300배 확대한 화려한 모래, 99%가 생물 사체…우리나라 모래는 주로 광물

해변의 모래를 300배 확대하면 어떤 모습일까. '보다 BODA' 채널의 '과학을 보다' EP.219에는 MC 정영진과 천문학자 지웅배 교수, 물리학자 김범준 교수, 지질학자 김기범 교수가 출연해 시청자 궁금증에 답했다. 첫 질문은 모래를 확대해 보니 생각했던 모래의 모습과 매우 다른 모습이 보이더라는 것이었다.

화려한 모래 사진, 거의 99%가 생물의 사체

화면에는 벌집 모양으로 반복되는 패턴, 달팽이나 조개 모양, 트라이포드처럼 뾰족한 모양, 식물 줄기처럼 길쭉한 초록색 알갱이 등이 담겼다. 출연진은 결론부터 말하면 여기 있는 것들은 거의 99% 생물의 사체라고 설명했다. 어떤 것은 조개껍데기가 깨진 일부이고, 바다의 플랑크톤도 완전히 젤리 같은 것이 아니라 모두 뼈대를 가지고 있다는 것이다. 그 뼈대는 크게 두 종류로 나뉘는데, 그중 하나가 규산염(SiO4), 곧 실리카 뼈대이며 외골격이 될 수도 있고 내골격이 될 수도 있다.

플랑크톤이 확 번성했다가 한꺼번에 죽으면 말랑말랑한 부분은 다 분해되고 골격만 남는다. 규산염질 뼈대를 가진 플랑크톤이 적조처럼 대량 번성했다가 죽어 쌓이면, 그 뼈대로 만들어진 암석인 규조암, 이른바 규조토가 된다. 다만 출연진은 사진 속 알갱이들이 특정 종이 대량 번성한 결과로는 보이지 않고, 매우 다양한 해양 부유성 생물과 저서 생물의 흔적이라고 짚었다. 모래를 그냥 푹 퍼서 보면 이렇게 나오지 않으며, 현미경으로 보면서 다르게 생긴 것을 한참 골라내 종류별로 하나씩 올려놓고 찍은, 약간의 설정이 가미된 사진이라는 설명이다. 바닷가나 강변 모래 사이에 생명체의 뼈대 같은 것이 섞여 있을 수는 있고, 이런 생물은 주로 아열대 바다에 많이 산다고 덧붙였다.

해운대는 석영, 캐리비안은 산호…모래 색이 다른 이유

우리나라 모래를 퍼서 현미경으로 보면 어떨까. 출연진은 우리나라는 주로 광물이라고 답했다. 크게 보면 육상에 있던 암석이 풍화와 침식을 받아 점점 작아져 모래 알갱이 크기가 된다는 것이다. 모래는 별다른 정의가 있는 것이 아니라 크기 개념으로, 직경 64마이크로미터에서 2밀리미터 사이의 물질을 모래라고 부른다. 생물 기원 모래도 있고, 화산에서 나온 화산재가 모래 크기면 화산쇄설성 모래라고 불러도 된다. 아이슬란드의 검은 모래는 현무암 성분의 화산재라는 설명도 나왔다.

흔히 백사장이라 부르는 해운대 바닷가가 하얀 편인 이유도 소개됐다. 육상의 암석은 주로 화강암이고, 화강암을 이루는 광물은 석영, 장석, 운모다. 흑운모는 까만색, 장석은 불투명하고 누르스름한 색을 띠고, 석영은 투명하고 하얗고 밝다. 운모와 장석은 풍화에 굉장히 취약해 기계적으로 잘 부서지고 화학적으로도 쉽게 분해되기 때문에, 강물을 따라 흘러오다 보면 마지막에 살아남는 것은 석영이다. 이 석영을 모아 놓으면 하얗고 반짝이는 백사장이 된다.

