4d2 -> 원자번호 41번 5s1 4d4로 넘어가는 이유는 뭔가? 안정성 때문이란다. 23과 24 사이에서도 나타나고, 많이 나타난다.
7) 결국 원소들의 오비탈 전자배치는 하나의 법칙이 아니라 여러가지 상황에 따라 결정된다고 생각해야 한다.
빛=광자=빛알은 뭔가? 햇님속의 양전자와 전자가 쌍소멸하며 감마선이 만들어진다. 이 감마레이가 수소원자와 헬륨원자핵의 전자를 건드리면, 에너지가 높아졌다=들뜬상태가 되었다가 떨어지면서 가시광선과 자외선과 적외선을 내보낸다. 그러면 세땅earth의 대기에 도착한 빛이, 수소-산소-질소의 전자들을 건드리게 되면 전자들이 들뜬상태로 되었다가 다시 안정하면서 빛을 낼수 있지않을까? 빛의 뿌리는 햇님이지만, 세땅의 대기에서도 빛은 만들어질수 있지 않을까?
코파가 그렇다고 한다. 오로라도 번개도 세땅에서 만들어지는 빛이다. 그래도 뭐하나 건져냈다.
"수소원자의 전자는 원자핵에서 반지름 0.53Å 거리에서 원운동을 하지만 외부에서 입력된 광자를 전자가 흡수하면서 입력된 광자의 에너지에 따라 n=2, 3, 4, 5, 6, 7 궤도로 전자가 도약한다. 높은 에너지 궤도의 전자는 시간이 지나면서 다시 광자를 방출하고 낮은 궤도로 떨어진다.
n=1 궤도로 떨어지면 자외선이 되고, n=2 궤도로 떨어지면 가시광선이 되고, n=3궤도로 떨어지면 적외선이 된다. 전자가 광자를 흡수하거나 방출하는 현상인, 빛의 본질은 원자속 전자의 궤도운동이다." (56쪽)
10. 미시세계와 양자역학
전자의 파동함수를 복소수로 나타내는데, 복소수는 실재하는 자연현상을 나타내는 것이 아니다. 여러번 읽고 한번 따라서 써보는 것으로 만족하지는 말자.
"전자의 파동함수는 원자핵에서 거리와 방향에 따른 함수이다. 양자역학에서는 파동함수의 진폭과 위상을 복소수로 나타내는데, 복소수는 실재하는 자연현상을 나타내는 숫자가 아니다. (중략) 양자역학에서는 전자가 원자핵 둘레를 원운동하는 모델보다 구름처럼 분포하며 존재할 확률을 계산한다. 운동에서 확률분포상태로 뜻이 크게 바뀌게 된다." (58쪽)
공간이 양자화되고, 에너지가 양자화된다.
"보어의 원자모델에서 수소 원자의 반지름은 주양자수 n의 제곱배만큼 멀어지므로 n=1 궤도의 반지름이 0.53Å이면, 두번째 궤도 n=2의 반지름은 첫번째 궤도의 네배, n=3 궤도에서는 아홉배가 된다. 이처럼 정수와 관련된 거리만큼 격리된 궤도가 나타나므로 공간이 양자화되었다고 한다. 양자역학에서는 공간뿐만 아니라 에너지도 양자화된다." (59쪽)
11. 광자의 방출과 레이저
햇빛이 차 내부를 계속 가열해서 뜨거워지는 것으로 알았는데, 그렇지가 않다. 햇빛은 계속해서 자외선-가시광선-적외선을 쏘고, 차안에서 다시 원적외선이 나온다. 그래서 점점 더 뜨거워진다.
이산화탄소는 비대칭구조로 세땅에서 올라오는 원적외선을 다시 세땅으로 반사시키기 때문에 온실가스가 된다. 산소나 질소는 대칭구조로 원적외선에 반응하지 않는다. 수증기와 메탄은 온실가스로 작용한다.
반도체에 전기가 흐르면 1, 흐르지않으면 0이 되는것은, 빛(광자)를 발생시키면 1, 빛이 없으면 0이 된다는 것은 알겠다. 그래서 도대체 무슨 일이 일어나는 것일까, 반도체에서는.
"전자는 광자를 흡수하거나 방출할 수 있다. 전자가 광자를 흡수한 뒤 즉시 다시 광자를 방출하면 형광이 되고, 천천히 방출하면 인광이 된다. 전자는 흡수한 광자의 에너지보다 낮은 에너지의 광자를 방출한다.
이산화탄소의 온실효과도 이산화탄소가 흡수한 광자보다 에너지가 더 낮은, 긴 파장의 광자를 방출하는 현상이다.
자동차 안으로 들어오는 햇빛 속 광자는 자동차 내부 물체 속 전자에 흡수된다. 태양광 광자의 파장은 약 500나노미터인데, 자동차 안의 물체들이 광자를 흡수하여 10마이크로미터 정도 되는 적외선 영역 파장의 광자들을 전자들이 방출한다. 이 긴 파장의 광자들이 자동차 유리를 통과하지 못한 채 반사되기 때문에 차 내부에 갇히면 차 안의 온도가 50도를 넘을 수 있다. 겨울에 식물을 키우는 온실도 온실 안의 물체들이 방출하는 광자의 파장이 길어 온실 유리를 통과하지 못해 온도가 올라가는 것이다.
