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H2O: 지구를 색칠하는 투명한 액체 (살림청소년 융합형 수학과학총서 39)
필립 볼 지음 | 강윤재 옮김 | 2012년 10월 26일
브랜드 : 살림Friends
쪽수 : 488 쪽
가격 : 20,000 원
책크기 : 152*225
ISBN : 978-89-522-1935-0-03410
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보도자료 : H2O.hwp
[살림청소년 융합형 수학과학총서 39]

STEAM(Science Technology Engineering Art Mathmatics) 교육에 맞는, 융합형 사고를 키워 주는 과학 교양서!
대상: 중학 3학년부터
융합과목: 화학, 생물학, 문화인류학, 과학사
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무색무취의 투명한 액체가 생명을 표현하는 놀라운 방법!
지금까지 알던 물에 대한 모든 것을 잊어라!
지구상에 물이 존재한 이래 이토록 물을 제대로 설명한 책은 없었다!
8년 만에 화성으로 쏘아올려진 탐사로봇 ‘큐리오시티’
NASA가 화성 탐사를 다시 시도하게 만든 호기심의 근원은 바로 물의 발견이었다!

과거 패스파인더 호에 탑재된 탐사로봇 소저너가 화성에서 물의 흔적이 발견되었다는 소식을 전해왔을 때, 과학계는 새로운 생명체를 발견할 기대에 부풀어 떠들썩했다. 그 이후로도 화성에 근접한 탐사위성들이 화성에 물이 존재할 수 있음을 암시하는 사진들을 종종 보내왔다. NASA는 이 사실들에 힘입어 8년 만에 다시 큐리오시티를 화성에 안착시켰다. 큐리오시티는 화성에서 물의 흔적뿐 아니라 지구의 강바닥과 유사한 환경의 사진을 보내왔다. 이는 특별히 액체 상태의 물이 존재했음을 직접적으로 유추할 수 있는 것으로, 탐사 연구에 참여했던 과학자들은 환호했다.
화성에서 액체상태의 물의 흔적이 발견되었다는 사실이 이토록 세간의 관심을 받는 것은 무엇 때문일까? 유기생명체의 근간이 되는 탄소화합물이 존재하려면 탄소와 산소, 수소가 반드시 존재해야만 한다. 게다가 물이 흐른 흔적이 정말 물의 것이라면, 즉 액체 상태의 물이 존재한다면 안정적으로 유기화합물이 합성될 가능성이 더욱 커진다. 따라서 이번에 화성으로 보내진 탐사로봇 큐리오시티는 영양소의 존재 여부도 함께 알아볼 것이라고 한다.
큐리오시티의 사례를 통해 알 수 있듯이 우주 탐사의 양상도 많이 바뀌고 있다. 최근에 과학자들이 관심 있게 살피는 것은 새로운 우주생명체의 발견뿐만이 아니라 인간이 지구 외의 행성을 새로운 삶의 터전으로 개척할 수 있는지의 여부다. 이제 태양계 내의 다른 행성에 물이 존재한다는 사실은 생명체의 발견 가능성만을 가리키지는 않는다. 끊임없이 지구 밖 행성들로 눈을 돌리는 그들에게 낯선 행성에 존재하는 물이란 그곳을 개척할 수 있는가, 즉 사람이 살아갈―지속적인 에너지 획득과 소비활동을 할―수 있는가를 가늠하는 척도가 된다. 이렇듯 물을 바라보는 시각이 변화하고 있다는 것은 인간의 물에 대한 인식이 변화하고 있다는 방증이다. 우리가 알지 못하는 물의 비밀, 과연 얼마만큼 남아있을까?

