5월의 작은 선인장

이 글은 번개에 대한 단상들을 모아보려고 합니다. 그냥 재미있게 읽어주세요.


지금 이 순간.... 하늘에서 번개가 많이 치고 있네요...^^
옛말에 겨울에 번개가 치면 양반이 망한다는 이야기가 있었죠.
예전에는 정말 겨울에 번개가 거의 안 쳤는데.... 최근 수 년간은 1년에 두세 번 정도는 겨울에 번개가 치는 것 같습니다. 아마 온난화의 영향일지도 모르겠네요....
아직 겨울에 치는 번개의 발생원리는 과학적으로 해명되지 않고 있는 것 같습니다. 솔직한 과학자들의 고백에 의하면 아직 비가 오는 것도 명확한 설명을 하지 못하고 있답니다.
아직 과학이 나아갈 길이 멀었다는 이야기죠. ^^;;;;;

생명의 기원 번개

번개는 자연속에서의 방전현상입니다.
이 방전현상은 지구가 생겨났을때부터 있어왔습니다.
지구가 생겨났을때에는 아마도 암모니아나 메탄의 결정으로 구성된 구름과 지표면 사이의 마찰에 의한 전압차이로 인해서 번개가 발생했을 것 같습니다.

번개의 발생은 환원성분이 많았던 초기 원시 지구에서 환원성분들을 모아서 보다 분자량이 큰 아미노산같은 유기물을 만들어 내게 됐습니다. 그리고 이 유기물들이 점차 모여 생명체의 형태를 띄게 됐죠. 이 부분에 대해서는 과학계에서 정론도 없고, 실험으로도 되풀이 될 수 없기에 아주 먼 미래에 다루어야 한다고 생각됩니다. 어쨌든 분명한 것은 번개가 생명의 탄생에 깊게 관여됐다는 것입니다.

처음 호기성 세균(산소를 좋아하는 세균)이 생겨나기 전에는 지구에는 자연으로부터 공급되는 아주 소량의 영양분을 사용해서 살아가는 원시적인 세균들만이 존재할 수 있었습니다. 그러던 어느날 햇볕을 이용해서 양분을 만드는 호기성 세균이 나타나게 된 것이죠. 호기성 세균은 스스로가 산소를 좋아할 뿐만 아니라 광합성에 의해 부산물로 생겨나는 산소는 다른 세균들을 죽임으로서 순식간에 지구의 바다를 점령할 수 있었을 겁니다. 당시만 해도 지구에는 단세포생명체만이 존재하고 있었고, 단세포 안에는 미토콘드리아와 엽록체 등의 내공생 진화의 결과로 인한 복합적인 조직이 형성되어 있었을 겁니다.
호기성 세균이 처음 생겨났을 때 처음에는 아주 큰 영향력을 행사하지는 못했을 겁니다. 바다속에는 다량의 산화철 등이 녹아있어 햇볕의 침투는 아주 얕은 곳과 물이 맑은 곳에서만 조금씩 일어났을 분이며, 호기성 세균은 그런 곳에서 약간씩 영역을 넓히고 있었을 겁니다. 하지만 시간이 지나면서 점차 원시적인 세균은 설 자리를 잃었고, 호기성 세균들은 수십 ~ 수천 년만에 지구의 바닷물에서 철분들을 바다 밑바닥에 붉은 산화철의 형태로 침전시키게 됐습니다. 얼마나 급격히 산화철이 바다 속으로 침전됐는지 대규모로 형성된 철광산들을 보면 알 수 있습니다. 바다에서 철분이 사라지자 호기성 세균이 생산한 산소는 바닷물을 산화성으로 바꾸고 급기야 대기로 올라가게 되어 대기를 지금의 대기처럼 만들어 버렸을 것입니다.
물론 이 산소는 태양의 자외선 영향으로 점차 오존층을 만들게 되면서 결국 지면을 자외선으로부터 보호하게 되었고..... 육상 생물들이 진화할 수 있는 토대를 마련하게 됩니다.

시간이 흘러서 지구에 산소가 많이 공급되면서 구름의 성분은 환기성 성분인 암모니아나 메탄으로부터 중성인 수증기로 변화됐습니다만 구름에서의 번개가 치는 현상은 그때나 지금이나 변하지 않고 있습니다. 그리고 번개는 현재도 계속해서 치고 있고, 이 번개에 의해 생긴 각종 질소화합물(이산화질소, 일산화질소 등등..)들이 지구상에 존재하는 생명체가 필요로 하는 질소질 성분의 30%를 공급하고 있다는 것입니다. (번개가 고맙죠? 질소는 지구 대기의 80%를 차지하고 있지만, 화학적으로 굉장히 안정적인 물질입니다. 그래서 생명체가 질소를 직접적으로 사용할 방법이 없습니다. 그래서 다른 무엇인가가 질소를 산화물로 만들어 생명체가 사용할 수 있게끔 만들어 줘야 한답니다. 일단 산화되어 생태계에 편입된 질소는 계속 순환됩니다. 번개에 의해 생성된 질소 외에 생명체가 사용하는 나머지 70%의 질소는 콩과식물과 공생하는 뿌리혹박테리아가 질소고정을 통해서 만들어 내고 있습니다.)


번개 전압과 슈퍼 셀(super cell)

번개는 지면과 구름의 전압차이가 발생하면서 일어나는 것인데, 실질적인 (전압차의) 발생원인은 아직 명확히 설명되지 않고 있습니다. 일반적으로 대기중에서 1cm를 방전시키는 데 걸리는 전압은 3만V정도이므로 구름에서 지표면까지 1km정도라면 30억V의 전압이 필요합니다. 실질적으로는 이보다는 더 적은 전압에서 번개가 치겠지만, 저 전압으로 전류가 흐르게 된다면 엄청난 에너지가 흐르는 것을 알 수 있습니다. 보통 번개가 소비하는 에너지의 양은 중소규모 도시가 소비하는 에너지로 비교하곤 합니다.

