수요일엔 바다톡톡 도입강연을 진행할 곽미영입니다 오늘은 자연순환을 모방한 미니 아쿠아리움 만들기를 주제로 해양생태계 질소의 순환에 대해서 알아보고 그리고 나서 친구들이랑 미니 아쿠아리움을 만들어 보도록 하겠습니다 그러면 혹시 자연이라는 의미에 대해서 알고 있을까요? 우리 친구들 자연 자연이 뭘까요? 어렵죠 뭔가 자연에 대해서 정의가 굉장히 많더라고요 그래서 사전에 보니까 이렇게 다섯 가지로 정의를 해두었어요 인간이 영향을 미치지 않는 그대로의 현상과 그에 따른 물질 아니면 친구들이 좀 전에 잠깐 생각한 산이나 바다 호수 강 같은 자연 환경 그리고 사람을 제외하고 자연물 아니면 사람을 포함한 하늘과 땅 우주 그리고 사회적으로 뭔가 그냥 인위적이지 않은 행동이나 현상도 우리는 자연이라고 합니다 지구에는 이 자연이 순환이 되고 있는데 그 순환이 아주 완벽한 시스템으로 자연적으로 되고 있어요 지구에는 물도 있고 대기도 있고 다양한 원소들이 있는데 이 원소들이 순환하는 과정을 우리는 자연순환이라고 이야기합니다 오늘은 태양에서 질소의 순환에 대해서 조금 이야기해보려고 합니다 질소에 대해서 친구들이 알고 있을까요? 질소 질소 질소를 본 적이 있을까요? 땅속에 있어요 또 질소 본 적 있을까? 질소 그죠 기체 분자라서 사실은 이렇게 우리 지금 이 교실에도 한 80퍼센트 정도가 질소가 있어요 하지만 눈에 보이지 않죠 눈에 보이지 않는데 교실의 대부분을 차지하고 있습니다 이렇게 많이 차지하는 질소는 지구의 환경뿐만 아니라 생물체 사람이나 식물이나 동물한테도 엄청나게 많이 차지하고 있어요 단백질이나 엄마랑 아빠랑 친구들 닮았나요? 닮았어요? 그렇게 닮을 수 있도록 전달하는 유전 물체 속에도 질소는 포함되어 있어요 그래서 굉장히 중요한 원소인데 조금 아이러니한 게 대기 중에 거의 78퍼센트라는 이 질소가 우리가 사람이 동식물이 직접 흡수를 할 수 없어요 근데 내 몸을 구성하려면 질소는 꼭 필요하거든요 그러면 도대체 어떻게 질소가 이렇게 생명체로 들어오는지 그 과정을 한번 볼게요 지금 화면은 육지에서라고 생각하면 됩니다 대기 중의 질소 내에 이렇게 보면 여기 보면 N이라는 게 질소예요 질소 원소 두개가 이렇게 3중 결합 꽁꽁 둘이 딱 붙어있어서 떨어지지 않아요 저렇게 붙어있을 때는 굉장히 강력하게 결합되어 있다라고 표현하거든요 강력하게 결합되어 있어서 다른 물질이랑 만나려고 하지 않아요 자기 둘이만 이렇게 공기 중에 둥둥 떠있으려고 하는데 지구상에 있는 많은 생명체들은 저 질소를 필요로 하고 있어요 반드시 필요로 해요 그래서 이 질소가 땅속에 만약에 흡수가 되면 땅속으로 흡수가 되면 질소가 땅속에서 생명체에서 흡수할 수 있는 이온의 형태로 변형됩니다 질산 이온이나 암모늄 이온이라는 이런 이온 형태로 변형이 되어야지만 흡수를 할 수 있는데 그냥 변형되지는 않아요 땅속에는 많은 세균들이 살고 있거든요 그 세균 중에서 질소를 이렇게 보면 암모늄 이온으로 변화시켜주는 세균이 있구요 그런데 이런 생명체는 암모늄 이온보다 질산 이온을 더 많이 흡수하는 걸 좋아해요 그래서 한 번 더 질화 세균이라는 세균들이 한 번 더 변형시켜줘요 질산 이온으로 그러면 이 질산 이온의 형태로 생명체에게 이렇게 흡수되고 우리 몸이나 식물을 구성하게 되는 거예요 나무나 식물이나 동물들이 이렇게 많은 것을 먹고 그다음에 배설을 하거나 이 친구들이 죽어서 사체가 되면 그거를 또 다시 분해자라는 친구들이 얘들을 분해해서 다시 암모늄 이온으로 만들고 땅 속에 또 세균들이 질산 이온을 만들고 이렇게 땅속에서 생명체 안에서는 질소가 순환구조를 가지게 되어 있어요 그런데 자연계에서 전체 순환구조를 생각하면 우리가 대기 중의 질소를 다 써버리면 그런 공기 중의 질소가 다 사라져버리는 거 아니에요? 