어린이과학동아&수학동아 기사

안녕하세요^^ 박수애 기자입니다.

여러분^^ 어린이과학동아와 어린이수학동아 정기구독자는 무료 혹은 할인이 지원되는 취재처가 여러 곳 있다는것 아시나요??

저는 그중에 한곳인 서대문자연사박물관에 다녀왔어요!

※ 자연사박물관은 지역 환경의 지질학적, 생물학적 사실에 대한 증거와 기록을 보존, 연구하며 대중에게 전시하는 장소입니다.

서대문자연사박물관은 우리나라 최초로 학교나 개인이 아닌 지방자치 단체에서 직접 계획하고 만든 자연사박물관인데, 우리들이 재미있게 관람 할 수 있는 여러가지 흥미로운 전시물들이 많았어요^^

<서대문자연사 박물관 2층 전시실 - 직접 찍은 광물사진>

특히 2층 전시실에서 5월 29일까지 슈퍼 광물을 전시하는데, 저는 특히 광물에 관심이 많아 여러분에게 소개하려고 관리자의 허락을 받고 사진을 찍어왔어요^^

◆ 첫 번째 슈퍼광물! 지구생명체를 지켜준 철(Fe)

<출처 : 서대문자연사박물관 홈페이지 https://namu.sdm.go.kr/>

지구는 철을 품은 대형자석인데, 철은 생명체를 지켜주는 방패 같아요!

철(Fe)로 이루어진광물은 쇠도 아닌데 자석이 척하고 붙어요.

철(Fe)의 함량이 높을 수록 자석이 더 잘 붙어요.

<지구의 내핵, 외핵, 지각 - 직접 그린 그림>

철(Fe)은 지구에서 내핵과 외핵 그리고 지각을 통틀어 96.5%의 함량으로 존재합니다.

<외핵에서 철의 대류운동(차가운것은 아래로, 따뜻한 것은 위로 순환하는 현상) - 직접 그린 그림>

외핵에서의 철은 액체상태로 존재하는데, 이 액체상태의 철(Fe)이 지구 내부의 온도차에 의해 차가운 것은 아래로, 따뜻한 것은 위로 순환하는 현상이 발생하고 지구가 스스로 회전하는 힘과 더해지면서 전류가 흐르게 됩니다.

<지구의 자전(지구가 스스로 회전하는 힘) - 직접 그린 그림>

이 과정에서 지구의 자기력이 작용하는 공간이 생기는데, 이 지구자기장이 태양풍의 고에너지 입자를 막아주어 지구에 생명체가 살아갈 수 있게 된 것입니다.

<네이버천문학백과 - 다양한 오로라 영상(출처: 위에서부터 왼쪽에서 오른쪽 순서로 Varjisakka, U.S.Air Force, Photo © Samuel Blanc, Brocken Inaglory, Varjisakka, Arctic light -Frank Olsen; cc by-sa)>

일부 태양풍 입자는 지구자기장을 따라 지구로 들어오는데 이때, 대기 상층에 부딪혀 빛을 내는 오로라 현상이 발생합니다.

또한 철(Fe)은 동식물에 반드시 필요한 원소인데, 식물은 철이 부족하면 엽록체가 만들어지지 않아 광합성이 제대로 이루어지지 않고 잎이 노랗게 변하는 황백화 현상이 나타나게 됩니다.

우리 몸도 철이 부족하면 산소를 운반하고 근육활동을 하는데 어려움을 겪게 됩니다.

이처럼 철은 우리에게 매우 중요한 광물이며, 원소입니다.

자철석 <출처:https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Magnetite.jpg>

<황동석 - 직접 찍은 사진>

지구를 보호하고 생명체가 에너지를 만들수 있도록 돕고 유지하는 일을 하는 철(Fe)은 생존의 슈퍼광물 입니다.

◆ 두 번째 슈퍼광물! 구석기시대부터 도구로 사용해온 규산염(SiO2)

<출처 : 서대문자연사박물관 홈페이지 https://namu.sdm.go.kr/>

규산염(SiO2) 광물은 지각에서 가장 많은 규소와 산소가 결합한 광물을 말합니다.

