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바이오스피어2

바이오스피어Ⅱ(BiosphereⅡ)Ⅰ. 서 론이 주제 택한 동기는 옛날 고등학교 재학시절에 TV 해외토픽 뉴스 시간에 이 내용을 재미있게 들었는데, 이번 생태학 레포트 주제로 주어져 옛날의 내가 재미있어 하던 내용이 어떻게 되었는지 알고 싶어서이다.바이오스피어Ⅱ는 1991년부터 1993년까지 미국 애리조나주 오라클에서 실행된 프로젝트로 가상의 약 1만 2천 7백㎡(4천여 평)의 밀폐된 공간에 지구 환경과 똑같은 자연환경을 조성하고 8명의 사람이 그 안에서 생활하는 실험이었는데 결과만 말하면 산소 부족 등의 이유로 실패하였다.그래서 이 주제에서 살펴볼 내용은 바이오스피어Ⅱ에 대해 알아보고 실험목적과 원리, 실패원인 그리고 실험실패가 주는 의미를 보고자 한다.Ⅱ. 본 론바이오스피어Ⅱ(BiosphereⅡ)란?위에서 조금 간략하게 본했지만 1987년 초, 미국 애리조나주 남부의 도시 오라클에서 우리가 현재 살고 있는 자연생물권, 즉 생물권Ⅰ(BiosphereⅠ, 이하 생물권Ⅰ로 칭함)의 구성과 운행과정을 참작한 인공생물권이 건립되었다. 이 인공생물권은 하나의 거대한 온실구조물인데 필수생명물질들의 재생이 부분적으로 이뤄지도록 설계되었다.생물권Ⅰ인 지구의 축소판인 이 인공 생물권을 가리켜, 지구와 같은 기능을 수행한다는 뜻으로 생물권Ⅱ(BiosphereⅡ, 이하 생물권Ⅱ로 칭함)라 명명되었다.생물권Ⅱ는 1만 2천 7백㎡(4천여 평)의 대지 위에 유리 돔 형태로 에드워드 배스라는 미국의 백만장자가 자금을 대 건설된 것으로 생물권Ⅱ 내부 공간 중 대략 80%는 열대우림, 해양, 염수습원, 담수습원, 사바나 초원, 사막에 이르는 6종류의 자연서식지로 되어있다. 만약 이 실험이 성공을 했다면, 그 안에서 일부 종은 적응하지 못해 죽어 없어지고 일부 종은 번창할 것으로 기대했기 때문에 이런 다양한 서식지는 커다란 생물다양성을 제공할 것이다. 전체 면적 16%는 경작지(농경구역)으로 되어 있다. 농경지는 실험에 참가한 8명의 사람과 그들에게 우유, 달걀, 콜레스테롤 저함유 고기를 커다란 실험이었다.즉 다시 말해 생물권Ⅱ 실험의 기본 목적은첫째, 인간이 어떻게 생물권Ⅰ을 파괴하지 않고 그 안에서 환경과 공존할 수 있는가?둘째, 인간이 어떻게 지구를 떠나 우주공간에서 새로운 삶의 터, 곧 다른 생물권을 만들 수 있을 것인가?이 두 가지이다..생물권Ⅱ의 기본 설정이 목적에 충족시키기 위해 생물권Ⅱ에서는 공기, 물, 폐기물이 재순환되어 태양 에너지와 전기, 컴퓨터, 전화를 제외하고는 외부로부터 아무것도 공급받지 않기로 되어 있었기 때문에 이것은 물질순환 측면에서 닫힌 계였다.이 실험은 물질 순환과 에너지 흐름이라는 생태적 사실에 근거를 두고 있었다.생물권Ⅰ인 지구와 마찬가지로 생물권Ⅱ에서도 태양에너지는 물을 순환시키는 원동력이며, 광합성에 필요한 에너지원이 된다. 증발된 물은 깨끗하게 되어 음료수로 이용할 수 있고, 광합성으로 생산된 음식물은 사람들을 먹여 살리는 기반이 된다. 