생명체가 '물 없인 못사는' 이유[과학을읽다]

물. 자료사진.

[아시아경제 김봉수 기자] ‘물’은 지구에서 가장 흔한 물질이지만 우주에선 가장 귀중하고 이상한 물질이다. 다른 물질과 달리 독특한 성질 탓에 지구의 동식물들이 생명을 유지하는 데 결정적인 도움을 주고 있기 때문이다. 우리가 잘 알고 있다고 생각하지만 실제론 모르는 물의 실체를 들여다보자.

첫째, 물은 광물이다. 우리가 마시고 먹고 배설해도, 끓여서 증발시킨다고 없어지지 않는다. 철광석을 캐서 철제품을 만들어 쓴다고 철 성분이 사라지지 않는 것처럼 말이다. 당신이 지금 마신 물 한 잔은 태고적, 수십억 년 전 또는 수천만 년 전에 만들어져 지구에서 순환하고 있는 광물이다. 우주 전체를 뒤져도 잘 나오지 않는 희귀 물질이다.

둘째, 액체 상태일 때보다 고체, 즉 얼었을 때 더 가벼워 물 위에 뜨는 이상한 물질이다. 대부분의 물질이 고체화된다는 것은 원자 간 거리가 가까워져 밀도가 높아지고 단위당 무게는 증가한다는 것을 의미한다. 그러나 물은 정반대다. 얼음이 되면서 10%가량 부피가 커지고 밀도가 낮아져 물 위에 떠 있게 된다. 그래서 남극에 빙하가 물에 떠다니고 강이나 호수의 얼음 위에서 낚시를 즐길 수 있다. 얼음은 일종의 보온재 역할을 해 물 속의 온도를 높여 수중 생물체들의 생존을 보장해주기도 한다.

셋째, 열을 잘 전달해 주는 반면 스스로의 온도 변화는 매우 더디다는 특징도 생명체들에게는 소중하다. 물은 1도 변하는 데 필요한 열용량이 다른 물질에 비해 훨씬 커서 온도 변화가 느리며 끓는점도 100도로 매우 높다. 덕분에 지구상 동식물들은 체온을 안정적으로 유지할 수 있다. 그렇지 않았다면 인간은 사우나를 즐길 수 없고, 조금만 추워도 동사하게 될 것이다. 이처럼 물의 온도 변화가 느린 것은 그만큼 열을 잘 전달하기 때문이다. 기화 온도가 높아 땀을 흘려 신체 온도를 조절할 수 있다. 지구 전체적으로도 온도가 일정한 바닷물이 에어컨 역할을 해 준다.

넷째, 물의 강력한 표면 장력도 생명체 내의 모세관 현상을 이끌어 생존에 결정적 역할을 한다. 물의 표면 장력은 아주 강해 작은 동전까지도 물에 띄울 수 있을 정도다. 이는 동식물이 생명 유지에 필요한 모세관 현상의 원인이 된다. 식물의 뿌리가 물을 빨아들였을 때 꼭대기까지 올라갈 수 있는 것은 표면 장력에 따른 모세관 현상 때문이다.

다섯째, 물은 매우 훌륭한 용매다. 온갖 물질들을 녹이고 달라붙는다. 동식물이 영양소를 녹여 흡수해 에너지원으로 전환하는 생명 활동에 필수적이다. 이 같은 물의 특징은 독특한 분자 구조에서 기인한다. 물 분자는 산소원자 1개에 수소 원자 2개가 브이(V)자 모양으로 달라붙어 있다. 여러 개가 모일수록 부피가 커진다. 또 산소 원자·수소 원자 간 강력한 결합은 느린 온도 변화, 강력한 표면 장력의 원인이 되고 음전하·양전하 성질을 모두 갖고 있어 강력한 용매의 특성을 갖는다.

김봉수 기자 bskim@asiae.co.kr