안녕하세요 설효훈 전문가입니다.
화학
Q. 미세먼지는 어떠한 원리로 인해서 생기는 건가요?
안녕하세요. 설효훈 과학전문가입니다. 미세먼지 발생원은 자연적인 것과 인위적인 것으로 구분되는데 자연적 발생원은 흙먼지, 바닷물에서 생기는 소금, 식물의 꽃가루 등이 있습니다. 인위적 발생원은 보일러나 발전 시설 등에서 석탄 · 석유 등 화석연료를 태울 때 생기는 매연, 자동차 배기가스, 건설현장 등에서 발생하는 날림먼지, 공장 내 분말 형태의 원자재, 부자재 취급공정에서의 가루 성분, 소각장 연기 등이 있습니다.미세먼지의 인위적 발생원은 공장의 굴뚝 등에서 고체 상태로 나오는 경우인 1차 발생과 가스 물질이 다른 물질과 화학반응을 일으키는 2차 발생으로 나뉩니다.2차 발생은 화석연료가 연소하는 과정에서 배출되는 황산화물이 수증기, 암모니아와 결합하거나 자동차 배기가스의 질소산화물이 오존 등과 결합하는 과정을 말합니다. 이는 전체 미세먼지 발생량의 3분의 2를 차지할 만큼 비중이 높습니다. 대기오염물질인 휘발성 유기화합물, 질소산화물, 황산화물 등이 미세먼지로 전환되는 과정은 다음과 같습니다. 우선 자동차 배기가스, 주유소 유증기 등에 많이 포함된 휘발성 유기화합물(VOCs)은 반응성이 강한 물질(OH, O3 등)과 화학반응을 일으켜 2차 유기 입자(Secondary Organic Particles)가 됩니다.또한, 각종 연소과정에서 발생한 질소산화물(NO, NO2)은 대기 중 오존(O3) 등과 반응해 산성 물질인 질산(HNO3)을 생성하고, 이는 대기 중 알칼리성 물질인 암모니아(NH3)와 반응하여 질산암모늄(NH4NO3)이 됩니다. 이 질산암모늄(NH4NO3)은 입자상 물질로서 2차적 미세먼지입니다. 아울러 아황산가스(SO2)는 수증기 등과 반응하여 황산(H2SO4)이 되고, 이는 다시 암모니아 등과 반응하여 황산암모늄((NH4) 2SO4) 등 미세먼지 입자를 생성합니다.이 밖에 가정에서 발생하는 경우도 있습니다. 가스레인지, 전기 그릴, 오븐 등 조리 시에 발생하는 미세먼지가 그것입니다. 음식 표면에서 15~40nm 크기의 초기 입자가 생성되고 재료 중의 수분, 기름 등과 응결하여 그 크기가 커지는 것으로 알려져 있습니다. 조리법에 따라 발생 정도가 다른데 삶을 때보다는 굽거나 튀길 때 더 많이 발생합니다. 이때는 평소보다 2배에서 60배 많은 양이 발생하는 것으로 알려져 있습니다.출처 : 환경부와 친해지구 - 미세먼지, 너는 누구니? 미세먼지의 모든 것
지구과학·천문우주
Q. 급궁금한사항인데 사막에 오아시스가실제존재 가능한원리가궁금합니다.
안녕하세요. 설효훈 과학전문가입니다. 사막 기후에서는 빗물이 고여 웅덩이를 이룰 수 없기 때문에, 대부분의 오아시스는 땅 속을 흐르는 지하수가 지층을 뚫고 나오는 지점에 형성된다. 바싹 말라 있는 사막의 지표면을 보면 상상하기 힘든 일이지만 수천, 수만 년에 걸쳐 스며든 빗물이 지하에 고여 지하수 층을 이루는데 이를 대수층이라 한다. #지도를 보면 알겠지만 광활한 사하라 지하에 저렇게 많은 물이 고여 있는 것. 이 대수층 자원은 수만 년에 걸쳐 누적된 것이고 한 번 뽑아쓰면 다시 사용할 수 있는 자원은 아니다. 어쨌거나 이런 대수층이 지표면 낮은 곳에서 풍화 등으로 용출되는 경우가 있는데 이것이 바로 사하라 사막에서 볼 수 있는 오아시스다. 일례로 이집트 서부의 "시와 호수"라는 큰 오아시스는 해수면보다 10미터나 더 아래쪽에 위치해 있다. 그 규모도 직경을 수십 km 단위로 따져야 하며 어지간한 마을들을 먹여살리고 인근 평원에서 대추야자 농사까지 할 정도가 된다. 위에 링크된 대수층 지도에서 초당 20리터 이상 용출되는 가장 진한 색 대수층이 있는 곳이다.출처 : 나무위키 - 오아시스