사람들은 음식물을 먹고 소화·호흡하는 과정에서 그 속에 포함된 에너지를 사용하며 동시에 CO2를 발생시키고 이렇게 발생된 CO2는 삼림이나 습지, 농경지의 식물과 바다의 식물 플랑크톤이 행하는 광합성에 다시 이용된다. 따라서 외부와의 물질 교환을 차단하더라도 생물권Ⅱ에서는 이 과정을 통해 외부와의 물질 교환을 차단하더라도 생물권Ⅱ에서는 이 과정을 통해서 CO2가 충당되기 때문에 태양 에너지가 공급되는 이상 연속적인 광합성이 가능하게 된다. 동시에 생물 호흡에 필요한 O2는 그 광합성 과정으로 공급되기 때문에 적절한 순일차 생산성이 있는 이상 그것을 기반으로 사람과 동물이 살아갈 수 있을 것으로 가정했다..생물권Ⅱ내 산소발생생물권 안에서 CO2로부터 유기물질이 생산되는 양을 총 1차 생산량이라고 정의한다. 총 1차 생산량 중에서 일부를 생산자 자신들의 성장과 생명활동 유지를 위해 소비하는데 이를 생산자호흡 또는 독립영양생물호흡이라 한다. 그리고 남는 부분은 생산자의 조직에 축적되는데 이를 순 1차 생산량이라고 부른다.여기에 포함된 에너지는 소비자, 분해자, 인공동력기의＋)의 값을 가지면 그 기간동안 생물권에서 CO2가 적어지고 O2가 많아졌음을 보여준다.반대로 (－)의 값을 가지면 CO2가 증가되고 O2가 감소됐음을 의미한다. 이 결과는 곧 생물군의 공기가 숨쉴만한 것인지 아닌지를 결정하는 요소가 된다.광합성 또는 호흡과정을 통해 생물권에서 합성 또는 소비되는 에너지의 양은 같은 기간동안 소비 또는 생산되는 CO2의 양에 어느 정도 비례할 것이다. 또한 질소, 인, 황과 같은 다른 영양원소들이 유기물로 합성되거나 무기화 되는 양도 CO2량의 증감에 어느 정도 비례할 것이다..생물권Ⅱ내 물의 순환생물권에서 여러 가지 목적으로 사용된 물은 대부분 더렵혀진다. 이 오염된 물은 물의 순환과정을 통해서 깨끗해져야만 재차 사용 할 수 있다. 사람을 비롯한 소비자들이 사용하는 동안 더럽혀진 물은 태양열에 의한 증류작용 또는 생산자, 분해자들의 활동을 통해 정화됨으로서 다시 마실만한 물로 바꾸는 것이다.여기서 증류된 물이 다시 비가 되는 과정이 매우 중요하다. 실제로 생물권Ⅱ에서도 공기 중에 떠도는 구름, 곧 기체형태의 물을 모아서 비를 내리게 하는 과정은 중요한 숙제였다. 비를 만들기 위한 첫 계획은 정글 위 26m 높이의 유리지붕 꼭대기에 냉각장치를 설치하는 것이다. 생물권Ⅱ 거주자들은 이 냉각과정이 수분을 모아 비를 만들어 줄 것으로 생각했다. 그러나 실험을 통해서 그 과정은 빗방울을 거의 형성시키지 못하거나 식물이 원하는 키기보다 훨씬 큰 파괴적인 비를 만든다는 것이 밝혀졌다. 그 후 여러 가지 실험을 거치면서 파이프 끝에 연결된 수도꼭지에서 안개처럼 뿜어지는 물방울을 핵으로 삼아 형성되는 비를 이용하기로 했고, 냉각코일을 이용, 습기찬 공기를 응축시켜서 마실 물을 얻기로 했다. 생물권Ⅱ의 습지에 살고 있는 미생물의 활동 덕택으로 그 안에 포함된 물의 100%가 1주일 내에 재순환되고 정화된다. 더 많은 양의 물이 필요하면 이 과정들을 좀더 빨리 진행시키면 된다..