들어가는 말
37년 전 《물》을 집필하면서 물의 특성을 조사하다가 여러 번 책을 덮고 감탄했던 기억이 난다. 수소 원자 둘과 산소 원자 하나로 이루어진 작은 분자가 바다의 온도를 완충하고, 얼음을 물 위에 띄우며, 우리 몸속에서는 영양소와 노폐물을 실어 나른다는 사실이 놀라웠기 때문이다.
우리는 물을 너무 흔하게 접하다 보니 그 특별함을 쉽게 잊고 살아간다. 하지만 물은 단순히 갈증을 해소하는 액체가 아니다. 지금까지 알려진 물질 가운데 생명을 유지하는 데 가장 적합한 성질을 지닌 물질이다.
만약 물이 지금과 조금만 다른 성질을 가지고 있었다면 지구에는 지금과 같은 생명체가 존재하기 어려웠을지도 모른다.
이번 글에서는 물이 왜 '생명의 물질'이라 불리는지, 그 놀라운 특성들을 하나씩 살펴보려고 한다.
1. 물이 하는 가장 기본적인 일
우리 몸과 자연에서 물은 크게 세 가지 기본 기능을 수행한다.
- 진한 것을 희석한다.
- 다양한 물질을 녹인다.
- 씻어 내고 배출을 돕는다.
이러한 특성 덕분에 물은 우리 몸에서 없어서는 안 될 역할을 한다.
- 용해제 : 영양소와 여러 물질을 녹인다.
- 운반 매체 : 영양소와 산소를 세포까지 운반하고 노폐물 배출을 돕는다.
- 윤활제 : 관절과 조직의 마찰을 줄인다.
- 냉각제 : 땀의 증발을 통해 체온을 조절한다.
- 생화학 반응의 환경 : 세포 안팎에서 일어나는 수많은 생명 활동의 터전이 된다.
생명 활동의 거의 모든 과정에는 물이 관여한다고 해도 과언이 아니다.
깨끗하고 안전하게 관리된 물을 충분히 마시는 습관은 건강을 유지하는 가장 기본적인 출발점이다.
2. 물이 특별한 다섯 가지 이유
① 물은 기체·액체·고체 세 가지 모습으로 존재한다
지구에서는 물을 수증기, 액체, 얼음의 형태로 모두 쉽게 만날 수 있다.
- 기체 : 수증기
- 액체 : 강·호수·바다·빗물, 구름과 안개를 이루는 미세한 물방울
- 고체 : 눈·얼음·우박·빙산
이처럼 물은 끊임없이 모습을 바꾸며 순환하고, 그 순환이 지구 생태계를 유지하는 원동력이 된다.
② 물은 상온에서 액체로 존재하는 매우 특별한 물질이다
상온에서 수소와 산소는 각각 기체 상태로 존재한다. 그런데 두 원소가 결합해 만들어진 물은 상온에서 액체 상태로 존재한다.
앞에서 살펴본 수소결합 때문에 물은 분자량이 비슷한 여러 물질에 비해 높은 끓는점을 나타낸다.
덕분에 지구에는 넓은 바다와 강, 호수가 형성될 수 있었고, 생명체가 살아갈 수 있는 환경도 유지될 수 있었다.
③ 물은 비열이 커서 지구의 온도를 안정시킨다
비열은 어떤 물질의 온도를 1℃ 높이는 데 필요한 열의 양이다.
물 1g의 온도를 1℃ 높이는 데 약 4.18J의 열이 필요하다. 물은 흔한 물질 가운데 비열이 큰 편이어서 많은 열을 받아도 온도가 비교적 천천히 변한다.
그래서 바다와 호수는 많은 열을 저장하고 천천히 방출하는 거대한 열 저장고 역할을 한다. 이러한 특성은 낮과 여름에 받은 열을 저장하고 천천히 내놓으면서 주변 지역의 급격한 온도 변화를 완화하고, 지구의 기후가 비교적 안정적으로 유지되는 데 중요한 역할을 한다.