규산염(SiO2) 광물은 흔하고 구하기 쉬웠기 때문에 구석기인들이 도구의 재로로 가장 먼저 사용한 광물입니다.

<흑요석 - 직접 찍은 사진>

구석기인들의 만능도구인 돌도끼가 바로 규암으로 만들어졌을 뿐만 아니라, 조각칼의 재료인 흑요석, 칼날의 재료인 플린트(부싯돌)도 선사인들이 애용한 광물입니다.

<석영 - 직접 찍은 사진>

현대인들에게는 석영이 많이 사용되는데, 혹시 시계에서 쿼츠 QUARTZ라는 단어를 보신적 있으신가요?

바로 이 쿼츠 QUARTZ 가 바로 석영을 말하는데요, 석영으로 인해 시계가 정확하게 시간을 표시하게 된 것입니다.

시계안에 들어있는 석영은 어떻게 정확한 시간을 표시할 수 있었을까요?

시계 무브먼트 속 진동관에 들어있는 석영은 얇은 판 형태로 존재하며, 시계속 얇은 석영에 전류를 보내면 규칙적으로 진동이 일어나는데, 1초에 35,768번을 진동합니다.

집적회로에서 35,768번의 진동을 1초로 계산하여 초침을 움직이고 오차없이 시간을 표시하게 되는 원리 입니다.

기획전에서 시계를 분해하는 과정을 영상으로 볼 수 있고, 현미경으로 진동자 안의 석영을 직접 관찰할 수 있었습니다.

<장미석영 - 직접 찍은 사진>

<자수정 - 직접 찍은 사진>

현대에는 시계, 유리, 안경, 렌즈, 인터넷 케이블망에 들어가는 광섬유도 석영이 있어야 만들 수 있으며, 반도체의 필수 재료이기도 합니다. 반도체로 사용되는 실리콘웨이퍼는 순수 규소의 성분만을 추출하여 제작한 것입니다.

※ 규소(Si) - 원자번호 14번, 규산염으로 존재하며, 석영, 자수정 등은 규산염의 한 형태입니다.

우리가 살고있는 현대에서 규산염 광물은 없어서는 안될 생활의 슈퍼광물 아닐까요?

◆ 세 번째 슈퍼광물! 미래산업의 핵심광물 희토류와 희소금속

<출처 : 서대문자연사박물관 홈페이지 https://namu.sdm.go.kr/>

흔하지 않은 흙이라는 뜻의 희토류는 채굴하고 정제하는 과정이 까다로울 뿐만 아니라,

그 과정에서 방사성 물질이 방출되고 산성폐수 같은 오염물질이 발생되어 순수한 희토류만 분류하는 것이 쉽지 않습니다.

희토류에는 사마스카이트, 네오디윰 등이 있습니다.

사마스카이트는 사마룸의 채굴 그대로의 광석인데, 코발트와 섞으면 강한 자석이 되며, 네오디윰 자석과 함께 전기자동차의 모터와 스마트폰의 전기자석으로 사용됩니다.

희토류는 어떤 특성이 있기에 4차 산업의 필수 광물이라고 할까요?

희토류는 건조한 공기에서도 잘 견디고 열전도율이 높으며, 화학적, 전기적, 자성적, 발광적인 성질을 갖고 있습니다.

이런 이유로 전기차, 반도체, LED 등 첨단 기술분야와 녹색기술에 있어서 없어서는 안될 광물이 된 것입니다.

그래서 희토류를 산업의 비타민이라고 부르는데, 흔하지 않기 때문에 공급이 부족하고 가격이 비쌉니다.

전시되어 있었던 사마스카이트는 돋보기로 봐야할 정도로 작은데도 가격이 천만원 이라고 합니다.

희소금속도 희토류와 마찬가지로 4차산업의 필수 광물입니다.

너무나 중요하고, 흔하지 않기 때문에 우리나라에서는 니켈, 리튬, 망간, 코발트, 텅스텐 등의 5가지 희소금속을 주기적으로 구매하여 일정량을 유지하고 있을 정도입니다.

리튬은 전기자동차의 2차 배터리 제작에 필수 광물입니다.