생물권Ⅱ내 공기 정화순환생물권Ⅰ에서 공기는 대개 소비자에 의해서 더 있는 토양반응실(soil bed reactor)에 연결돼 있고 대개 여기서 정화된다. 토양반응실은 미생물의 분해과정을 모방해 만든 공기 정화장치이다. 즉 공기가 토양으로 스며들게 하고, 지상으로 확산되는 순환을 가속시키고, 미생물을 적극 활용해 오염된 공기를 완전히 정화하게끔 설계한 것이다.언뜻 생각하면 무슨 거창한 장치처럼 여겨지지만 실상 이 장치는 생물권의 물질순환과정 중에서 자연적으로 일어나고 있는 현상을 촉진하는 일을 담당하고 있을 뿐이다.이와 같이 물과 물질들은 생물과 무생물을 이동하며 순환되고 재생된다. 이 표현에는 움직임의 뜻이 함축돼 있고, 에너지 없이는 그런 움직임이 일어날 수 없음을 말한다. 생물권Ⅰ과 마찬가지로 탄소를 비롯한 영양원소들의 순환과 그에 수반된 에너지의 흐름을 통해 생물권Ⅱ를 움직이는 원리이다.다시 말해서 지구가 제공하는 에너지흐름, 물질순환과 생명부양계(생명의 생리적인 필수품인 음식, 다른 에너지, 무기영양물질, 공기, 물 등을 제공하는 지구의 부분)를 생물권Ⅱ라는 개체를 통해 인공적 에너지흐름, 물질순환과 생명부양계를 만들어 여러 가지 생태적 과정을 비롯한 과학적 현상들을 실제로 확인해 본다는 것이 생물권Ⅱ의 본 목적이다.바이오스피어Ⅱ(BiosphereⅡ)의 실험 실패원인생물권Ⅰ을 바탕으로 만들어진 생물권Ⅱ가 성공할 것 같았지만 서론에서도 말했지만 O2의 부족과 CO2의 증가로 실패하였다. 그럼 왜 어떤 이유에서 이 실험이 실패하였는가?.바이오스피어Ⅱ(BiosphereⅡ)의 문제발생그런데 1992년, 생물권Ⅱ 실험 중 생물권Ⅱ 안에서 증가하는 CO2를 비밀리에 제거해야 했다. 다음해 2월에는 산소 농도가 21%에서 15%로 떨어졌다. O2 15% 농도는 고도 3800m에서 나타나는 값으로 그 수준에서는 산소 결핍증이 나타나기 때문에 생물권Ⅱ의 생물들은 당초 계획과는 달리 외부로부터 산소를 공급받아야 했다.이 과정을 에너지 대사에 대표적인 매개체인 C로 단순화시켜 보면 아래와 같은 화학식으로 나타낼 수 있다.6CO2＋6H2O일부는 사람들이 먹는 음식물인 동시에, 다른 소비자와 분해자 그리고 인공동력기들이 기능을 발휘하기 위해서 필요한 에너지원이다. 이 양이 충분하면 생물권Ⅱ는 지속적으로 운행될 것이며, 충분하지 못하면 사람을 비롯한 일부 생물들의 생존에 위협에 뒤따를 것이다.즉, 1993년 2월에 생물권Ⅱ의 공기 중 CO2 농도가 높아졌다는 사실은 그 밀폐된 공간에서 위의 화학 반응이 왼편으로 진행되었음을 의미한다. 이것은 바로 생물권Ⅱ에서 생물들이 숨쉴만한 O2수준이 유지되지 못했으며 동시에 순생산성이 음의 값을 가졌다는 것을 시사한다.결과적으로 생물권Ⅱ안에 사는 8명의 거주자들은 식사량을 줄여야 했을 것이다. 사실 그들은 1992년에 대부분 에너지 섭취량을 하루 1750Kcal로 제한해야 했다. 보통 어른이 정상적인 생활을 영위하기 위해서는 하루에 2000∼3000Kcal를 섭취해야만 한다는 사실을 고려하면 그들이 굶주렸을 것을 짐작할 수 있다..