라고 생각할 수 있겠죠 우리가 다 구성물로 다 써버리면 하지만 땅속에는 이렇게 우리가 흡수할 수 있도록 변형된 이온을 다시 질소로 만들어주는 세균도 살고 있어요 오늘 세균들이 뭔가 다 좋은 역할을 하고 있는 세균들이죠 그렇게 해서 다시 대기 중으로 방출을 함으로써 전체적으로 질소의 순환이 육지에서 이루어지고 있습니다 그러면 해양에서는 어떻게 일어날까요? 질소가 이렇게 순환하는 과정은 동일해요 육지든 해양이든 그래서 해양에서도 대기의 질소가 물 속에 이렇게 흡수가 되면 바다에도 질소를 암모늄 이온으로 바꿔주는 그런 세균들이 많이 살고 있어요 주로 바다 위쪽에 많이 살고 있는데요 그러면 암모늄이라는 이온으로 변경되고 다시 질화 세균에 의해서 이렇게 최종 질산 이온으로 변형이 되면 이거를 바다에 살고 있는 많은 식물성 플랑크톤들이 그걸 막 흡수를 하면 그 위의 포식자 해양 식물이나 동물들이 플랑크톤을 섭취를 하고 또 섭취를 하고 나면 이 생명체들이 배설물이나 바다 안에서도 또 죽음을 맞이하면 사체가 되겠죠 그러면 배설물이나 이 사체를 바다 속에 있는 또 다른 분해자들이 분해해서 암모늄 이온을 만들고 우리 육지에서와 같이 생명체 안에서 이 순환은 계속 이루어집니다 그리고 바다에도 이 질산 이온을 다시 질소로 만들어주는 세균이 바다에도 살고 있어요 그 세균은 탈질소 세균이라고 하고 주로 바다 깊은 곳에 있어요 이 탈질소 세균은 육지도 마찬가지고 바다에서도 그런데 산소를 싫어해요 산소 근데 친구들이 호흡할 때 필요한 기체가 뭘까요? 우리가 우리가 숨을 쉬거나 호흡을 할 때 기체가 산소인데 세균들도 그래요 산소가 필요한데 산소를 싫어하는 세균들도 있는 거예요 하지만 산소가 없으면 그럼 어떻게 호흡을 해요? 그러면 얘가 못 살 것 같은데 하지만 산소 대신에 다른 기체들을 이용해서 호흡을 하고 그 과정에서 요렇게 질소를 배출 방출하게 됩니다 이 질소랑 오늘 우리가 만들 아쿠아리움이랑 도대체 무슨 관련이 있을까 궁금할 것 같은데 친구들 아쿠아리움 가는 거 좋아해요? 자주 가요? 일년에 한두번 한번 정도 선생님도 방문하는 좋아는 하는데 왜 자주 못갈까요? 비싸고 대구는 멀고 물론 가까운 곳에 있지만 좀 많은 해양 생물을 보려면 바닷가로 가야 해서 멀리 있어서 자주 못가거든요 그래서 우리가 만든 미니 아쿠아리움은 물속에 사는 동식물을 관찰하고 체험할 수 있는 작은 공간이라고 생각하고 오늘 함께 만들어볼 건데 지금 앞에 있는 이 어항은요 선생님 집에 한 10년 넘게 같이 살고 있는 어항이에요 그런데 최근에 키우는 방법을 바꿔봤어요 물고기가 집에 혹시 어항 있는 친구들 아니면 부모님들 왜 어항이 없을까요? 왜 집에 물고기를 키우지 않죠? 잘 죽고 청소하기 힘들죠 맞아요 그런데 아마 집에서 물 갈아야 되고 돌 씻어야 되고 그 많은 어려움 때문에 정말 힘든데요 네 저도 그랬어요 근데 최근에 마지막으로 열대어 키우던 게 죽으면서 제가 구피를 다시 키우기 시작했는데 지금 어항이 깨끗할까요? 