여름에 소나기가 내리는 날 천둥과 번개가 수도없이 치는 광경을 보셨을 겁니다. 어떤 구름은 번개가 없거나 있어도 한두번만에 끝나는데, 어떤 구름은 수십~수백번의 번개를 몰아서 칩니다. 이 현상은 우리 범인들은 어렸을 때부터 알고 있었는데, 미국의 기상학자들은 80년대에 들어서야 관측에 성공해 알려졌다고 하니 미국의 엘리트들도 알아줘야 할 것 같습니다. ^^ 어쨌든 이런 현상은 형성된 뒤 수초~수십초에 한번씩 1~2시간동안 계속되는데 과학자들이 이때 발생하는 에너지를 모을 방법을 연구중에 있다고 합니다.
초급수준의 과학책에 보면 번개 에너지를 받아서 미래의 에너지원으로 사용한다는 이야기가 많았었습니다. (제가 읽은 책만 그런 이야기가 많았던 것은 아니겠죠?) 하지만 여기서 문제는 일단 번개가 형성된 뒤에는 그것을 받아봤자 사용이 모두 끝난 찌꺼기 같은 에너지라는 것입니다.
실질적으로 그 찌꺼기만으로도 큰 에너지겠지만 크게 효용가치는 별로 없을 것으로 생각됩니다.

또 번개는 지구에만 있는 것은 아닌듯 합니다. 금성이나 목성같은 짙은 대기를 갖는 행성에서도 종종 번개에 의해 발생하는 듯한 천문현상이 관측되곤 합니다. 간접적인 현상을 가지고 추측하면 금성이나 목성에서 일어나는 번개 현상은 지구의 수십 ~ 수백 배 규모라고 합니다. 아직 그곳에 가본 사람이 없으므로 (흐흐~~) 명확히 "번개다!"라고 확정하기는 힘들겠지만 또 어찌보면 지구에서만 그런 현상이 일어난다면 그 또한 더 이상한 일이란 생각이 듭니다. ^^




번개가 구름속을 통과하는 비행기에 치면 어떻게 될까요?

이 문제는 실제로 비행기의 안전에 큰 문제가 되므로 아주 오래전부터 연구되어 오던 것입니다.
비행기를 위협하는 요소는 정말 무궁무진하겠지만, 실제로 번개가 비행기에 피해를 준다면 비행기에는 그 어떤 문제보다도 더 강력한 사고의 원인이 될 것입니다.
번개는 전기의 흐름입니다. 지상의 전압과 같은 전압을 유지하던 비행기는 지상에서 이륙하여 고도를 높여가면서 점차로 공기중의 전압차에 의해서 서서히 전압을 잃어 결국 비행고도의 전압과 같은 전압을 띄게 됩니다. 따라서 구름에서 비행기로 번개가 치는 경우는 많지 않습니다. 또한 번개가 친다고 해도 대부분 전기가 흐르는 경로의 한 부분으로서 비행기가 선택되어질 뿐이지 비행기가 번개의 목표가 되지는 않습니다. 그렇게 되면 번개의 전류가 흐르면서 발생하는 열 에너지가 비행기를 발생시키는 주범이 될 것입니다. 물론 번개에 의해 발생하는 순간적인 전자기파는 비행기의 기기들을 교란시킬 수 있겠지만 비행기의 표면이 파괴되지 않은 상황에서는 그것 자체가 큰 피해를 일으키지는 않겠지요. ^^
번개를 이루고 있는 전하들은 이동하는데 전기적인 특성을 그대로 따르므로 비행기 표면의 도료나 비행기의 형태를 적당히 조절하므로서 번개가 떨어지는 위치와 방전되어 나가는 위치를 높은 확률로 적절히 조절할 수 있습니다. 그리고 그 부근에는 중요 부품을 놓지 않음으로서 번개가 비행기에 떨어져도 삼한 고장은 일으키지 않게 만들면 되는 것이죠.
헐리웃 영화에서 보면 번개가 비행기의 엔진에 떨어져서 완파되는 것을 많이 보여주는데... 실제로는 그런 일은 일어나지 않습니다.

물론 번개는 전기니까 도체로 만들어진 비행기에서는 비행기 내부 승객에게는 직접적으로 피해를 입히지는 않는다는 것을 아시겠죠? ㅎㅎㅎ 주의사항은 직접적으로 피해를 주지 않는다고 번개치는 날 비행기에서 밖을 내다보지는 마세요. 가까운 곳에 번개가 칠 때 맨눈으로 보면 오랜 시간동안 눈이 안 보이는 경우가 발생할 수도 있습니다. 빛이 무척이나 강하니까요. ^^
그리고 번개치는 날은 자동차가 있으면 그 안으로 들어가면 대체적으로 안전합니다. 자동차 부근 혹은 자동차 밑은 절대로 안 되요... 그럴경우에는 오히려 평지에 옆드리는 것이 훨씬 안전하답니다.

뱀발)
음... 원래 이 글이 훨씬 더 긴 글이었는데...
지난번 작성한 것을 저장하는 과정에서 날린 후 중간에 무슨 내용을 썼었는지 기억이 나지 않아서 마지막 문장을 끝마무리 하는 수준에서 글을 마칩니다.

포털에 펌할 수 없음!

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