우주/지구/인체의 구성 요소

우주는 수소 74% 헬륨 24% 산소 1% 나머지 1%는 탄소, 네온, 철, 질소, 규소, 마그네슘, 황, 기타 미네랄로 구성되어 있다.

 

지구는 철 32% 산소 30% 규소 15% 마그네슘 14% 황 2.9% 니켈 1.8% 칼슘 1.5% 알루미늄 1.4% 기타 미네랄 1.4%로 구성되어 있다.

 

 

인체는 산소 65% 탄소 18% 수소 10% 질소 3% 칼슘 1.5% 인 1.0% 칼륨 0.4% 황 0.3% 나트륨 0.2% 염소 0.2% 마그네슘 0.1% 기타 미량 미네랄인 아연, 철, 구리, 셀레늄, 붕소, 크롬, 망간, 코발트, 요오드, 몰리브덴, 바나듐, 실리콘 0.3%로 구성되어 있다.

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인체의 주 구성 성분인 탄소(C), 수소(H), 산소(O)는 탄수화물과 지방이 공급원이며 질소(N)는 단백질이 공급원이다. 인체의 4%를 차지하고 있는 미네랄의 공급원은 천일염과 채소와 과일이다.

​칼슘과 인은 뼈의 주 성분이고 뼈에는 인체 나트륨의 1/3이 들어 있어 뼈의 수분을 유지하는 역할을 한다. 칼슘의 1%는 혈액에 들어 있으면서 신경 전달, 근육 수축, 호르몬 분비, 세포 재생에 관여한다.

​칼륨은 세포 안의 체액을 유지하고 나트륨은 세포 밖의 체액을 유지하는 역할을 한다.

​황은 인체의 마스터 항산화제인 글루타치온 생성에 관여하며 마그네슘은 미네랄의 콘트롤 타워 역할을 한다.

​구리는 동맥과 피부의 탄성섬유 조직을 만드는 아민산화효소 생성을 촉진한다.

​미량 미네랄의 기능에 대해서는 아직도 완전히 밝혀지지 않았지만 인체의 4%를 차지하는 미네랄은 생명 유지에 없어서는 안되는 필수 영양소이다.

​인간뿐만 아니라 모든 유기체는 산소(O), 탄소(C), 수소(H), 질소(N)가 95~97% 미네랄이 3~5%로 구성되어 있으며 죽으면 C, H, O, N으로 구성된 유기물질은 미생물에 의해 분해되어 없어지고 무기물질인 미네랄만 분해되지 않고 자연생태계에서 순환하고 있다. 자연생태계의 순환은 미네랄의 순환인 것이다.

 

 

물에 대하여

 

액상의 물은 지표의 약 70%를 차지하며, 오늘날 빙하가 10%를 덮고 있기에, 즉 지구 표면은 약 80%가 물이라는 성분으로 덮여 있다. 지구의 모든 생명은 물이 없으면 살아있을 수 없다. 대기와 암석은 다른 행성에도 존재하나 결정적으로 생명체가 탄생하기 위해선 물이 있어야 하며 지구는 충분한 물이 있었기에 생명체가 탄생하고 진화할 수 있었던 것이다.

암석 내 물은 몇 가지 방법으로 존재할 수 있다. 첫번째는 물분자 그 자체로 포함되는 것인데, 스멕타이트(smectite)와 같은 광물은 격자층 사이에 물분자가 치환되어 직접 들어가있을 수 있다. 물론 물분자 그 자체가 들어있는 것은 당연히 이온 결합이나 공유 결합이 아니기에, 광물의 밀도와 구조적 안정성은 낮아지게 된다.

다른 방법은 물 분자가 그냥 들어가지 않고 하이드록시기(-OH)와 수소(-H)로 양분되어 격자에 포함되는 것이다. 많은 경우 하이드록시기는 금속 양이온에 결합하여, 수소는 산소에 결합하여 두 개의 -OH 그룹을 만든다. 이렇게 광물에 하이드록시기를 통해 물이 들어간 경우, 이 광물을 수화 광물이라고 부른다. 각섬석과 운모는 대표적인 수화 광물이다. 지표의 많은 단단한 암석은 바로 이 방식을 이용하여 0.1~7 wt.% 정도의 물을 함유하고 있다. 또 다른 방법이 있는데 이는 격자 자체에 물이 있는 건 아니지만 격자 구조 성질에 따라 물을 소량 담아낼 수 있는 경우이다. 이를 NAMs(Nominally Anhydrous Minerals)라고 부르기도 하는데, 특히 감람석을 대상으로 많은 연구가 진행되어오고 있다.