광통신 반도체 레이저도 전자가 광자를 방출하는 현상에서 만들어지는 반도체 소자다. 반도체 레이저에 도선을 통해 전자를 주입하면 에너지 준위가 높은 전도대 conduction band에 전자밀도가 높아져서 전도대에서 에너지가 낮은 가전자 대역 valance band으로 전자들이 집단으로 이동한다. 이 과정에서 전도대와 가전자 대역의 에너지 차이에 해당하는 광자가 대량 생성된다. 전자에서 방출된 광자들이 반도체 레이저 양쪽 거울 면에서 다중으로 반사되어 결맞은 강한 광자 다발을 형성하여 한쪽 거울면으로 방출되는 것이다.
(중략) 반도체 레이저 다이오드는 전자가 입력되면 광자가 출력되고, 전자가 입력되지 않으면 광자가 생성되지 않는다. (중략) 반도체 발광소자의 본질도 전자가 광자를 방출하는 능력의 예일 뿐이다." (60~1쪽)
12. 보손과 커미universe를 구성하는 네가지 힘
페르미온은 물질입자다. 쿼크가 있고, 전자-뮤온-타우가 있다.
보손은 에너지를 전달한다. 광자는 전자기력 / 중력자는 중력 / 글루온은 강력 / W+, W-, Z는 약력을 전달하는 보손이다.
기본입자들은 양자다.
1) 페르미온은 물질입자로 쿼크와 랩톤(경입자)로 나뉜다. 기준은 핵력의 영향을 받느냐다.
ㄱ) 쿼크 : u d / s c / t b
ㄴ) 랩톤 : 전자-뮤온-타우 / 전자중성미자 - 뮤온중성미자 - 타우중성미자가 있다.
2) 보손은 에너지를 전달한다.
ㄱ) 광자는 전자기력
ㄴ) 중력자는 중력
ㄷ) 글루온은 강력
ㄹ) W+, W-, Z는 약력을 전달하는 입자인 보손이다.
| 종류 | 매개하는 힘 | 특징 |
| 광자 (Photon) | 전자기력 | 빛의 입자이며, 질량이 없고 무한한 거리까지 힘을 전달합니다. |
| 글루온 (Gluon) | 강한 핵력 | 쿼크들을 묶어 양성자와 중성자를 만듭니다. '풀(Glue)'처럼 아주 강력합니다. |
| W / Z 보손 | 약한 핵력 | 원자핵의 붕괴(베타 붕괴)와 관련이 있으며, 질량이 매우 무겁습니다. |
| 중력자 (Graviton) | 중력 | 아직 실험적으로 발견되지는 않았지만, 중력을 전달할 것으로 예측되는 입자입니다. |
13. 전하중화원리
1쿨롱은 1암페아의 전류가 1초 동안 흐르는 전하의 양이다.
"전자와 양성자의 전하량은 1.6x10의 19빼곱 쿨롱으로, 1쿨롱은 1암페어의 전류가 1초동안 흘렀을때 이동한 전하의 양이며, 전자 6.25x10의 18곱개의 전하량이다. 만약 작은 조약돌을 구성하는 원자들의 전하가 중화되지 않았다면 만지는 순간 감전되니 매우 위험하다." (67쪽)
14. 햇님에너지의 기원
햇님의 표면온도는 5,800도이고, 중심온도는 천만도이다. 햇님 중심부의 중수소와 양성자가 부딪힐때 만들어진 감마선은 100만년이 걸려 해의 표면으로 나온다. 그런데, 이것은 처음의 감마파는 아니다. 감마파가 어떤 알갱이에 부딪히면, 그 알갱이가 조금 에너지가 낮은 파장을 내놓고, 그 파장은 다시 알갱이와 충돌한다. 이런식으로 햇님의 표면으로 나온 빛이 처음에 만들어진 그 빛이라고 할수는 없어 보인다. 백만년 뒤에 태어난 손자뻘이라고 하면 좋겠다.
"양성자와 양성자의 핵융합으로 햇님에너지의 대부분이 만들어지지만 이 확률이 매우 낮아서 햇님은 100억년 정도 에너지를 방출할수 있다. (중략) 햇님 중심에서 출발한 광자가 표면에 도달하기까지는 많은 충돌과정을 거쳐 대략 100만년 이상의 시간이 쓰여진다." (69~70쪽)
15. 핵융합과 원소의 탄생
수소와 헬륨은 빅뱅후 3분 이내에 만들어졌다. 나머지 원소들이 만들어지는데는 5억년이 걸렸다.
중성자는 음의 베타붕괴를 한다. n -> v- + p + e-
원자번호 26인 철보다 무거운 원소들은 초신성폭발 때 빠르게 만들어진다. 이때 중요한 것이 중성자의 밀도인데, 중성자가 원자핵에 빠르게 많이 흡수되고, 이들이 다시 양성자로 핵변환이 일어나게 되면, 많은 새로운 원소들이 = 양성자가 많아진 원소들이 만들어지게 된다.