바이오스피어Ⅱ(BiosphereⅡ)의 O2 부족과 CO2 증가원인생물권Ⅱ의 O2 부족과 CO2 증가원인을 1997년 조선일보「미 `가상지구 바이오스피어(Biosphere)Ⅱ' 창조실험 실패..산소부족 현상」기사 내용 중 실험에 참가한 미국 미네소타대학, 록펠러대학, 컬럼비아대학등의 과학자들은 바이오스피어Ⅱ 실패원인을 분석한 보고서를 세계적인 과학저널 「사이언스」에 기고한 내용을 간략하게 살펴보면 될 것 같다.- 첫 번째로, 토양의 비옥도를 유지하기 위해 유기물을 풍부하게 공급한 것이 O2 소모를 불러왔다.유기물을 기반으로 토양 미생물들의 활성이 강화되면서 더 많은 분해가 발생한 것이다. 그로 인해 O2 소모가 일어났고, 이것은 수계가 부영양화되면 과도한 양으로 생산된 유기물이 분해되고 그로 인해 수중의 O2가 고갈되는 현상과 비슷하다.- 두 번째로, 바이오스피어Ⅱ 건물의 콘크리트 벽이 O2를 흡수를 하였기 때문이다.바이오스피어Ⅱ를 짓기 위해 건축자재로 콘크리트를 사용 건설하였는데, 이것이 O2를 흡수만 하였지 방출을 전혀 하지 않아 됐다.

자연과학| 2002.10.23| 6페이지| 1,000원| 조회(2,139)

생물권, 바이오스피어, Biosphere

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물질대사이상에의한질병(당뇨병) 평가B괜찮아요

물질대사 이상에 의한 질병( 당 뇨 병 )Ⅰ. 서 론생물은 생명활동을 위해 에너지의 공급을 필요로 하며 그 에너지는 환경으로부터 얻고 있다. 대부분의 식물은 대기 속에서 광합성을 통해 태양의 광 에너지를 화학 에너지로 바꾸고 당(糖)과 그 밖의 식물체를 구성하고 있는 복잡한 화합물을 직접 만들어내지만, 동물들은 근본적으로 생명유지에 필요한 물질을 합성할 수 없으므로 식물이나 다른 동물이 가지고 있는 고분자 유기화합물을 섭식하고 분해시켜 이것에서 생성되는 에너지로 생명활동을 유지한다.동물이 섭취한 먹이의 대부분은 탄수화물·지질·단백질의 3가지 주된 화합물과 무기물질·비타민 등이다.섭취한 먹이는 소화와 흡수의 과정을 거쳐 생체에 이용될 수 있는 단순한 화합물로 분해되고, 이러한 저분자물질들은 다시 복잡한 화학반응을 거쳐 필요한 에너지를 생산해내고 세포의 구성요소들을 합성·조립하는데 사용된다. 생물의 체내에서 일어나는 이러한 유기화합물의 모든 화학반응과 이에 수반되는 에너지의 변환을 물질대사(物質代謝, metabolism) 즉, 생명과정에 필요한 에너지를 공급하고 새로운 유기물질을 합성하는 데 관련된 화학과정이라 하고, 특히 에너지를 이용해 저분자물질에서 고분자물질을 합성하는 과정을 동화작용(anabolism), 고분자물질이 저분자물질로 분해되면서 에너지를 방출하는 과정을 이화작용(catabolism)이라고 한다.만약 잘 돌아가는 하나의 메커니즘인 물질대사가 제한되고 원활한 순환이 안되면 이상이 발생을 하는데, 포도당 물질대사 이상으로 생기는 질병 중 하나인 당뇨병에 대해 논하고자 한다.Ⅱ. 본 론물질대사의 특징과 조절세포 내에서 일어나는 주요 화학반응들은 대개 비슷하다. 