• 온도
  물의 끓는점과 어는점이 초기 섭씨온도와 화씨온도의 기준이 되기도 했다.
  화씨는 소금물의 어는점을 0도로 했기에, 순수한 물의 어는 점은 32도이다.
  섭씨는 심플하게 어는점이 0도, 끓는점이 100도.
  절대 온도가 등장한 이후에는 물의 삼중점을 273.16K로 재정의하였고 물의 어는점은 0.000089(10)°C, 끓는점은 99.9839°C로 약간의 차이가 생겼다. 동위 원소 조성이 달라지면 이 또한 변하며, 한 예로 중수의 끓는점은 101.4 °C이다. 현재는 볼츠만 상수로 갈음했다.

• 질량
  질량을 나타내는 SI기본단위인 kg(킬로그램)의 초기 표준으로서 사용되었다.
  1기압 4℃에서 가로, 세로, 높이 10cm인 정입방체(=1 L=1000 cm3))의 물을 1kg그램으로 정의했었는데, 1기압을 정의하려면 우선 질량의 표준(=kg)이 필요해서 폐기되었다. 그 뒤 따로 금속 킬로그램 원기를 만들었으나 이를 폐기하고 현재는 플랑크 상수를 기준으로 사용하고 있다. 그래도 초기 기준으로 제시되었었기 때문에 정밀한 기준이 필요한 게 아니라면, 일상생활에서 1L의 물은 대략 1kg으로 봐도 무방하다.
  이렇듯 특정 부피의 물의 질량을 기준으로 kg을 정했기에 밀도 역시 거의 1g/cm3이다.

물은 0kcal이며, 무기물이다. 물 속에 녹아 있는 용질에 따라 소수점 이하 수십자리의 오차가 있을 수는 있겠으나 이 정도는 사실상 아무 의미가 없다. 즉, 살이 찌는 것과 물은 아무런 관계가 없다. 

 

물과 건강의 상관관계

물은 필수불가결한 물질이므로 인체의 50~70%를 차지하며, 1%만 부족해도 심한 갈증을 느낀다.

단식을 해도 30일 가량 버틸 수 있지만, 물을 마시지 않으면 탈수 때문에 3일 정도만에 사망하게 된다. 물은 이렇게 소중한 물질이며, 특히 체내 대사에는 엄청난 영향을 미친다.

충분한 물의 섭취를 통해 얻을 수 있는 가장 큰 이점은 체내 노폐물의 배출이다. 대개 사람들은 이 노폐물을 단순한 피부 피지 정도로 생각하지만, 생각 이상으로 광범위하다. 간단히 말하자면 노폐물은 체내에서 쓸모없는 모든 물질을 의미하며, 이것은 배설물일 수도 있고, 과잉 섭취된 영양소나 무기물일 수도 있다.

충분한 물의 섭취로 예방할 수 있는 질환만 하여도 상당한 편이다. 통풍, 고혈압, 결석(특히 요로결석) 등 체내 특정 무기물 농도의 불균형으로 발생하는 질환의 상당수가 물의 충분한 섭취로 예방하거나 발병 시기를 상당부분 늦출 수 있다. 해당 질병들은 각각 요산, 나트륨, 무기질의 과다 축적으로 발생하는 경우가 많은데, 물을 과하다 싶을 정도로 섭취하면 해당 질병의 원인 물질들이 소변으로 죄다 빠져나간다. 소변을 자주, 많이 보는 사람은 대개 요로결석으로 고생하지 않으며, 설령 결석이 생성되었다 해도 결석 생성 초기에 소변에 휩쓸려 배출된다.

변비 또한 수분 섭취에 영향을 많이 받는다. 변비가 있어 병원을 방문하게 될 경우, 제일 먼저 받는 질문이 '하루에 물을 얼마나 마시느냐'이다. 체내에 수분이 부족하면 대장은 대변에서 수분을 최대한 빨아들이려 하고, 이것은 대변이 대장에 머무는 시간을 늘이는 한편, 대변이 단단해지게 만들어 쾌변을 하지 못하게 만든다. 수분을 많이 섭취하면 대변이 물러지므로 변비의 예방에도 큰 도움이 될 뿐만 아니라 치질의 예방에는 더 큰 도움이 된다.