지구는 처음부터 물이 풍부한 행성이었을까?
바다를 뒤덮은 이 많은 물은 다 어디에서 왔나

물은 분명 지구상에 인류가 출현했을 때부터 인간과 함께 존재해 왔을 것이다. 적어도 인간의 문명이 발생한 곳에서는 그렇다. 그래서인지 대부분의 사람들에게 대지를 흐르는 물이란 마치 저절로 그렇게 있었던 것처럼, 태초에 창조주가 세상을 향해 ‘물이 있으라 하니 물이 생긴’ 것처럼 자연한 것으로 여겨지곤 한다. 인간의 입장에서 본 지구는 인간을 비롯한 생명체들을 위해 물이 마련되어 있는 특별한 행성이다. 하지만 지구를 뒤덮은 이 물질이 은하 바깥에서 온 것이라면? 그렇다면 다른 행성에도 물이 존재해야 하지 않을까?
저자는 이렇듯 ‘물이 어디에서 왔는가?’라는 아주 기본적인 질문에서부터 물을 풀어나가기 시작한다.「네이처」의 편집고문이자 전문 과학 칼럼니스트 필립 볼은 과학이라는 소재에 시사, 정치, 경제, 예술 심지어는 심리학까지 다루는, 말하자면 고전적인 의미의 천재 저술가다. 필립 볼의 글을 읽은 독자들 대부분은 필립 볼의 깊은 심연까지 도달한 지식수준과 모든 가능성을 열어 두고 하나씩 검토해 나가는 철저함에 매료되어 고정 독자가 되곤 한다. 이 책 역시 마찬가지로 물에 관한 거의 모든 관점을 다루었다고 해도 과언이 아니다.
이 책의 원제는 로 ‘물의 전기(傳記)’라는 의미다. 저자는 서문에서 ‘태어난 환경, 어릴 적의 모습부터 무엇에 영향을 받고 사회에서 어떤 평가를 받았는지 등등을 모두 비추어 보아야 어떤 사람인지를 알 수 있는 것처럼, 물에 대한 모든 것들을 꼼꼼하게 살펴 물의 전기문을 쓰려고 시도했다’고 밝히고 있다. 물의 고전적인 이미지와 사람들의 인식, 물과 얽힌 다양한 이야기들을 이처럼 한 책에 버무려 파노라마처럼 펼친 것에 감탄이 절로 나온다.
필립 볼이 소개하는 물의 성질은 정말 신비롭고 놀랍다. 나무가 바늘보다도 좁은 물관으로 수십 미터가 넘는 높이까지 물을 끌어올릴 수 있는 원리는 무엇일까? 한대기후의 침엽수에 머무는 물은 어째서 얼지 않는가? 겨울잠 중인 개구리는 어째서 동사하지 않을 수 있나? 새삼스럽게 다가오는 이 많은 질문들을 풀어낼 열쇠가 바로 물이라는 것이 놀랍다. 동식물이 물을 생존에 이용하는 원리들의 근간이 되는 물의 성질들―이를 테면 섭씨 100도에서 얼음이 되거나 영하 100도에서도 얼지 않는 등―을 보고 있자면 이 세상에 존재하지 않는 물질을 접한 듯 낯선 느낌을 받을 것이다.