지구과학·천문우주
Q. 물이 증발되는 과정을 과학적으로 어떻게 설명할수 있나요?
안녕하세요. 설효훈 과학전문가입니다. 물이 수증기로 변하는 과정 - 증발과 끓음액체의 표면에서 액체 상태의 입자가 기체 상태로 변하는 것을 '증발'이라고 하는데, 증발은 액체 표면에 있는 활동성이 강한 입자들이 그들 간의 잡아당기는 힘을 끊고 공기 중으로 튀어나오기 때문에 발생합니다.(출처 : 에듀넷-물과 수증기) 즉, 물체에 열이 가해지면 물체 안에 분자들이 열에너지를 운동에너지로 변환되고 그러면서 분자들의 사이가 멀어지면서 분자들의 결합이 멀어지고 그로 인해서 부피가 커지면서 밀도가 작아지고 공기중으로 올라가게 되는 원리 입니다.
생물·생명
Q. 공룡은 어떤 원리로 인해 멸종하게 된 건가요?
안녕하세요. 설효훈 과학전문가입니다. 공륭 멸종은 정확한 원인은 확인 되지 않아서 다 가설을 바탕으로 추정하고 있습니다. 제일 많이 이야기하는 것이 운석의 충돌에 따른 지각 변동 및 화산 폭팔 그리고 태양에너지가 지구에 들어 오지 못하면서 기후 변화 및 식량 단절등의 가설이 가장 많이 이야기 됩니다. 그 외에 도 지각 변동에 의한 화산 폭발 등등이 있습니다.
지구과학·천문우주
Q. 월면토의 성분은 어떤 것들로 이루어져 있나요?
안녕하세요. 설효훈 과학전문가입니다. 달의 월면토는 수분과 미생물이 없는 흙으로 주요 구성물은 산소, 규산염, 칼륨 등이 포함되어 있습니다. 이러한 성분은 지구의 토양과는 큰 차이가 있어 식물이 성장하기에 어려움이 있습니다. 이러한 차이점을 보완하기 위해 식물이 성장하는데 필요한 질소와 식물이 흡수할 수 있는 형태의 인을 추가하여 토양의 물리적, 화학적 특성을 변화시켜 비옥한 토양으로 만들어줄 필요가 있었습니다.출처: 똘똘한블로그:티스토리 - 달 월면토, 박테리아로 식물 성장 촉진
지구과학·천문우주
Q. 비오는 날에 미세먼지가 없는 이유 무엇인가요?
안녕하세요. 설효훈 과학전문가입니다. ■대류성 강수, 소나기지표면에 뜨거운 열기를 가하면 지표면의 공기는 가열되어 상승하게 되고, 상층의 차가운 공기는 하강하면서 열 균형을 이루게 돼요. 이러한 과정을 대류라고 하는데 가열된 공기가 상승하는 과정에서 구름이 형성되고 비가 내린답니다. 우리나라는 여름철 뜨거운 태양 아래 지표면이 달궈지면 뜨거워진 공기가 상승하면서 갑작스럽게 비가 내리게 되는데 이러한 비를 소나기라고 불러요. 열대 지방에서는 이러한 비를 스콜(squall)이라 부르며 더운 열대 지방의 기온을 낮춰주는 역할을 한답니다. 이러한 강수의 형태를 대류성 강수라고 해요.■지형성 강수와 다우지또 다른 비 생성 조건은 공기가 이동하다 상승하는 경우인데요. 공기가 수평 방향으로 이동을 하다가 산지를 만나게 되면 어쩔 수 없이 상승하게 돼요. 상승한 공기는 응결되어 구름이 형성되고 비가 내리는데 이러한 강수의 형태를 지형성 강수라고 한답니다.우리나라에서 비가 많이 오는 다우지를 살펴보면 모두 산지의 바람받이 사면 쪽에 위치해 있어요. 우리나라는 서풍계열의 바람이 주로 불고, 여름철은 북태평양기단의 영향으로 남풍이 불어요. 그래서 우리나라의 산지의 서쪽사면과 남쪽 사면에 강수량이 많답니다. 