‘산소의 양’이 인간과 지구에게 미치는 영향
“흡. 1초.. 2초.. 3초” 숨을 참은 상태로 우리는 과연 얼마 동안 버틸 수 있을까?
지구상에 가장 많은 ‘철’ 다음으로 많으며 우주에서는 수소, 헬륨에 이어
세 번째로 풍부한 원소인 ‘산소’.
산소는 우리에게 숨을 쉬고 살아가는데 꼭 필요한 존재이다.
이렇게 소중한 산소가 지구에서 몇 초간 사라지거나 갑자기 폭발적으로 증가한다면
어떻게 될까?
산소량의 증감에 따라 우리 건강과 지구의 환경에 어떤 변화들이 발생하는지 살펴보자.
● 산소란?
우리가 아는 공기가 산소일까?
공기란 우리가 숨을 쉴 때 필요한 기체들로 공기의 구성요소 안에 산소가 들어있다고 한다.
공기 중에 산소가 약 21% 정도 함유되어 있으며 질소 기체(78%) 다음으로 많다.
산소는 색, 맛, 냄새가 없으며 지각의 49.2%, 바다의 88.9%를 구성하고 있다.
또한 우주에서 수소와 헬륨 다음으로 많은 원소다.
산소는 칼코겐(chalcogen) 원소로 원소기호는 O이며 상온에서 두 산소원자가
이중결합 해 이원자 분자(O2)로 존재한다.
산소 기체 자체는 타지 않지만 다른 물질이 타는 것을 돕는다(조연성)
. 또한 반응성이 매우 커서 할로겐을 제외한 거의 모든 원소와 반응해 산화물을 만든다.
액체산소는 약간 푸른색을 띠며 금속을 산소 용접할 때나 산소 호흡 등에 쓰인다.
● 산소의 용도
산소는 특히 동물들의 생명을 유지하는 데 꼭 필요한 존재이므로 생활에 없으면
안 되는 중요한 요소이다.
호흡을 통해 몸 안에 들어온 산소는 영양분을 태워 에너지를 얻을 수 있게 하며
혈액에 녹아 몸 전체로 공급된다.
이 외에도 산소는 여러 곳에서 대량으로 사용되는데 합성화학공업에서의 원료가스 제조,
금속의 용접·절단 등,
액체산소 폭약·흡입·로켓추진제 등 다양한 용도로 쓰인다.
운반용에는 액체산소가 주로 이용되고 의약용 산소흡입에서는 30%(부피)로 사용된다고 한다.
● 눈에 보이지 않는 산소, 누가 처음 발견했을까?
1774년 화학자 ‘죠셉 프리스틀리’는 볼록 렌즈로 태양 광선을 모아
적색 산화수은에 쬐어서 산소를 얻어 냈다.
이후 프랑스의 과학자 ‘앙투안 라부아지에’가 프리스틀리의 연구를 계속했고
그 결과 이 독특한 기체가 새로운 원소라는 것을 인정하였다.
1778년 라부아지에는 이 새로운 기체 속에서는 연소 생성물 대부분이
산의 성질을 갖는다는 사실을 알아내
어 그리스어의 '신맛이 있다’는 뜻의 oxys와 '생성된다’는 뜻의 gennao를 합쳐
oxygen이라고 이름을 붙였다고 전해진다.
● 두 번의 산소 폭발
지구 대기권의 약 20%는 산소로 채워져 있으며 지구에 사는 대부분의 동물은
산소를 통해 숨을 쉬고 살아가고 있다.
그렇다면 산소가 이전부터 풍부했을까? 그렇지 않다.
지질학적인 증거를 통해 추정한 지구의 역대 산소 농도 변화를 보면 두 번의 시기에 걸쳐
산소가 오늘날 정도로 풍부해졌다고 한다.
사실 약 30억 년 전까지만 해도 지구 대기에는 산소가 거의 없었다.
그러다 약 24억 년 전 갑자기 지구 대기 중 산소 농도가 폭발적으로 증가하게 되었는데
이를 두고 ‘산소 대폭발 사건’이라고 부른다.
그 뒤 오랜 기간 산소 농도가 일정 수준을 유지하다가 약 5억 년 전에
한차례 더 급격하게 산소 농도가 높아졌다고 한다.
이것이 바로 ‘신원생대 산소 폭발 사건’이다. 두 번의 산소 폭발 사건으로 지구상에
산소가 많아지면서
다양한 생명체들이 급격히 증가했다고 한다.
● 공기 중 산소량이 사람에게 미치는 영향
공기 중에 산소가 부족하면 사람은 이상 행동을 보이거나 기절하는 등의
‘산소 결핍 증상’을 보이며 부족한 상황이
오래 지속될 경우 생명이 위험할 수 있다.
그렇다면 공기 중에 산소가 많을수록 건강에 더 좋을까? 그렇지 않다.
산소가 과해도 문제가 될 수 있다.
사람마다 차이가 있지만 공기 중 산소 농도가 60% 이상이 되면 산소 중독 증상이 나타나
건강상의 큰 문제가 발생될 수 있다.
● 산소 중독이란?
산소 중독은 급성과 만성으로 나뉜다.
3기압 정도 되는 높은 압력으로 60% 이상 고농도의 산소를 흡입할 경우
급성중독을 겪을 수 있으며 신경계 이상이 발생해
흥분, 경련, 발작, 시청각 장애 등의 증상이 나타나며 심한 경우 사망할 수도 있다.
또한 고농도의 산소를 장시간 흡입하게 되면 만성중독이 될 수 있다.
이 경우 호흡계통에 이상이 생겨 폐수종, 호흡곤란, 흉골하부통 등의 증상을
서서히 겪게 되고 심하면 목숨을 잃을 수 있다.
공기 중 다른 기체가 모두 사라지고 산소만 남게 되면 노화가 빨라지고 우리 뇌에서
호흡의 필요성을 느끼지 못하여
스스로 호흡을 멈춰 사망에 이르게 된다고 한다.
● 지구상에 산소가 많아지면 어떻게 될까?
▷ 생물체의 크기가 커진다
산소의 양은 지구상의 생물체들의 크기를 결정하는데 크게 기여한다는 연구 결과가 있다.
실제 과거 지구에 큰 생물이 살아가던 시대마다 공통적으로 지금 지구의 산소량보다
당시 산소량이 더 많았다고 한다.
나무를 분해하는 효율적인 방법을 미생물들이 사용하기 전까지 공기 중의 이산화탄소도
적었으며, 생물체들의 크기가 커질 수 있는 조건들이 조성되었다고 한다.
따라서 산소량이 증가하게 되면 현재의 크기보다 더 큰 곤충부터 거대한 여러 생물들이
등장할 수 있다.
▷ 산소 중독 증상이 나타난다
산소가 너무 많아도 문제가 되는데 공기 중 산소의 압력과 농도가 높아지면
산소가 혈장에 직접 녹아들어 가게 된다.
세포가 혈장에 녹은 산소를 사용하면 적혈구의 헤모글로빈이 계속 산소 포화 상태를
유지하기 때문에 생명 활동의 부산물인
이산화탄소를 가지고 빠져나갈 수 없게 되어 체내 축적된 이산화탄소는 혈장에 녹아
혈액을 급격히 산성으로 만들며
각 장기에 영향을 끼치는 ‘산소 중독’ 상태가 될 수 있다.
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