과학자들의 오랜 친구이자 영원한 도전의 대상으로
물은 그렇게 존재해 왔다

이 책에는 프랑스의 한 연구팀이 학계에 어마어마한 파장을 일으킨 사건이 소개된다. ‘INSERM 200’이라는 연구팀이 발표한 논문에 물에 어떤 용질을 한번 녹이면 그 농도가 아무리 희석되어도 처음 용액의 성질이 유지된다는, 말하자면 물이 ‘기억력’을 지니고 있다는 놀라운 내용이 담겨 있었던 것이다. 당연히 학계의 반응은 뜨거웠다. 꽤 신뢰할 만한 논문 자료를 두고 찬반이 갈려 격렬한 논쟁이 오갔다. 결국「네이처」의 편집장은 직권으로 해당 논문에 실린 실험을 검증하기로 했다. 이 연구 결과가 사실로 인정되려면 실험을 반복하였을 때 논문과 같은 실험값이 나와야 한다.
저자는 또 한 가지 세간을 떠들썩하게 한 연구 결과를 소개하고 있는데, 다름 아닌 상온핵융합에 대한 것이다. 그때까지 이론상으로는 무한정으로 존재하는 물을 사용하여 핵융합에너지를 얻어낼 수 있었지만, 그 핵융합을 유지하려면 어마어마한 고온 고압의 에너지를 주입하고 컨트롤해야 하는 문제가 있었다. 상온에서 핵융합이 이뤄진다면 인류에게 더 이상의 에너지 걱정은 없는 것이다. 안타깝게도 이 시도는 불가능한 것으로 판명되었다. 하지만 지금도 상온핵융합 관련 잡지가 정기적으로 간행되고 있다는 사실로 미루어 볼 때, 상온핵융합에 대해 긍정적인 꿈을 꾸는 사람들이 여전히 존재하는 것 같다.
위의 두 사건은 당혹스럽게도 거의 최근에 과학지식의 최첨단을 달리는 실험실에서 물과 관련해 벌어진 해프닝들이다. 이는 비단 소재가 물이라서 그런 것이 아니라 어떤 과학 연구에도 있을 수 있는 이야기다. 과학기술의 전 분야에서 학계를 떠들썩하게 만드는 획기적인 연구결과들이 종종 발표된다. 대개는 곧 그 연구의 진위가 가려져 매스컴과 여론의 전폭적인 기대와 지지를 받으며 스타 과학자로 떠올랐다가 사라지고 말지만 말이다.
물은 ‘오랜 시간을 인간의 탐구대상으로 존재해왔지만 아직도 제대로 밝혀지지 않은 물질’을 대표한다. 고대 그리스의 자연철학자들부터 지금에 이르기까지 과학자들이 물을 연구하면서 벌인 사건들은 물의 장구한 역사만큼 많다. 물과 관련한 과학자들의 크고 작은 소동에 빗대어 현대 과학자들이 새롭고 신비한 어떤 대상을 대하는 태도를 가늠할 수 있는 좋은 예시가 된다. 어쩌면 우리는 속이 다 비치도록 투명한 물의 일부 모습만을 바라보면서 한편으로 깊은 물속의 보이지 않는 많은 부분을 놓치고 있는지 모른다.

변화를 불러올 것에 대한 경고인가, 아니면 미래를 향한 손짓인가
이 시대를 흐르는 물이 인간에게 보내는 메시지!