캐리비안 해변이 유독 하얀 것은 적도 근처의 아주 따뜻한 바다여서 생물 생산성이 굉장히 높기 때문이다. 석회질 뼈대를 가진 플랑크톤과 산호가 많이 만들어지고, 산호가 죽어 파도에 깨진 유해가 모래가 되면서 석영으로 된 해운대 백사장보다 더 하얀 해수욕장이 된다. 극단적인 대조는 제주도 우도에서 볼 수 있다. 우도에는 화산 폭발로 만들어진 까만색 현무암질 화산재가 파도에 깎여 쌓인 검멀레 해변과, 우리나라에서 볼 수 있는 가장 하얀 바다라는 홍조단괴해변이 한 섬 안에 있다. 홍조류는 바닷속 탄산칼슘을 흡수해 구조물을 만들고 거기에 붙어 사는데, 콩알만 한 자갈이나 작은 모래 같은 알갱이를 만들고 이 알갱이가 탄산칼슘, 곧 석회로 되어 있어 하얗다는 설명이다.

넘어질 때 팔을 휘두르면 몸이 앞으로 숙여진다

두 번째 질문은 여름 MT 영상에서 나왔다. 가장 약체로 여겨졌던 물리학자 김범준 교수가 팔로 밀어내기에서 1등을 했는데, 거의 넘어가는 순간 팔을 미친 듯이 휘두르며 넘어지는 시간을 꽤 늦췄다는 것이다. 팔을 휘두르는 것이 물리학적으로 효과가 있느냐는 물음에, 출연진은 물리학에서 말하는 각운동량 보존으로 설명했다.

예로 든 것은 드론과 회전의자다. 프로펠러가 네 개인 드론은 두 개씩 짝을 지어 반대 방향으로 돈다. 모두 같은 방향으로 돌면 드론 몸체 자체가 반대 방향으로 돌아가기 때문이다. 프로펠러가 위에 하나인 헬리콥터는 보조 프로펠러를 이용해 방향이 옆으로 틀어지는 것을 막는다. 회전의자에 앉아 발을 바닥에서 뗀 다음 몸을 휙 돌리면 의자가 반대로 도는 것도 같은 원리다. 뒤로 넘어갈 때 팔을 휘저으면 팔이 도는 방향과 반대로 몸이 돌아야 하고, 그 결과 몸이 앞으로 숙여진다는 설명이다. 출연진은 그 순간 본능적으로 몸이 이를 알고 한다는 점이 신기하다고 말했다.

이때 팔은 속도를 점점 늘리며 돌려야 하고, 가속이 중요하다고 한다. 넘어지는 것을 막으려면 팔이 길고 주먹이 무거운 사람이 유리하다. 각운동량은 회전 중심에서 회전하는 것까지의 거리가 멀고 빨리 돌수록 커지기 때문이다. 아주 빨리 돌리면 넘어지지 않고 기울어진 상태를 유지할 수도 있느냐는 질문에는, 중력에 의해 넘어가는 돌림을 이길 정도가 돼야 해서 사실은 쉽지 않을 것 같다는 답이 나왔다.

휴머노이드 로봇과 멀리뛰기에서도 보이는 원리

이 원리를 연구하는 사람들은 작은 로봇을 만들어 넘어지려 할 때 팔을 모터로 돌리게 했고, 그러자 로봇이 다시 섰다고 한다. 요즘 휴머노이드 로봇을 만들 때도 전에는 가능하면 안정적으로만 만들려 했지만, 지금은 균형을 잃으려 할 때 사람이 하는 동작을 배워 그 방향으로 움직이게 한다는 이야기가 나왔다. 팔을 못 움직이게 한 로봇이 잘 넘어진다는 실험도 있었고, 사람도 팔을 묶어 놓으면 무게중심이 조금만 흔들려도 넘어질 가능성이 높아진다고 한다. 빌딩 사이에 줄을 걸쳐 놓고 외줄타기를 하는 사람들이 늘 긴 막대를 드는 것도 막대가 길수록 유리하기 때문이라는 설명이다.

멀리뛰기에서도 팔의 움직임이 드러난다. 선수들은 처음 뛸 때는 손을 앞으로 하고, 착지할 때는 손을 뒤로 한다. 무거운 주먹을 뒤로 보내도 몸의 무게중심은 똑같지만 발은 앞으로 갈 수 있기 때문에, 착지하는 선수들은 가능하면 팔을 뒤로 해야 발이 앞으로 나간다는 것이다. 출연진은 0.몇 초를 다투는 운동선수에게는 이런 자세 하나하나가 꽤 영향을 줄 수 있겠다고 말했다.