우리 몸에서도 많은 수분은 체온이 급격하게 변하지 않도록 하는 데 기여한다.
④ 얼음은 물보다 가볍다
많은 물질은 액체에서 고체로 변할 때 더 촘촘하게 배열되어 밀도가 높아지지만, 물은 독특한 예외를 보인다.
물은 약 4℃에서 밀도가 가장 높다. 온도가 더 내려가 얼음이 되면 수소결합에 의해 열린 결정구조가 형성되어 분자들이 육각형 구조로 배열되면서 부피가 커지고 밀도는 낮아진다. 그래서 얼음은 물 위에 뜬다.
호수는 위에서부터 언다. 표면의 얼음층은 아래쪽 물이 외부의 차가운 공기와 직접 접촉하는 것을 줄여 주고, 그 아래에는 액체 상태의 물이 남을 수 있다. 겨울에도 물고기와 여러 수중생물이 살아갈 공간이 유지되는 이유 가운데 하나다.
만약 얼음이 물보다 무거워 가라앉았다면 강과 호수의 겨울철 환경은 지금과 크게 달라졌을 것이며, 수중 생태계에도 훨씬 불리한 조건이 되었을 것이다.
지금 우리가 당연하게 여기는 자연의 모습도 사실은 물의 독특한 성질 덕분이다.
⑤ 물은 뛰어난 용매이다
물은 다양한 물질을 잘 녹이는 뛰어난 용매이다.
우리 몸에서는 여러 영양소와 전해질, 호르몬, 대사산물 등이 체액을 통해 이동하며, 물은 이러한 물질이 이동하고 생화학 반응이 일어나는 기본 환경을 제공한다.
세포 안에서 일어나는 수많은 생화학 반응도 대부분 물속에서 이루어진다.
바닷물 속에도 다양한 무기질이 녹아 있으며, 생명체는 이러한 물의 성질을 이용해 살아간다.
물이 없다면 생명 활동 자체가 불가능하다고 해도 지나친 표현은 아니다.
맺음말
물을 자세히 들여다볼수록 '평범한 물질'이라는 생각은 사라진다.
기체와 액체, 고체를 자유롭게 오가며 지구를 순환하고, 높은 비열로 기후를 안정시키며, 얼음이 물 위에 떠 생태계를 보호하고, 수많은 물질을 녹여 생명 활동을 가능하게 한다.
37년 전 처음 물의 특성을 공부하면서 놀랐던 이유도 여기에 있다. 큰 비열, 얼음의 낮은 밀도, 뛰어난 용해력은 서로 따로 떨어진 과학상식이 아니다. 이 성질들이 함께 작용하기 때문에 바다는 지구의 열을 품고, 겨울 호수 아래에는 생명이 살아남으며, 우리 몸속에서는 수많은 물질이 이동하고 생화학 반응이 이어진다.
이 내용을 정리하면서 나는 물이 단순한 음료가 아니라 생명을 유지하는 가장 놀라운 물질이라는 사실을 다시 한번 깨달았다.
신앙인의 눈으로 바라보면 이러한 정교한 질서와 조화는 창조 세계의 놀라운 섭리를 떠올리게 한다. 동시에 과학은 그 섭리가 어떤 원리로 작동하는지 하나씩 밝혀 준다.
H₂O라는 단순한 화학식 뒤에는 지구와 생명을 떠받치는 놀라운 물리·화학적 성질이 숨어 있다. 물을 안다는 것은 우리가 매일 마시는 한 잔의 물을 넘어, 생명이 살아가는 조건을 이해하는 일이다.
다음 글에서는 『물이 인체에 미치는 영향 : 물에 대한 제가(諸家)의 효용설』 을 함께 살펴보겠다.
무병장수 건강 전도사 서웅찬 ✍️
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