과거를 흐른 물은 인간, 혹은 지구 생명의 발자취를 기록한 소중한 사료가 된다. 물의 순환기작으로 과거 생명활동이 어떻게 진화해갔는지를 유추할 수도 있고, 지표에 남기는 물의 흔적을 살펴 과거 지질을 상상하기도 한다. 현재를 흐르는 물은 생명 유지의 수단이자 인간에게 삶의 터전을 제공해 주는 존재다. 종종 지형과 기후를 바꾸는 변화의 중심이 되기도 한다. 때로는 불균등하게 분배되는 물 때문에 어떤 곳에서는 지역 간 갈등을 빚게도 만든다. 연구대상으로의 물은 어떤 과학자들에게는 외계 생명체 존재 가능성의 시금석이 되기도 하고, 더 적극적인 과학자들에게는 먼 미래에 인류가 지구 밖 행성을 개척하려는 계획의 근거가 된다.
미래의 물은 인류에게 어떤 의미일까? 필립 볼이 편집고문으로 활동하는 과학저널 「네이처」에는 대개 일반인들보다 약 10~15년 정도 앞선 정보가 실린다. 우리나라만 해도 수리지질학이라는 학문을 본격적으로 연구한 역사가 20년이 채 되지 않는다. 『H2O: 지구를 색칠하는 투명한 액체』도 마찬가지로 출간 당시에는 굉장히 앞선 이야기들을 한 셈이라 큰 주목을 받지 못했다. 지금은 상상도 못할 일이지만 이 책이 처음 출간되었을 당시에는 지구온난화 방지를 위한 협의가 각국 수장들의 철저한 외면 아래 결렬되곤 하였다. 그 후 10여년이 지난 지금은 지구온난화로 인한 기상이변 문제가 전 세계적인 화두로 떠올랐다. 지구온난화 시대를 살아가는 우리가 주목해야 할 물에 관한 정말로 중요한 이야기들, 그것이 바로 이 책을 다시 출간하게 된 이유다.
태양계에서 지구만이 가지고 있는 특별한 환경, 즉 대양을 가득 채운 물이 상징하는 풍요로움 때문에 우리는 종종 물이 한정된 자원이라는 사실을 망각하곤 한다. 물도 유입되는 오염물질이 한계를 넘으면 자정능력을 잃고 죽음의 강, 죽음의 호수 혹은 죽음의 바다로 변해버리고 만다. 필립 볼이 에필로그에 기록한 대로 ‘인간의 활동에 기인한 기후변화’에 관한 염려들은 이제 외면할 수 없는 문제가 되었고, 물을 둘러싸고 벌어졌던 과학자들의 병리학적 시각으로 벌어지는 문제들 역시 현재진행형이다. 이제는 물을 바로보아야 할 때다. 인간의 이용 수단이나 연구 대상이 아닌 세상의 온갖 것들과 관계를 맺으며 자연을 점유하고 있는 물 자체로서 말이다. 저자의 말처럼, 물은 우리에게 우리가 자신에게 진 빚을 갚거나, 그렇지 않으면 자신의 요구에 순종할 것을 요구하고 있다.
개정판 서문•04
머리말•08

| 1부 | 우주의 수프•15
1. 최초의 홍수•16
2. 지구를 흐르는 피•41
3. 우박의 저장고•86
4. 하늘에 있는 바다•113

| 2부 | 두 손, 두 발•151
5. 원소들에 열려 있는 물의 이름•152
6. 하늘과 땅 사이에•198
7. 차가운 진실들•237

| 3부 | 생명의 모체•281
8. 진짜 만능약•282
9. 내부 공간•318

| 4부 | 이상한 양조술•343
10. 자만, 편견 그리고 병리학•344
11. 보다 강한 물방울: 구세주로서의 물•373

에필로그•432
찾아보기•478
문화와 역사를 아우르는 저자의 방대한 지식이 파노라마처럼 펼쳐진다. 그의 해설은 군더더기 없이 탁월하고 유쾌하기까지 하다. 책장에서 매력이 철철 넘친다.
_ 프랭크 스팅거, 「네이처」

필립 볼은 우리 주변의 가장 흔한 사물인 물에 생명력을 불어 넣어 독자들의 흥미를 사로잡는다.
_그래함 파르멜로, 「뉴 사이언티스트」

저자의 박식함에 또 한 번 놀랐다. 필립 볼은 특유의 생동감 넘치는 해설로 이토록 경이로운 대상을 독자들에게 술술 펼쳐 보인다. 정말 굉장하다!
_크리스틴 케닐리, 「뉴욕 타임스」

