Doctor of Public Health 전상훈입니다
Q. 생태계는 어떤 요인에 의해서 변화할까요?
안녕하세요. 자연적 요인으로는 기후 변화, 자연 재해(지진, 화산 폭발, 태풍 등), 생물들 간의 상호작용 변화(ex : 포식자와 피식자 간의 관계), 그리고 질병의 발생 등이 포함됩니다. 예를 들어, 기후 변화는 평균 온도의 변화를 일으켜 식물의 개화 시기나 동물의 이주 패턴을 변경시킬 수 있습니다. 또한, 자연 재해는 특정 지역의 서식지를 완전히 변형시켜 생물 다양성에 광범위한 영향을 미칠 수 있습니다. 인위적 요인으로는 서식지 파괴, 환경 오염, 외래종의 유입, 그리고 자연 자원의 과도한 이용 등이 있습니다. 이 중 서식지 파괴는 도시화, 농업 확장, 채광과 같은 활동으로 인해 발생하며, 생물들의 서식 공간을 감소시켜 생물 다양성의 감소로 이어집니다. 환경 오염은 수질과 토양의 오염을 초래하며, 생물체의 생존과 번식에 직접적인 영향을 미칩니다. 외래종의 유입은 종종 기존의 생태계 균형을 교란시키며, 원래 있던 종을 위협하거나 멸종시킬 수 있습니다. 자연적 요인과 인위적 요인 중 어느 것이 생태계 변화에 더 큰 영향을 미치는지는 상황에 따라 다를 수 있습니다. 그러나 현대에 들어서는 인위적 요인이 생태계에 미치는 영향이 점차 증가하고 있습니다. 특히, 기후 변화는 인위적 활동, 특히 화석 연료의 사용과 산업 활동으로 인한 온실 가스 배출이 주된 원인이므로, 자연적 요인과 인위적 요인의 경계가 모호해지는 경우도 많습니다. 이러한 요인들은 단독으로 작용하기보다는 서로 상호작용하며 생태계에 영향을 미치므로, 생태계 관리와 보존을 위해서는 이러한 다양한 요인들을 종합적으로 고려하여 접근해야 합니다. 생태계 보호 및 복원 작업은 지속 가능한 방식으로 자연 자원을 관리하고, 외래종의 유입을 제어하며, 기후 변화의 영향을 최소화하는 전략을 포함해야 합니다.
Q. 왜 해바라기는 해를 쫓아서 움직이는것인지 궁금 합니다.
안녕하세요. 해바라기가 해를 따라 움직이는 현상, 즉 일중성은 이 식물의 독특한 적응 현상 중 하나입니다. 이 능력은 주로 해바라기의 생애 초기 단계에서 관찰됩니다. 이러한 행동이 나타나는 이유는 다양하며, 생존과 최적의 성장을 촉진하는 진화적 이점과 관련이 있습니다. 먼저, 해바라기가 해를 따라 움직이면 광합성 효율을 극대화할 수 있습니다. 광합성은 식물 성장에 필수적인 과정으로, 태양광을 이용하여 이산화탄소와 물을 포도당과 산소로 전환합니다. 해를 향해 꽃을 돌리면서 해바라기는 더 많은 햇빛을 포착할 수 있어, 고정된 상태일 때보다 더 많은 에너지를 광합성을 통해 생산할 수 있습니다. 게다가, 이 움직임은 해바라기 줄기의 양쪽에서 다른 성장 속도에 의해 촉진됩니다. 이러한 차등 성장은 식물 호르몬인 아욱신에 의해 조절되며, 빛에 대한 반응으로 줄기 내에서 아욱신이 재분배됩니다. 햇빛을 덜 받는 줄기 쪽에서 아욱신 농도가 높아져 더 빠르게 성장하므로, 줄기가 햇빛을 향해 구부러집니다. 특히 성숙한 해바라기는 주로 하루 종일 동쪽을 향합니다. 성숙 시 동쪽을 향하는 것은 온도 조절과 이슬 증발을 돕고, 아침에 활동하는 수분 매개 곤충인 벌에게 더 매력적으로 보이게 하기 위한 것으로 생각됩니다. 요약하자면, 해바라기의 일중성 움직임은 단순한 특성이 아니라 광합성을 최적화하고 번식 성공을 높이기 위한 복잡한 생존 전략입니다. 이러한 적응은 환경적 도전에 대한 식물의 진화적 반응을 반영하며, 자연 서식지에서 경쟁 우위를 확보하는 데 도움을 줍니다.
