지구상에 산소가 존재하는 것은 생물의 생존을 위해 대단히 중요한 요소가 된다. 이를테면 단 몇 초간 산소가 없어지기만 해도 대부분의 생물은 절명하고 말기 때문이다. 산소는 수소, 헬륨에 이어 우주에서 세 번째로 풍부한 원소이며 산화 규소가 주성분인 지구 표면에서는 산소가 가장 풍부하다. 이처럼 산소는 모든 생물체들의 생명의 근원이지만 지나치게 많아도 치명적인 문제를 일으키므로 항상 적당한 양이 유지될 수 있어야만 이로운 물질이다. 그렇다면 산소가 지나치게 많거나 너무 없을 때 발생할 수 있는 일들을 살펴보도록 하자.
산소란?
산소란 칼코겐 원소의 일종이며 원소 O와 상온에서 가장 안정한 동소체인 이원자 분자인 O₂를 뜻한다. 따라서 혼동을 피하기 위하여 산소 원소, 산소 분자와 구분하여 사용하기도 한다. 산소는 수소와 헬륨에 이어 우주에서 세 번째로 풍부한 원소이다. 지구 중심에는 밀도가 높은 철로 이루어진 핵이 있기 때문에 지구 전체적으로 볼 때 철이 가장 풍부하며, 그다음으로 풍부한 원소가 산소이다.
눈에도 보이지 않는 산소를
누가 처음 발견했을까?
산소는 영국인 조지프 프리스틀리와 스웨덴인 칼 빌헬름 셸레 두 사람이 처음으로 발견하게 된다. 셸레가 가장 먼저 발견했지만 프리스틀리가 셸레보다 먼저 산소에 대한 논문을 발표했기에 산소의 발견자는 프리스틀리로 알려져 있다. 프리스틀리는 자신이 발견한 새로운 공기를 앙투안 라부아지에게 알리게 되고, 라부아지에의 계속된 실험으로 새로운 원소로 인정받아 1778년에 ‘산소’라는 이름이 붙여지게 된다.
산소의 적절한 분배가
중요한 이유는?
산소는 공기 중에 78%가량 포함되어 있는 질소에 이어 두 번째로 많은 21%가량이 포함되어 있다. 산소는 너무 많거나 너무 적어도 치명적인 문제를 일으키기 때문에 항상 적절하게 공급되어야 이로운 물질이다. 산소는 모든 생물체들의 생명의 근원이 된다. 다만 활성 산소는 강력한 환원제로 작용하기 때문에 생명체에게는 매우 유독하다.
산소가 너무 많아질 경우의 문제는?
생물체의 크기가 커진다
산소의 양은 지구상의 생물체들의 크기를 결정하는 데 상당히 크게 기여한다는 연구 결과가 있다. 실제 우리가 생각했던 큰 생물이 살아가던 시대의 공통점으로는 당시 산소의 양이 현재 지구의 산소의 양보다 훨씬 많았다는 것이다. 그 이유로는 미생물들이 나무를 효율적으로 분해하는 방법을 가지고 있지 않았기 때문이다. 따라서 공기 중에도 이산화탄소가 적었고, 나무를 분해하는 효율적인 방법을 미생물들이 사용하기 전까지는 생물체들이 매우 클 수 있는 조건들이 되었다.
산소 중독
산소가 너무 많아도 문제가 되는 경우가 많다. 공기 중의 산소의 압력과 농도가 너무 높아질 경우에는 산소가 혈장에 직접 녹아 들어가게 되며, 세포가 혈장에 녹은 산소를 사용하면 적혈구의 헤모글로빈이 계속해서 산소 포화 상태를 유지하기 때문에 생명 활동의 부산물인 이산화탄소를 가지고 빠져나갈 수가 없게 된다. 이에 따라 체내에 축적된 이산화탄소는 혈장에 녹아서 혈액을 급격히 산성으로 만들며 각 장기에 영향을 끼치는데, 이를 산소 중독이라고 부른다.
산소가 너무 적어질 경우의 문제는?
피부 화상을 입는다
대기 중의 산소는 UV선(자외선)으로부터 우리의 피부를 보호해주고 있다. 오존층은 공기 중의 산소에 파장이 200~300㎜인 자외선이 작용하여 생성된다. 대기 중의 산소 분자가 태양으로부터 방출되는 강력한 자외선을 받아 두 개의 산소 원자로 분해된다. 산소가 너무 적어질 경우 태양빛에 의해서 즉시 화상을 입게 된다.
하늘이 어두워진다
빛의 산란이란 태양빛이 공기 중의 질소, 산소, 먼지 등과 같은 작은 입자들과 부딪칠 때 빛이 사방으로 재방출되는 현상을 말한다. 공기 중의 산소들은 가시광선 영역 중에서도 짧은 파장의 빛들을 효과적으로 산란시키고 있다. 하지만 산소가 너무 적어질 경우 빛의 산란이 어려워 하늘은 자연스레 어두컴컴해진다.
땅이 부서진다
산소가 너무 적어질 경우 지구상의 땅이 모두 부서진다. 지구의 지각은 약 45%가 산소로 이루어져 있기 때문이다. 산소가 너무 적어질 경우 지각의 밀도가 급격하게 낮아져 순식간에 무너져 내리고, 무너진 지각들은 지구의 가장 안쪽에 위치한 내핵을 향해 내려앉게 된다. 이럴 경우 지구의 크기는 최대 1/3까지 줄어들 수도 있다.
바다가 사라진다
우주 전체를 고려할 때의 원소로는 수소, 헬륨, 산소의 순으로 가장 많으며 물분자를 구성하는 것은 수소와 산소가 가장 흔하기 때문에 지구상에서 물은 가장 쉽게 발견되고 있다. 따라서 산소가 너무 적어질 경우에는 지구상에 거대한 수소 가스만 남게 되고, 지구상의 모든 바다는 사라질 수밖에 없다.
생물체들이 모두 죽게 된다
지구상의 생명체들은 산소를 유기물 분해에 사용해서 에너지를 만든다. 따라서 산소가 부족하거나 너무 없다면 죽게 된다. 또한 생명을 유지할 수 있는 시간도 매우 짧아질 수밖에 없다. 인간의 경우에는 식량 없이는 한 달 이상을, 물이 없으면 3일가량을 생존할 수 있지만 산소가 없다면 불과 몇 분도 지나지 않아 싸늘한 시체가 될 수밖에 없다.
글 : 김태연 press@daily.co.kr
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