피부 건강 역시 물의 섭취에 크게 영향을 받는다. 피부는 외부에 노출되어 있으면서도 표면적이 가장 큰 신체 부위이기 때문에 수분의 손실이 크게 일어난다. 따라서 쉽게 건조해 질 수 있는데, 물을 자주, 많이 섭취하면 잃어버리는 이상으로 수분이 보급되므로 피부 건강에도 크게 도움이 된다. 또한 수분 섭취가 많으면 땀 또한 많이 나므로, 피부 노폐물이 땀에 섞여 원활히 배출되는 효과와, 피부 각질이 땀에 불어 쉽게 제거되는 효과를 챙길 수 있다.

심지어 숙취에도 도움이 된다. 일단 섭취한 알코올의 일부는[32] 소변 등에 섞여 배출되는데, 물을 많이 마시면 쉽게 배출된다. 그 외에, 술에 있는 알코올은 이뇨작용을 한다. 때문에 체내 수분이 극도로 감소하며, 이로 인해 발생하는 질환의 대표격이 구강질환이다. 체내 수분이 부족하면 당연히 침도 분비되지 않게 되는데, 침은 구강 건강에 크게 기여하므로 침의 분비량이 부족하면 치주질환과 충치 등에 취약해진다. 따라서 물을 섭취하면 체내 수분 유지에 도움이 된다. 또한 알코올의 체내 분해 기전상 물을 소비하기 때문에 과음한 다음날은 수분 부족 상태가 된다. 이 경우에 물을 많이 마시면 크게 도움이 되며, 특히 꿀, 설탕 등의 당분도 같이 섭취해 주면 숙취에서 빨리 벗어날 수 있다.

여튼 물의 섭취는 건강에 도움을 주면 주었지 여간해서 해를 주지는 않아서 가급적 자주 물을 마셔주는 것이 좋다. 하루 마시는 물의 양에는 다소 이견이 있지만, 대개 2~3L는 권장되는 편이고, 일부에서는 '소변 색이 투명할 정도'로는 마셔주는 것이 좋다 하기도 한다.

다만 장기적으로 필요 이상 물을 마시면, 수분을 배출하는 신장에 무리가 가고 단백뇨가 올 수 있다고 한다.

물의 색깔

가장 기본적으로는 물은 투명한 색이나, 자연상의 물은 빛의 여러 현상으로 인해 색을 띠고 있다. 우리가 주로 보는 바다의 물이 진한 파란색인 이유는 다음과 같다. 흔히 '하늘의 색깔을 반사해서 물이 파랗게 보인다' 정도로 알고 있지만, 사실 말하자면 조금은 더욱 복잡하다.

• 물은 받은 빛 대부분을 반사한다. 즉, 바다는 낮 기준으로 하늘의 색깔을 반사하기 때문에 푸른색으로 보인다. 하지만 간간히 노을 때문에 붉게 되거나 밤하늘에 보이면 남색이거나 검게 물든다.
• 물 분자는 적색, 녹색 파장을 흡수하고 청색 파장을 방출한다. 통설과는 달리 사실은 이게 주요 요인이다. 즉, 기본적으로 물은 완전히 투명한 무색이 아니라 아주 옅은 파란색이다.
• 물의 구성 성분에 따라 색깔이 변한다. 사해가 일반 바닷물과 색깔이 다른 이유는 염도가 상대적으로 높기 때문이다. 수영장의 물은 소독제가 들어있어서 흰색 바닥에선 청록색으로 보인다. 녹조류같은 생명도 비슷한 역할을 한다.
• 레일리 산란에 의해 지평선 근처의 물체는 필연적으로 하늘의 색깔이 섞이게 된다. 푸른 하늘이 비치는 낮에는 푸른 빛이, 석양이 질때는 빨간 빛이 바다에서 반사되는 빛과 섞이는 것이다.
• 깊이에 따라 산란되는 빛의 양이 다르다. 블루홀과 같이 깊은 물은 파란 빛을 더 많이 산란함에 따라 어둡게 보인다.