Q. 일반화학 자유 에너지(G)랑 에너지(E)의 차이가 뭔지 궁금합니다
안녕하세요. 에너지(E) 일반적으로 에너지(E)라고 언급될 때, 이는 시스템의 총 에너지를 의미합니다. 이는 주로 내부에너지(U)로 불리며, 시스템의 온도, 부피 및 분자 구조 등에 의해 결정되는 에너지의 총합입니다. 내부에너지는 시스템이 가지고 있는 모든 에너지 형태를 포함하며, 주로 열적, 기계적, 화학적 에너지 등을 포함합니다. 자유 에너지(G) 반면에 자유 에너지(G), 특히 기브스 자유 에너지는 시스템이 일을 할 수 있는 능력을 나타내는 에너지입니다. 기브스 자유 에너지는 특정 온도와 압력 하에서 시스템이 외부로 일을 할 수 있는 최대의 유용한 에너지를 의미합니다. 기브스 자유 에너지의 변화량(ΔG)은 반응이 자발적으로 일어날 수 있는지 여부를 결정하는 주요 지표입니다. ΔG가 음수인 경우, 반응은 자발적으로 일어납니다. 에너지와 자유 에너지의 관계 시스템이 도달할 수 있는 가장 에너지가 낮은 상태라는 표현은 자발적인 반응의 결과로 도달할 수 있는 상태를 가리킵니다. 열역학적 관점에서, 이는 시스템의 자유 에너지(G)가 최소화된 상태를 의미합니다. 반응이 진행될수록, 시스템의 기브스 자유 에너지는 감소하며, 평형 상태에 도달했을 때 가장 낮은 값을 갖습니다. 따라서, 평형에서 시스템이 도달할 수 있는 가장 낮은 에너지 상태는 실제로 가장 낮은 자유 에너지 상태를 의미합니다. 즉, 평형에서 이야기하는 에너지는 전통적인 총 에너지(E)가 아니라, 조건에 따라 변화할 수 있는 자유에너지(G)를 지칭합니다. 이는 시스템이 외부와의 에너지 교환 없이 자발적으로 도달할 수 있는 에너지 상태를 말하며, 이는 곧 반응이 평형에 이를 때 최소화되는 기브스 자유 에너지를 의미합니다.
Q. 일반화학 열역학 ΔG 와 ΔG°의 차이
안녕하세요. ΔG° (표준 기브스 자유에너지 변화) ΔG°는 모든 반응물과 생성물이 표준 상태에 있을 때의 기브스 자유에너지 변화를 나타냅니다. 여기서 '표준 상태'란 순수한 물질의 경우 1기압(또는 1 atm)의 압력과 지정된 온도(보통 25°C)에서의 상태를 의미합니다. ΔG°는 반응이 완전히 진행됐을 때 달성할 수 있는 에너지 변화의 최대치를 나타내며, 이 값은 고정적이고, 반응의 내재적 성질을 나타냅니다. ΔG (기브스 자유에너지 변화) ΔG는 실제 반응 조건에서의 기브스 자유에너지 변화를 나타냅니다. 이는 반응물과 생성물의 농도나 분압이 표준 상태와 다를 때 적용됩니다. ΔG의 값은 반응의 실제 진행 방향을 결정하며, ΔG가 음수일 경우 반응은 자발적으로 일어납니다. ΔG는 다음 공식으로 계산할 수 있습니다 : ΔG = ΔG° + RT * ln(Q) 여기서 Q는 반응 지수(농도 비율)이며, R은 기체 상수, T는 절대 온도입니다. 예시로 설명을 드리면, 농도의 영향은 : ΔG° : A + B → C의 반응에서 A, B, C 모두 1M 농도에서의 ΔG°를 계싼합니다. ΔG : 같은 반응에서 A = 0.5M, B = 0.5M, C = 1.5M일 경우, Q = [C] / ([A][B]) = 1.5 / (0.5 × 0.5) = 6 이므로, ΔG는 ΔG°에서 RT * ln6 만큼 조정됩니다. 분압의 영향은 : ΔG° : H₂(g) + 1/2 O₂(g) → H₂O(g)에서 모든 기체의 분압이 1 atm일 때의 ΔG° ΔG : H₂의 분압이 2 atm, O₂의 분압이 0.5 atm, H₂O의 분압이 1 atm일 경우, Q = [H₂O] / ([H₂] * [O₂]^(1/2)) = 1 / (2 * (0.5)^(1/2)) 이므로, ΔG는 이 값에 따라 다시 계산됩니다. 이러한 방식으로, ΔG°ΔG°ΔG°와 ΔGΔGΔG의 차이를 이해하면 각기 다른 조건에서 반응의 자발성과 방향을 예측할 수 있습니다. 이 개념은 화학 반응의 설계, 제어, 그리고 분석에서 근본적인 역할을 합니다.
Q. 세계적으로 보호가 시급한 생태계는 어디인가요???
안녕하세요. 세계적으로 보호가 시급한 생태계는 그들의 유일성과 현재 직면하고 있는 심각한 위협 때문에 중요한 관심을 요구합니다. 이러한 생태계들은 생물 다양성의 보고이며, 지구의 건강을 유지하는 데 필수적인 역할을 합니다. 대표적으로 열대우림, 산호초, 습지 등이 있습니다. 이들 각각은 특유의 환경적 가치를 지니며, 인간 활동과 자연적 변화에 의해 심각한 위협을 받고 있습니다. 열대우림은 지구상에서 가장 높은 생물 다양성을 보유하고 있습니다. 이 지역들은 대규모 벌목, 농지 확장 등으로 인해 심각한 파괴를 겪고 있습니다. 열대우림의 파괴는 탄소 배출을 증가시켜 기후 변화를 가속화하며, 수많은 종의 서식지를 소멸시킵니다. 산호초는 해양 생태계의 중심에 서 있으며, 많은 해양 생물들의 서식지를 제공합니다. 기후 변화로 인한 해수 온도 상승, 산성화, 오염은 산호초를 표백시키고, 그 구조를 약화시킵니다. 이는 해양 생물 다양성의 감소와 어업 자원의 위축을 초래합니다. 습지는 탁월한 수자원 관리 기능을 수행하며, 많은 종의 번식지로 활용됩니다. 그러나 도시화, 산업화로 인해 많은 습지가 소실되었습니다. 습지의 감소는 홍수 조절 기능의 약화, 수질 저하 등을 가져옵니다.