전시장에 스마트폰 해체 된 것이 있었는데, 스마트폰의 진동모드를 유지하기 위해서 비중이 무거운 텅스텐을 사용하고 있었습니다.

이정도면 미래 우리 삶을 바꾸는 첨단과학의 슈퍼광물 아닌가요?

3가지 슈퍼광물을 서대문자연사박물관에서 직접 보고 듣고 사진 등으로 기록하였다가 여러분에게 소개하였어요!!

여러분은 지구의 광물 중 가장 뛰어난 능력을 가진 슈퍼 광물이 무엇이라고 생각되나요??

저는 지구에 생명을 불어넣은 철(Fe)이 가장 뛰어난 능력을 가진 슈퍼광물이라고 생각합니다.

그리고 희토류와 희소금속은 워낙 희소하고 중국에 의존율이 너무 높아서 그 광물을 대신 할 수 있는 대체 광물을 하루 빨리 찾아야 할 것 같아요!!

희토류는 좀 어려워서 네이버에서 찾아보다가 얼마나 희소한지 이해가 확 되는 참고자료를 찾아서 밑에 첨부했어요^^

※ 네이버 지식백과에서 찾아본 참고자료

희토류 - 존재하는 수가 많지 않아 희귀한 금속

땅에서 구할 수 있으되 거의 없는 성분(rare earth elements)이다.

란타넘(lanthanum), 세륨(cerium), 디스프로슘(dysprosium) 등인데 땅속 함유량이 ‘100만분의 300’에 불과하다.

양이 적다 보니 ‘숨어 있다(란타넘)’거나 ‘얻기 어렵다(디스프로슘)’는 말 자체를 이름으로 얻었다.

열과 전기가 잘 통하기 때문에 전기 · 전자 · 촉매 · 광학 · 초전도체 등에 쓰인다. 매년 희토류 12만5,000여 톤이 소비되는데 중국이 97%를 공급한다.

이런 환경 덕에 희토류는 중국 산업과 외교에 유용한 자원이 됐다.

단순 조립형 제조산업구조에서 벗어나겠다는 이유를 들어 2006년부터 희토류 수출을 줄이기 시작한 것.

희토류를 마냥 수출하지 않고 휴대폰 · 태블릿PC · 디스플레이 · 전기자동차 같은 고부가가치 제품을 직접 만드는 데 쓰겠다는 뜻이다.

중국이 희토류 수출량을 줄이자 유럽연합(EU) · 미국 · 일본이 크게 반발했다. 중국에 수출량 제한을 풀라고 요구했다.

2012년 3월에는 미국이 앞장서 세계무역기구(WTO)에 중재를 요청하는 등 국제 자원 분쟁으로 비화할 조짐을 보였다.

특히 일본과 중국 간에는 2010년 이후로 ‘센카쿠열도(중국 지명 : 댜오위다오)’ 영유권 분쟁에 희토류 수출금지조치가 얽혀 더욱 예민하다.

중국의 희토류 수출량 통제를 둘러싼 갈등을 ‘세계 자원 전쟁의 징조’로 해석하는 시각도 있다.

전기 · 전자 · 정보통신기기 산업이 발달한 한국도 희토류 고갈에 대비하기 위한 대체 광산을 찾는다.

몽골 · 남아프리카공화국 · 베트남 · 캐나다 광산을 물색하고 강원도 일대를 탐사했다.

희토류 비축량이 석 달치(약 1,500톤)도 되지 않아 중국 등지로부터 수입이 중단되면 큰 어려움에 처할 형편이다.

희토류 광산을 찾는다 해도 원석을 정제할 체계가 없어 일본이나 중국에서 되팔아야 하는 처지다.

[네이버 지식백과] 희토류 [Rare-Earth Element] (ICT 시사용어 300, 2013.02.05)

그리고 멋지게 반짝이는 진주도 전시되어 있었어요! >..<

<진주 - 직접 찍은 사진>

< 관람을 마치고 기념품 사진 촬영 >

박물관에 다녀오니 너무 보람되고 지식 빵빵한 하루 였어요!

그럼 다음에도 재미있는 기사로 돌아오겠습니다. 이상 박수애 기자 입니다.