산지 사면에서 비를 내린 바람은 건조해져 반대쪽 산지 사면으로 넘어가면 기온이 올라가요. 이러한 현상을 푄현상이라고 하고 우리나라에서는 영동 지방에서 영서 지방으로 부는 높새바람이 대표적이에요.봄이 오기 전 우리나라에는 북동풍이 불어오면 영동 지방은 폭설이 내려요. 이 폭설은 대표적인 지형성 강설로 강원도 지역에 큰 피해를 끼치게 돼요.■전선성 강수, 장마 차가운 공기 덩어리와 따뜻한 공기 덩어리가 만나게 되면 따뜻한 공기 덩어리가 차가운 공기 덩어리 위로 상승하게 되는데 이때 비가 내려요. 공기 덩어리를 기단이라고 하고, 성질이 다른 기단이 만나는 선을 전선이라고 한답니다. 여름철 우리나라에서는 쪽의 차가운 시베리아 기단, 오호츠크 해 기단과 남쪽의 따뜻한 북태평양 기단이 만나게 돼요. 그러면 전선을 형성하여 비가 오는데 우리는 이러한 비를 장마라고 부른답니다. 장마는 대표적인 전선성 강수에요.■저기압성 강수, 태풍 바람은 고기압에서 저기압으로 불어요. 강력한 저기압이 형성되면 주변에서 바람이 불어 들어오는데 이를 수렴이라 하고 이때 공기가 상승한답니다. 이렇게 만들어진 강력한 저기압은 비와 함께 강한 바람이 동반되는데 이를 태풍이라고 불러요. 태풍은 여름철 열대 해상에서 만들어져 북쪽으로 이동하면서 우리나라에 영향을 주게 돼요. 이러한 강수를 저기압성 강수라고 부른답니다.출처 : 교육부 블로그 - 비가 내리는 조건에는 무엇이 있을까요?
지구과학·천문우주
Q. 고래 등에 있는 구멍은 역할이 뭔가요?
안녕하세요. 설효훈 과학전문가입니다. 포유류라서 아가미가 아닌 폐로 호흡하기 때문에 수중에서 호흡이 불가능하고 정기적으로 수면으로 올라가서 숨을 내쉬어야 한다. 이 때문에 어린이용 동화책이나 미디어 등에서 고래를 형상화한 모습은 십중팔구 등에서 물을 뿜는 모습을 그려놓는 걸 자주 볼 수 있는데, 이건 등에 난 숨구멍에서 숨을 한꺼번에 뿜어대는 콧김 + 숨구멍 안에 차 있는 물을 뿜어대는 것이지 고래 체내의 물을 밖으로 배출하는 것은 아니다. 이 숨구멍은 흔히 '고래 코'라고 불리는데, 실제로 포유류의 콧구멍+비강에 해당한다. 다만 다른 포유류와 달리 얼굴 한가운데가 아니라 등 한가운데에 있을 뿐이다. 말인즉슨 고래 등의 숨구멍은 하나가 아니라 콧구멍처럼 두 개다. 사람들이 의외로 잘 모르는 부분이다. 고래를 해부해 보면 폐에서 나온 기관지가 길다란 비강을 통해 숨구멍으로 연결되어 있는 것을 볼 수 있다. 즉 위상학적으로 보면 사람이나 개의 콧잔등에 해당하는 부분이 고래는 어마어마하게 크고 돌출되어 있으며 그 안에는 지방덩어리(뇌향기관)가 들어있는 셈이다. 출처 : 나무위키 - 고래
전기·전자
Q. 평소궁금한사항인데 잠수함이뜨고가라앉는원리가궁금해요
안녕하세요. 설효훈 과학전문가입니다. 잠수함의 원리 잠수함 탱크 내부를 공기로 채우면 수면 위로 떠오르고, 물로 채우면 가라앉는다. 잠수함은 내부에 물이나 공기를 채울 수 있는 빈 탱크가 있다. 탱크 내부 대부분의 부피를 공기로 채우면 잠수함의 밀도가 바닷물의 밀도보다 작아져 물 위로 떠오른다.출처 : 금성출판사 티칭백과 - 잠수함의 원리
지구과학·천문우주
Q. 평소에궁금한건데 비행기조정사보니 중력시험하던데 이게왜필요한지궁금해요