이 정도면 굉장히 깨끗하거든요 왜 이렇게 이야기 하고 싶냐 하면 6개월 동안 물을 한 번도 갈아주지 않았어요 물을 한 번도 갈아주지 않았고 청소는 당연히 안 했겠죠 그냥 물이 줄면 그냥 물을 부었어요 네 처음에는 수초가 없었거든요 수초가 없고 구피만 있었는데 물을 붓다가 보니까 이제 뭔가 점점 바닥에 배설물이나 덜 먹은 먹이 찌꺼기들이 쌓여 있는게 보이면서 청소를 해야할까 고민하던 중에 무언가 발견을 했어요 수초를 생각하게 되었습니다 그래서 만약에 이 물고기들이 배설물을 아니면 먹이 찌꺼기들이 이렇게 있으면 이 안에 어항 속의 우리가 보통 물고기를 사오면 물 안에도 세균들이 들어 있거든요 그러면 그 세균들에 의해서 이 과정을 거칠 텐데 그러면 마지막에 다 거치고 남은 순환되지 못한 질산 이온이 남아서 보통 여기에 냄새가 난다거나 아니면 찌꺼기가 계속 쌓이고 옆면에 이끼가 생기기 시작하거든요 그래서 그 질산 이온은 뭔가 흡수할 수 있는 걸 찾았어요 그래서 보통은 희석제 같은 거 있죠 세균을 넣거든요 세균을 넣어주면 이런 부분을 흡수해주는 세균을 넣는 액체도 있어요 그것도 있는데 그게 아니고 첫 번째는 수초를 한번 넣어 봤어요 그리고 굉장히 잘 자라더라고요 빠른 속도로 자라는 수초를 넣었는데 그때부터는 거의 이 밑에 왜냐하면 물고기가 지금 A4 사이즈의 어항인데 한 열다섯 마리밖에 없거든요 구피가 그래서 그런지 특별히 배설물이 막 쌓이고 이러진 않았고 벽면에 쌓이는 거 구피들이 이렇게 잘 뜯어먹더라구요 그래서 보통 열대어 키우실 때는 청소 물고기도 넣어야 되고 산소도 넣어야 되고 그렇죠 그런데 이 질소 순환 과정에서 배설된 것을 이 수초들이 흡수하고 다시 이 안에서 뭔가 순환되는 걸 알 수 있었고 그리고 여기 가만히 보면 보통은 여기에 산소발생기를 어항에 꼭 넣어두죠 그런데 제가 그것도 구피 키우면서 처음에 치어를 데려와서 치어들을 가져오면 거기에 끼어서 죽거든요 그래서 산소발생기를 뺐어요 그랬더니 조금 더 이끼가 덜 생기더라고요 근데 요기 있는 대기 중의 질소를 암모늄으로 바꿔주는 이 질소 고정 세균이 이렇게 둥둥 있는데 얘들은 산소를 굉장히 좋아해요 그래서 얘를 먹고 다시 질산 이온 형태로 바꾸는데 반대로 이끼도 산소를 엄청 좋아하거든요 그러면 그 산소 발생기를 물고기를 위해서 넣어줬는데 다른 세균들이나 이끼들이 이제 산소를 먹고 이 안에서 같이 자라는 거죠 그러면서 벽면에 서식을 했던 것 같아요 그런데 산소 발생기 빼고 나서 이끼도 거의 사라져서 지금 작은 물고기라서 그렇습니다 그렇게 해서 이 어항의 경우는 물을 갈지 않는 어항이죠 그래서 보통 무환수 어항이라고 해요 그러면 그냥 믿고 한번 해 보시면 됩니다 그런데 얘는 크기가 커서 오늘 우리가 만들 어항은 작아요 크기가 미니 아쿠아리움인데 형태가 조금 다르죠 여기 물 주전자처럼 관이 하나 나와있어요 이렇게 관이 있는데 제일 힘든 게 그거죠 물을 붓는 거 아니면 기름 주유기 펌프로 이렇게 꾹꾹꾹 해서 배설물 버리는 것 그게 어항 키울 때 가장 불편한 점인데 이 어항은 이대로 두고 물이 그냥 흘러 내리는 어항이거든요 관이 아래쪽까지 있어요 그럼 배설물도 같이 흘러내려요 그럼 어떻게 해서 이 물이 지금 나오는 걸까요? 물이 선생님이 뭘 했을까요 여기에 자동으로 뭔가를 했어요 자동은 아니고 사람이 무언가를 했어요 뭘 하면 될까? 펌프질을 안 했어요 어항 청소할 때 필요한 펌프질을 뭐 했어요? 물을 부었을까요? 