과학 저술에 있어 예술의 경지를 보여준다. 매혹적이다.
_하비 쉐퍼드, 「인콰이어러」

빨려들 것만 같은 과학 에세이다.
_길버트 루스웨이트, 「더 선」

필립 볼은 H2O라는 딱딱한 과학 소재도 한결같이 고도의 예술성으로 풀어내는 재능 있는 해설가다. 그의 책은 모두 섭렵할 만한 가치가 있다.
_「워싱턴 포스트」
화성 궤도 탐사선은 1백만 년이 채 되지 않은 시기에 화성의 대지 위에 물이 조각해 놓은 수로 모양의 영상을 지구로 보내왔다—지질학적 척도에서 1백만 년이란 시간은 어제와 같이 짧은 기간에 불과하다. 정밀조사를 통과한다면, 이 증거는 화성이 지구에서 단세포생물 단계에 채 이르기 전에 물이 말라붙고 말았다는 기존의 주장을 뒤집는 결정타가 될 수 있을 것이다. 화성의 개척자로 자임하는 사람들에게는 이 증거가 화성의 지하에 소중한 액체 상태의 물 저장고가 있을 수 있음을 암시한다. 그 저장고가 탐사의 손길만을 기다리고 있는 것이다. 프로젝트에 참여하는 한 과학자는 “이 발견이 지닌 가장 흥미롭고 중요한 측면은 인간 탐험가가 화성에 갔을 때 비로소 그 가치가 드러난다.”고 말하면서, 물은 식수는 물론 수소와 산소의 분해를 통해 로켓의 연료로도 매우 유용하게 사용할 수 있다는 설명을 덧붙인다.
-7쪽

혜성의 대부분은 얼음으로 응축된 휘발성 기체로 이루어져 있고, 그 얼음에서 가장 풍부하게 들어 있는 물질은 물이다. 얼음과 함께 광석 먼지가 흩어진 채 섞여 있는데, 그것으로 말미암아 혜성은 더러운 거대한 눈덩이가 된다. 일반적으로 혜성의 반경은 몇 백 미터에서 수십 킬로미터이고, 따라서 엄청난 양의 물을 포함한다. 예를 들면, 핼리혜성은 핵의 크기가 가로 8킬로미터, 세로 16킬로미터인 고구마 형태의 덩어리이고, 그 무게는 약 1,020킬로그램이다. 대부분이 얼음으로 구성되어 있다. 전형적인 혜성은 한층 거대한데, 약 1,021킬로그램의 물을 포함하고 있다. 이와 같은 1백만 개의 혜성들은 지구의 대양에 필요한 모든 것을 충분히 공급해줄 수 있었을 것이다.
-37쪽

물은 땅과 식물(증산작용)의 증발에 의해 대기로 이동했다가, 강수(비와 눈)형태로 지상으로 돌아온다. 호수, 개울, 그리고 지상에 있는 여타의 저수지들의 담수량은 강우와 증발의 차이에 의해 결정된다. 유수의 대부분은 강을 지나 바다로 흘러가는데, 그 양은 지구 전체적으로 하루에 약 100세제곱킬로미터에 이른다. 사막에서는 증발과 강우가 대체로 비슷하기 때문에 기본적으로 유수가 흐르지 않는다. 아마존 유역에서는 강수의 절반이 유수로 흐르는데, 그 대부분은 지구의 전체 대양에 유입되는 담수량의 1/5에 해당하는 물을 운반하는 거대한 아마존 강으로 스며들어간다.
-47쪽

만약 에우로파에 바다가 있다면, 생명체는 왜 없겠는가? 전통적으로 목성의 위성들은 인간이 거주 가능하다고 여겨진 태양계의 지대(행성이 표면에 액체 물을 지속시킬 수 있는 지구 궤도의 바로 안쪽부터 화성 궤도의 바로 바깥쪽까지 펼쳐진 지대) 바깥쪽에 위치하고 있다. 그러나 에우로파, 그리고 분명히 칼리스토 역시, 조수열의 형태로 태양과는 독립적인 에너지원을 제공해주는 목성의 엄청난 크기 덕분에 기존의 인식을 보기 좋게 벗어나 있다. 이오의 경우처럼 얼음 밑에 가려져 있는 화산활동에 의해 에우로파의 여러 곳이 가열된다는 주장은 가능성이 대단히 높아 보인다. 지구 심해에 있는 열수 분출구vent의 화산작용은 햇빛을 대신하여 지열에너지를 공급함으로써 그곳에서 번창하는 전체 생태계를 지탱해주고 있다. 에우로파에도 숨겨진 식민지들이 존재할 수 있을까?
-146쪽

