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동굴의 종유석은 어떻게 만들어질까? 석회동굴에 들어가면 천장에서 고드름처럼 늘어진 돌기둥과 바닥에서 솟은 돌탑이 조명을 받아 반짝인다. 종유석이라 부르는 이 돌은 빗물이 석회암을 녹여 흘러내리다 동굴 천장에서 한 방울씩 떨어질 때 녹아 있던 석회 성분이 다시 굳으며 수만 년에 걸쳐 쌓인 것이다. 물이 돌을 녹여 옮기고 다시 돌로 되돌려 놓는 과정이 동굴 안에서 아주 느리게 반복된 결과다. 시작은 빗물이다. 빗물은 공기와 흙 속 이산화탄소를 녹여 약한 탄산이 되고, 이 물이 석회암 틈으로 스며들면 석회암의 주성분인 탄산칼슘을 조금씩 녹인다. 이렇게 수만 년 동안 바위가 녹아 빈 공간이 커진 것이 석회동굴이고, 석회 성분을 가득 품은 물이 천장 틈으로 배어 나와 물방울로 맺힌다. 천장에 매달린 물방울은 동굴 공기와 만나면서 녹아 있던 이산화탄.. 더보기
북극은 왜 남극보다 덜 추울까? 북극과 남극은 둘 다 지구 끝에서 얼음으로 덮여 있지만 남극이 훨씬 춥다. 남극의 기록은 영하 89도이고 북극은 영하 70도 언저리이며, 평균으로 봐도 남극 내륙이 20도 넘게 낮다. 북극이 덜 추운 것은 북극이 바다 위에 뜬 얼음이라 아래 바닷물이 열을 내주는 반면, 남극은 평균 해발 2천 미터가 넘는 얼음 덮인 대륙이라 높고 바다에서 멀며 열을 받을 데가 없기 때문이다. 북극에는 땅이 없다. 북극점 아래는 깊이 4천 미터의 북극해이고 그 위에 몇 미터 두께의 바다 얼음이 떠 있을 뿐이다. 얼음 아래 바닷물은 아무리 추워도 영하 2도 아래로 내려가지 않고, 이 물이 얼음을 통해 끊임없이 열을 위로 올려 보낸다. 겨울에도 얼음이 갈라진 틈으로 바닷물이 드러나면 그곳에서 열과 수증기가 뿜어져 나와 공기를 .. 더보기
전기밥솥에 보온한 밥은 왜 누렇게 변할까? 아침에 지은 밥을 저녁에 열어 보면 보온 상태인데도 밥이 누렇게 변하고 냄새가 달라져 있다. 밥솥의 보온은 밥을 70도 안팎으로 계속 데우는 것인데, 이 온도에서 쌀의 당분과 단백질이 서서히 반응해 갈색 물질을 만들고 수분이 빠지면서 색이 변하는 것이다. 빵 껍질이 갈색이 되고 고기가 구워지며 색이 나는 것과 같은 반응이 아주 천천히 밥 안에서 일어나는 셈이다. 이 반응은 마이야르 반응이라 부르며 열이 있고 당과 아미노산이 만나면 어디서나 일어난다. 밥에는 쌀의 전분이 분해된 포도당과 단백질이 있어 재료가 갖춰져 있고, 보온 온도는 반응이 빠르지는 않지만 멈추지도 않는 수준이다. 그래서 몇 시간이면 밥알 표면부터 노랗게 되고, 하루를 넘기면 누런 색과 함께 구수하다 못해 쉰 듯한 냄새가 난다. 수분도 함.. 더보기
오래된 형광등은 왜 켤 때 깜빡일까? 오래된 형광등은 스위치를 올려도 바로 켜지지 않고 몇 번 깜빡거리다 겨우 밝아진다. 형광등은 관 양 끝의 전극을 데우고 순간 높은 전압을 걸어 관 속 기체에 전기를 흘려야 켜지는데, 관이 낡아 전극이 닳거나 안정기가 약해지면 이 시동이 한 번에 성공하지 못하고 여러 번 시도하기 때문이다. 형광등 관 속에는 수은 증기와 아르곤 기체가 들어 있다. 전기가 기체를 통과하면 수은이 자외선을 내고, 관 안쪽에 발린 형광 물질이 그 자외선을 받아 눈에 보이는 빛으로 바꾼다. 문제는 기체가 평소에는 전기를 통하지 않는다는 것이라, 처음 켤 때 양 끝 전극을 뜨겁게 달궈 전자를 내보내고 순간적으로 높은 전압을 걸어 기체에 길을 뚫어야 한다. 이 일을 하는 부품이 안정기와 점등관이다. 옛 방식 형광등은 점등관이 전극을 .. 더보기