맞아요 선생님이 그냥 물을 이렇게 부었왔어요 물을 부으면 이쪽에서 물이 나옵니다 물만 부으면 깨끗해지는 어항이에요 이거를 한번 볼게요 이 어항 원리를 보면 사이펀 관이라는 게 있는데 높은 곳에 있는 액체를 이렇게 낮은 곳으로 흐르게 하는 관이고 보통 이 관이 어항이라든지 아쿠아리움이나 큰 수조 청소할 때도 사실은 이 원리를 많이 사용하거든요 실제로 많이 사용하고 있고 사용하고 있습니다 수조 자체를 기울일 수 없죠 아쿠아리움에 그다음에 이 어항을 기울이지 않고 가만히 두고 관으로만 이동하는 장치를 사이펀이라고 하는데 보면 여기 ㄱ자 관에 공기가 들어있으면 요기 수면인데요 어항 속에 수면도 공기가 누르고 ㄱ자 관 안에도 공기가 눌러요 바깥이랑 안이 똑같은 공기가 누르고 있어요 그러면 움직일까요? 똑같은 힘으로 누르면 움직이지 않죠 그래서 물이 그대로 있습니다 그런데 여기다가 아까 우리 어린이가 물을 부어요 했어요 물을 가득 부었더니 이 관 안에 이제 물이 차기 시작한 거예요 관 안에 물이 차면 이제 밖에 수면은 공기인데 관 속에 작은 관 속에는 물이 누르거든요 그럼 물이 쭉쭉 쭉쭉 여기를 누르고 공기가 이렇게 크게 눌러요 그럼 누가 힘이 더 셀까요? 물일까요? 보통 물은 바닥에서 위로 10미터까지 높이가 우리 지금 대기 중에 있는 이 힘이랑 같아요 그래서 보면 공기가 힘이 훨씬 세요 그래서 공기가 눌러서 물이 요렇게 빠져 나오는 원리를 이용한 아쿠아리움이라고 생각하면 됩니다 그럼 사이펀 원리는 우리 주변에도 굉장히 많이 존재하고 있어요 그러면 만드는 게 사이펀 관 만드는 게 조금 어렵거든요 그래서 관 만드는 것까지 같이 먼저 한번 만들어 볼게요 우리 맨 처음에 아크릴 어항이랑 동그랗게 생긴 실리콘 패킹을 한번 찾아볼게요 이 실리콘 패킹을 어항에 보면 이렇게 구멍이 뚫린 쪽이 있어요 여기에 끼워 주시면 됩니다 자 그다음에 보면 ㄱ자 관이 있는데 ㄱ자 관이 두 개거든요 그런데 하나는 뭔가 조금 모양이 균일하지 않고 다른 하나는 양면이 다 똑같은 ㄱ자 관이 있어요 다 똑같은 ㄱ자 관에 하얀색 실리콘이 하나 더 있어요 그 실리콘을 끼워주세요 한 군데 아무 쪽이나 요렇게 실리콘을 끼워주시면 돼요 네 이거를 방금 어항의 실리콘 패킹을 한 곳에 이렇게 끼워주면 됩니다 자 그다음에 보면 바닥판에 보면 구멍이 있거든요 이 구멍을 이 실리콘 관이 ㄱ자 관이 있는 방향에 맞춰서 놓아주세요 요렇게 자 여기 보면 우리 ㄱ자 관이 하나 더 남았죠 이건 굉장히 중요해요 어렵거든요 ㄱ자 관을 보면 요렇게 살짝 들어간 부분이랑 아래쪽에 홈이 나있는 부분이 있어요 안쪽에 요 안쪽에 홈이 나있는 부분에 긴 관을 끼워야 해요 긴 관을 그런데 이 홈 끝까지 관이 들어가요 그래서 살살 넣어야 되는데 팍 넣으면 깨지거든요 요렇게 ㄱ자가 되었죠 흡입관이 완성이 되면 이거는 이제 어항 안쪽에 안쪽에 들어갑니다 어항 안에서 넣을게요 자 어항 안쪽에 넣는데 여기 보면 우리 아까 바닥 판에 구멍 있었죠 그 구멍에 흡입관 끝이 들어가요 살짝 그리고 위에 바깥에 나와 있는 관이랑 안에 관이 연결이 됩니다 자 이렇게 되면 사이펀 관이 완성이 된 거예요 그리고 나서 지금 바닥에 돌을 요렇게 깔아주면 돼요 수초도 넣어주시면 됩니다 그리고 나중에 물고기 받아갔을 때 자갈이랑 돌이 더 있거든요 그 돌을 가져가서 조금 더 배치를 해 주시면 돼요 자 요렇게 완성이 되면 집에 가면 제일 먼저 할 일은 어항 속에 물을 채워 주세요 물고기는 뒤에 있는데 아마 마치고 나갈 때 가져가면 됩니다 완성이 됐을까요? 자 그러면 수요일엔 바다톡톡 5회 도입강연은 여기에서 마치도록 하겠습니다 경청해주셔서 감사합니다