가장 흥미로운 것은 물이 숫자 6과 결부되어 있다는 점이다. 여기서는 단지 원인과 결과에 대해서만 추측할 수 있을 뿐이지만, 중국인들은 ‘눈꽃’이라는 표현을 통해 이 관계를 자연스러운 것으로 받아들였다. 서양에서 눈송이의 형태가 인식되기 전인 18세기 중국의 한 한자는 ‘풀과 나무의 꽃들은 일반적으로 오각(五角)이지만, 눈꽃들은 항상 육각(六角)’이라고 설명했다. 우연한 관찰에 통해 이런 설명에 도달할 수 없음을 고려한다면, 중국의 자연철학을 완전히 사색에 기초했던 그리스의 철학과 동일시하는 것은 문제가 있는 것이다.
-160쪽

결빙 내성의 정교한 작업은 숲 개구리, 회색나무 개구리, 합창 개구리, 봄청개구리와 같은 땅에서 겨울잠을 자는 개구리들에 의해 가장 극적인 형태로 그 모습을 드러낸다. 너무 크고(곤충들에 비해 상대적으로) 겨울에 얼음과 접촉하는 것을 피할 수 없는 침수성의 피부를 보유하고 있기 때문에 개구리들은 결빙을 피할 방법이 없다. 따라서 그들은 결빙과 함께 사는 법을 배워왔다. …… 추위가 찾아오면 개구리들의 몸은 격렬한 속도로 항냉동 포도당을 생산하고, 심장박동을 배가시켜 피가 온몸을 빨리 돌도록 펌프질을 해대면서 부산을 떤다. 몇 시간 내에, 혈당은 심각한 당뇨병에서 볼 수 있는 수준(정상보다 200배가 많은)으로 치솟는다. 세포액은 시럽처럼 끈적끈적해져서 어는점을 떨어뜨린다.
-277쪽

다시 한 번, 탈과립의 정도는 희석의 정도가 커짐에 따라 점진적으로 0으로 떨어질 것이라고 예상할 수 있을 것이다. 그러나 프랑스 연구자들이 발견한 것은 완전히 예상을 깨는 것이었다. 그들이 항-IgE를 희석시켰을 때, 처음에는 탈과립의 정도가 떨어졌지만 그다음에는 다시 올랐다. 그리고 희석의 정도가 커짐에 따라 떨어짐과 오름이 반복적으로 지속되었다. 이 오름과 내림은 희석한 용액의 농도가 얼마인지와는 상관없이 끊임없이 계속될 것처럼 보였다. 사실, 그 경향성은 너무 희석되어서 물속에 항-IgE 분자들이 전혀 남지 않게 되는 지점 너머에서도 문제없이 지속되었다! 그것은 마치 항-IgE 분자들이 점차로 묽어지는 용액(희석에 상관없이 생물학적 역할을 수행하는 데는 똑같이 능숙한)속에 ‘유령들’을 남겨둔 것과 같았다. 그 물은 마치 분자들의 존재를 기억하고 있는 것처럼 보였던 것이다.
-398쪽

사막화는 또한 쿠웨이트와 남아메리카에서 피해를 입혔고, 중국에서는 전체 사막 중 약 30퍼센트가 1920년 이후에 형성되었다. 인간으로 말미암은 것이 분명한 사막화에 대한 하나의 에피소드는 중앙아시아(예전에는 소련의 일부였던)에서 발견할 수 있는데, 카자흐스탄과 우즈베키스탄 사이에 있는 내해, 아랄 해는 작물 중에서도 가장 많은 물을 필요로 한다는 목화 재배를 위해 관개를 했었나 싶을 정도로 심하게 말라 있다. 현재 아랄 해에 얼마 남지 않은 짠물에는 물고기가 살 수 없기 때문에 말라버린 해안가에 조용히 자리 잡고 있는 어촌은 폐허가 되었다. 우즈베키스탄의 시인 무하마드 살리크(Mukhammed Salikh)는 비통한 어조로, “아랄 해를 눈물로 채울 수는 없다.”라고 말했다.
-443쪽