안녕하세요. 설효훈 과학전문가입니다. 본격적으로 모든 조종사들에게 원심가속기를 이용한 G내성 훈련을 실시한 것은 1983년부터였다. 1970년대 말엽부터 9G 기동이 가능한 F-15와 F-16 같은 최신예 전투기가 등장하면서 G-LOC(중력에 의한 의식상실) 사고 역시 급증하였기 때문. 미 공군 항공생리학교는 1970년대 중반부터 이러한 상황을 예견하고, 각종 G내성에 대한 연구 및 9G 에서의 대처 방법, 훈련 방법 등에 대해 연구하였으나, 일선 부대에서는 아직 이에 대한 이해가 부족하였다. 결국 미 공군 항공생리학교에서 일선부대를 돌아다니며 높은 G에서 발생하는 현상을 담은 교육 자료와 비디오 테이프를 보여 주어 조종사들에게 경각심을 주었고, 또 마침 G-LOC 사고가 연이어 발생하자, 1983년 미 전술 항공 사령부(TAC)에서 본격적으로 일선 조종사들에게 원심가속 훈련을 포함한 G내성 훈련을 실시하였다. 이후 1988년에 가서야 LIFT(Lead in Fighter Training, 훈련기만 타던 학생 조종사가 전투기 조종사로서의 훈련을 받는 과정) 과정에 G내성 훈련 과정을 추가하였다.출처 : 나무위키 - G-LOC
생물·생명
Q. 꽃들에 색을 걸정하는 것은 어떤 요소들인가요?
안녕하세요. 설효훈 과학전문가입니다. 꽃의 색깔이 생기는 메커니즘을 한 마디로 표현한다면 '개화에 맞추어 꽃의 세포 안에 색소가 고임으로써 각각의 꽃에 특유한 색깔이 만들어진다.’고 할 수 있다. 식물은 세포 안에서 화학 반응에 의해 물이나 이산화탄소 등으로부터 다양한 물질을 만들어 낸다. 색소도 그렇게 해서 만들어지는 물질의 하나이다. 색소가 만들어지는 방식은 자동차 공장의 생산 라인을 떠올리면 이해하기 쉽다. 각 공정에서 다양한 부품 이 추가됨으로써 최종적으로 자동차가 완성되듯이, 색소도 식물의 세포 안에서 다양한 화학 반응을 거쳐 만들어진다. 여기에서 부품을 추가하는 작용을 하는 것이 '효소'라는 단백질이다. 각각의 화학 반응에는 특정한 효소가 필요하다. 색소에는 다양한 구조의 것이 있는데, 각각의 구조마다 정해진 색깔(파장)의 빛을 흡수하고 다른 색깔의 빛을 반사한다. 그래서 색소마다 다른 색깔이 되고, 그 반사된 색깔이 우리의 눈에 들어오는 것이다. 한편 꽃의 색소에는 기본적인 구조의 공통점을 기준으로 해서 플라보노이드, 카로티노이드, 베타레인, 클 로로필(엽록소) 등의 네 그룹으로 분류된다. 같은 그룹의 비슷한 구조의 색소에서도 사소한 차이로 색깔 의 차이가 커지는 수도 있다. 네 그룹의 전체 색소를 합하면 그 수는 수천 가지나 된다고 한다. 또 같은 색소에서도 pH(피에이치, 페하 : 산성도)나 함께 있는 다른 색소 등의 조건에 따라 색깔이 바뀌는 일이 있다. 예컨대 푸른색의 나팔꽃은 꽃이 피기 직전에는 붉은 보라색인데 개화와 더불어 선명한 푸른색 으로 변한다. 이는 pH의 변화 때문이다. 또 수국의 경우에는 색소와 함께 존재하는 알루미늄 이온의 농도 에 따라 색깔이 변한다. 색소의 구조 차이나 이러한 조건의 차이 등에 따라 다양한 꽃의 색깔이 생기는 셈이다.출처 : 과학잡지 뉴턴 - 꽃의 다양한 색깔은 어떻게 만들어지는가?