"수소원자핵인 양성자는 빅뱅후 100만분의 1초가 지난뒤 출현했고, 헬륨 원자핵인 알파입자는 빅뱅후 약 3분이 지나서 합성되었다. 주기율표의 약 90개 원소는 백뱅후 5억년이 지난 후 별속에서 합성되었다.
(중략) 철보다 가벼운 원소들은 대부분 느린과정의 핵변환과정을 통해 만들어진다. 빠른과정은 초신성이 폭발할때 만들어지는 고밀도의 중성자에서 생성되는 핵변환 과정이다. 초신성 폭발에서 수초내에 진행도는 빠른 핵합성 과정에서 철보다 무거운 원소들이 만들어진다." (75~6쪽)
빅뱅으로 중력이 있었고, 전자와 양성자가 나왔다. 전자는 빛을 만들고 양성자는 물질을 만들었다. 전자와 양성자와 빛은 세땅에서 사룸을 만들었다.
"별, 세땅earth, 사룸life은 모두 전자, 광자, 양성자가 상호작용한 결과다. (중략) 전자와 양성자만이 오랜시간 붕괴되지않고 존재하여 수소원자를 만든다. 광자는 광속으로 움직이는 에너지 그자체이고, 전자에서 광자가 만들어지고 흡수될수 있다." (78쪽)
16. 별의 일생과 햇님의 운명
원자번호 26의 철은 핵융합으로 에너지를 만들수 없는 원소다. 별의 중심핵이 철이 되면, 별에서 에너지를 만들수 없게 되어 중심핵은 중력수축으로 붕괴하고, 별의 껍데기는 폭발하여 흩어진다. 중력수축으로 붕괴하는 철의 양성자들이 전자들과 결합하여 중성자로 바뀌면서 밀도가 높고 무거운 중성자별이 된다. 자연상태에서 중성자는 베타붕괴하여 양성자가 되지만, 엄청난 중력과 핵력으로 만들어진 중성자별은, 중성자의 베타붕괴를 막고 안정한다.
"양성자와 양성자가 핵융합하는 순간에 별이 탄생하고, 그 마지막엔 초기질량에 따라 백색왜성, 중성자성, 블랙홀이 된다. 별의 마지막 운명은 별 탄생시 초기 밀도가 결정한다. 밀도는 단위부피당 질량이다." (79~80쪽)
주계열성은 별이다. 수소 핵융합으로 에너지를 얻는 별. 별은 폭발하여 흩어지는 힘과 중력수축으로 모이는 힘이 균형을 이룰때 만들어지고 유지된다. 주계열성은 수소별이다. 헬륨 핵융합으로 에너지를 얻는 별은 큰별(적색거성, 청색거성)이고, 핵융합을 하지않는 하얀별(백색왜성)이 있고, 중성자가 모인 중성자별, 빛조차 빠져나오지 못하는 블랙홀이 있다. 블랙홀이 되는 별은, 초기 질량이 세땅보다 30배 이상 무겁다.
햇님은 모든 사룸life을 삼키는 적색거성을 거쳐 하얀별이 된다.
하얀별은 다이아몬드이며, 그 빛은 죽음의 빛이다.
하얀별은 마지막으로 까만별이 된다.
발견된 다이아몬드별의 이름은 루시고, 오스트랄로 피테쿠스 아파렌시스의 이름도 루시다.
처음과 끝의 이름이 모두 루시다.
1) 햇님처럼 작은 별들은 적색거성을 거쳐 하얀별이 되고
2) 초기질량이 큰 다른 별들은 중성자별이 되거나 블랙홀이 된다.
"햇님 질량 정도의 별은 약 천만년쯤 되는 시간 동안 중력수축을 통해 중심 영역에서 4개의 양성자가 1개의 헬륨원자핵으로 전환하는 핵융합을 한다. 중심핵이 수소 핵융합하는 단계의 별을 주계열성이라 한다.
(중략 / 100억년후 수소를 다쓰고 나면) 헬륨이 탄소로 변환되는 핵융합이 일어나기 때문에 햇님의 중심부에는 탄소가 쌓이기 시작한다.
(중략 / 적색거성에서) 맥동변광성 단계를 거친 햇님이 외곽물질들을 성간물질로 분출하면서 중심핵은 탄소가 강한 중력으로 축퇴된 상태의 별이 된다. 중심핵의 탄소가 강한 중력으로 축퇴되면 다이아몬드가 된다.
(중략) 햇님의 일생은 별이 되는 천만년 정도의 중력수축단계, 적색거성에서 백색왜성이 되는 수억년의 단계로 구분된다. 마지막 백색왜성은 광자를 방출하면서 서서히 에너지를 잃게되어 어두운 흑색왜성이 될수있다.
(중략) 별의 삶은 팽창하는 핵융합 복사에너지와 수축하는 중력에너지의 균형이 지배한다. " (79~83쪽)