바나나는 왜 냉장고에 넣으면 껍질이 검게 변할까? 바나나를 오래 두려고 냉장고에 넣었다가 껍질이 하루 만에 거뭇하게 변해 놀란 경험이 있을 것이다. 바나나는 더운 나라 과일이라 낮은 온도에 약한데, 냉장고의 찬 기운에 껍질 세포가 상하면서 그 안의 성분이 공기와 만나 검게 변하기 때문이다. 바나나 껍질에는 갈변을 일으키는 효소와 그 재료가 되는 성분이 따로 담겨 있다. 평소에는 세포 안에서 분리되어 있지만, 십삼 도 아래로 내려가면 열대 과일 특유의 약한 세포막이 손상되어 둘이 섞인다. 사과를 깎아 두면 갈색이 되는 것과 같은 반응이 껍질 전체에서 일어나 검은 반점이 퍼지는 것이다. 이렇게 추위로 상하는 것을 냉해라 한다. 껍질이 검어져도 속살은 대개 멀쩡하다. 껍질이 먼저 상해 색이 변한 것이지 안까지 썩은 것은 아니라서, 벗겨 보면 하얀 속이 그대로.. 더보기
별은 낮에도 떠 있는데 왜 보이지 않을까? 별은 낮에도 밤과 똑같이 하늘에 떠 있지만 해가 뜨면 감쪽같이 사라진 것처럼 보인다. 햇빛이 공기 중에서 사방으로 흩어져 하늘 전체를 환하게 밝히는데, 그 밝기가 별빛보다 훨씬 강해서 별빛이 그 속에 묻혀 버리기 때문이다. 낮 하늘이 파랗게 빛나는 것은 햇빛이 공기 알갱이에 부딪혀 흩어지기 때문이다. 이렇게 흩어진 빛이 하늘 전체를 균일하게 밝히는데, 그 밝기는 가장 밝은 별보다도 수천 배 강하다. 별빛은 그대로 눈에 들어오고 있지만 배경이 너무 밝아 대비가 사라져 보이지 않는 것이다. 촛불이 밤에는 멀리서도 보이지만 대낮에는 코앞에서도 잘 안 보이는 것과 같다. 그래서 공기가 없는 곳에서는 낮에도 별이 보인다. 달 표면에서는 햇빛을 흩어 줄 공기가 없어 하늘이 낮에도 까맣고, 우주비행사는 태양과 별을 .. 더보기
나침반은 왜 늘 북쪽을 가리킬까? 나침반 바늘은 어디서 돌려 보아도 잠시 흔들리다 늘 북쪽을 가리키며 멈춘다. 지구 자체가 하나의 거대한 자석이고, 나침반 바늘은 그 자석의 힘에 맞춰 줄을 서는 작은 자석이기 때문이다. 지구 속 깊은 곳에는 녹은 쇠가 천천히 흐르는 층이 있는데, 이 흐름이 전기를 일으키고 그 전기가 지구 전체를 감싸는 자기장을 만든다. 그래서 지구는 남쪽과 북쪽에 극을 가진 커다란 막대자석처럼 행동하고, 그 힘은 눈에 보이지 않지만 지표 어디에서나 작용한다. 나침반 바늘은 가볍게 자화된 쇳조각이라 자유롭게 돌 수 있게 얹혀 있다. 자석은 다른 자석의 힘을 받으면 극끼리 서로 당기고 밀며 방향을 맞추는데, 바늘의 한쪽 끝이 지구 자기장의 북쪽 극에 끌려 그쪽을 향해 멈춘다. 정확히는 바늘이 가리키는 곳이 지구가 도는 축의.. 더보기
눈은 물로 되어 있는데 왜 하얗게 보일까? 물은 투명한데 그 물로 된 눈은 새하얗게 보인다. 같은 물인데 왜 눈은 하얗게 보이는지 궁금해진다. 눈은 작은 얼음 알갱이가 잔뜩 모여 빛을 사방으로 흩어 버리기 때문이다. 흩어진 빛이 눈에 온통 들어와 하얗게 보인다. 햇빛은 사실 여러 빛깔이 섞인 것이다. 우리가 보는 하얀 햇빛에는 여러 색의 빛이 골고루 섞여 있어서, 다 합쳐지면 하얗게 보인다. 맑은 물은 빛을 그냥 통과시킨다. 투명한 물이나 얼음 한 덩어리는 빛이 곧게 지나가서, 속이 비쳐 보이고 색이 없다. 눈은 작은 얼음 알갱이 덩어리다. 눈은 아주 작은 얼음 결정이 수없이 뭉쳐 있고, 그 사이사이에 공기가 끼어 있는 상태다. 빛이 알갱이마다 이리저리 꺾인다. 빛이 이 수많은 얼음 알갱이와 공기의 경계를 지날 때마다 방향이 꺾이고 튕겨, 사방으.. 더보기

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