물에 담긴 과학
물에 담긴 과학
  • 경남도민신문
  • 승인 2014.11.17 16:59
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전경익/전)경남과학기술대학교 토목공학과 겸임교수

물은 생명의 원천으로 존재하여 왔다. 물은 지구에서 고체(固體)인 얼음, 액체(液體)인 물, 기체(氣體)인 수증기(水蒸氣)로 존재하고 있다. 물은 0℃에서 얼기 시작하고 100℃에서 수증기로 변한다. 지구상의 모든 액체 물질은 고체가 되면 대부분 부피가 감소하고 무거워지지만 물은 고체인 얼음으로 변하면 부피가 증가하여 밀도가 감소하여 가벼워지는 특성을 가지고 있다.


물이 흘러가는 것은 높고 낮음의 차이에 따른 중력의 작용에 의한 것이다. 물이 흘러가는 데는 여러 가지의 흐름이 있다. 이를 분류해 보면 첫째 등류(等流)라 하여 정상류로 흐르는 흐름에서 흐름의 방향으로 물의 속도와 양 및 면적이 균일하고 일정한 경사의 긴 인공수로에 의한 흐름이라 하며, 둘째 부등류(不等流)라 하여 등류의 조건으로 흐르는 흐름에서 거리에 따라 변하는 흐름 즉 평상시 일반 하천에서의 흐름이라 하며, 셋째 층류(層流)라 하여 정연한 층상을 이루며 흐르는 흐름이라 하며, 넷째 난류(亂流)라 하여 유체입자가 상하좌우로 뒤섞여서 흐르는 흐름이라 하며, 다섯째 상류(常流)라 하여 장애물이 없이 평온하게 흐르는 흐름이라 하며, 여섯째 사류(射流)라 하여 속도가 빠르고 큰 흐름으로 구별되고 있다.

하늘에서 내리는 비는 그 지역의 기상조건에 따라 여러 가지 종류의 강수가 발생하게 되는데 그 종류를 분류해 보면 다음과 같다.

비는 직경이 약 0.5mm이상인 물방울로 형성되는 것이 통상적이다. 직경이 0.64mm 이상인 빗방울이 공기 중을 강하하게 되면 그 자중(自重)에 대한 대기의 마찰력 때문에 중도에서 파괴되는 경향이 있다. 따라서 실제로 존재하는 빗방울의 한계직경은 약 0.64mm로 보고 있다. 눈은 수증기가 직접 어름으로 변하는 승화(昇華)현상에 의해 형성된다. 우박은 직경 5∼125mm의 구형(球形) 또는 덩어리 모양의 어름상태의 강수이며 이것은 상승한 기단(氣團)이 냉각되고 강하하는 단계에서 기류(氣流)의 난류(亂流)상태가 극심한 경우에 소결정(小結晶)이 상하로 운반됨에 따라 얼었다 녹았다 하는 상태를 여러 번 겪어 생기게 된다. 부슬비는 직경이 0.1∼0.5mm의 물방울로 형성되며, 진눈개비는 빗방울이 강하하다가 빙점(氷點) 이하의 온도를 만나 얼어버린 것을 말한다. 이 밖에도 지표면의 수분이 직접 응결되어 이슬 혹은 서리를 형성하기도 하지만 이것은 곧 증발되는 승화현상에 의하여 곧 대기 중으로 돌아가게 된다.

지구의 크기를 보면 반지름이 6,378km이다. 그러나 극지방이 42km정도 길다. 나이는 46억년이며 중심온도는 섭씨 4,000℃정도이고 지구표면은 71%가 해면이고 나머지 29%가 지표면인 육지이다. 물의 대륙별 분포를 보면 총 담수량 중 아시아권에 21%, 북미권에 26%, 아프리카권이 28%, 즉 이들 3대륙권의 담수량은 지구 천체의 담수호 수량의 약 75%를 차지하고 있다. 지구에 존재하는 물 중에서 지표면을 덮고 있는 물이 3/4인데 그 양은 13억5천만㎦이다. 그리고 지하수는 약 840만㎦가 된다. 또한 대기중에 수증기로 존재하는 물은 13억5천㎦로 추정되고 있다.

지금 지구는 인구 증가와 난개발로 인한 물수요의 증가와 수질오염으로 세계인구의 1/3정도가 만성적인 물 부족을 겪고 있다. 요르단강, 나일강, 메콩강 등의 주변 국가에서는 수자원 확보를 위한 분쟁이 끊이지 않고 있다. 지구상에는 70억의 인구가 살고 있다. 그중 10억 정도의 인구는 깨끗한 식수를 마시지 못하고 있는 실정이며 이들 중 대부분이 아시아 아프리카 사람들이다. 깨끗한 물을 얻을 수 있느냐 없느냐의 문제는 바로 삶과 죽음의 문제이다. 그래서 이로 인한 분쟁은 날로 늘어나고 있는 실정이다. 미래 학자들은 앞으로 닥쳐올 물 부족을 경고하고 있다. 지금과 같은 상황이 계속된다면 앞으로 20여년 안에 60%의 세계인구가 물 부족으로 고통을 겪게 될 것이라고 한다. 2020년에는 아시아 물 관련 사업규모가 약98조 3500억원 규모에 이를 전망으로 예측되고 있다. 이에 우리나라에서도 물 부죽에 대한 장기적인 개발 및 확보계획과 오염된 물을 정수하거나 해수의 담수화(淡水化)기술 등을 심도 있게 추진해야 할 것이다.

물은 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐르면서 막히면 멈추고 차면 스스로 넘쳐서 서로 다투지 않으면서 유유히 흘러가게 된다.

금 번 물에 관한 칼럼 “물에 깃든 낭만”·“물과 건강”·“우리나라 물 자원 현황과 발전방향”·“물에 담긴 과학”에 관한 시리즈를 쓰면서 나는 인생을 살면서 등류·부등류·층류·난류·상류·사류 중 어떤 흐름의 인생을 살아가고 있는가? 하고 한 번 되새겨 보았다. 독자들에게 물에 관한 인식에 다소나마 보탬이 되었으면 한다.



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