따라서 물질대사의 관점에서 볼 때 동물·식물·균류·세균 등 생물체의 종류에 상관없이 세포에서 일어나는 모든 과정들은 근본적으로 같다고 볼 수 있다.물리화학반응에 수반되는 에너지 변화는 열역학법칙을 따른다. 따라서 생물은 에너지를 소모하지도 창조하지도 않는다. 다만 한 형태로부터 다른 형태로 전환할 뿐이며 환경으로부터 유용한 형태의 에너지인 자유 에너지를 흡수하고 같은 양의 에너지를 생물학적으로 볼 때 덜 유용한 형태인 열로 환경에 돌려준다.이화·동화 작용을 조절하는 가장 중요한 메커니즘은 효소의 생성이나 효소의 활성도를 조절하는 것이다.효소와 기질과의 실질적인 반응은 효소의 활성부위(active site)에서 일어나지만, 효소의 조절부위(regulatory site)를 통해 그 모양이 변화될 수 있으며, 그러한 변화는 효소의 반응속도(활성도)를 억제 또는 촉진시킴으로써 촉매작용에 커다란 영향을 미치게 된다. 이화작용은 ATP·ADP·AMP의 상대적인 비율에 의해 조절된다.AMP나 ADP보다 상대적으로 ATP의 양이 많으면 ATP의 생성속도가 감소되는데, 그러한 속도변화는 효소의 특정한 조절부위에 의해 나타난다. 동화작용에서는 ADP나 AMP의 농도가 높아지면 반응속도가 감소되고, 이것은 에너지의 부족이라는 신호로 나타나게 될 것이다. 또 동화작용의 특성 중 하나는 확실한 최종산물이 존재한다는 것이며, 음성 피드백 시스템에 의해 최종산물의 세포 내 농도가 효소의 활성변화를 통해 산물 자신의 형성속도를 스스로 결정하게 되므로 항상 필요한 양의 산물만이 합성된다.글루카곤과 인슐린에 의한 혈당량 조절인간과 동물들의 물질대사를 위해서는 에너지 유입이 필수이고, 유입된 에너지는 사용할 수 있도록 소화·분해되어야 하는데 소화효소를 만드는 췌장의 세포들을 선포세포(腺胞細胞)라고 하는데 이 세포들은 모여서 포도송이 같은 다발을 형성하기 때문에 이러한 이름이 붙었다. 선포세포의 다발들 사이에는 랑게르한스섬이라고 불리는 또다른 분비조직이 분포해 있다.랑게르한스섬(islets of Langerhans, islands of Langerhans)은 척추동물의 췌장에 있는 불규칙하게 생긴 내분비조직으로 1869년 이를 처음으로 보고한 독일 의사 파울 랑게르한스의 이름을 따서 명명했다.사람의 췌장에는 약 100만 개 정도의 섬이 있다. 이 섬들은 4가지 형태의 세포로 이루어져 있는데 그 가운데 3가지(α·β·δ 세포)는 중요한 호르몬을 분비한다는 사실이 알려졌으나 C-세포라고 부르는 4번째 세포는 그 기능이 아직 알려져 있지 않다.수가 가장 많은 β세포는 탄수화물·지방·단백질 대사의 조절에 중요한 호르몬인 인슐린을 만들어낸다. 인슐린은 여러 대사 과정에서 중요한 기능을 담당하는데 세포가 포도당을 흡수하여 대사하도록 촉진시키며, 간에서 만들어진 포도당이 혈액 속으로 나오는 것을 억제하며, 근육세포가 단백질의 기본성분인 아미노산을 흡수하는 과정을 촉진시키고, 지방이 분해되어 혈액 속으로 나오는 것을 억제한다. 소마토트로핀(somatotropin)이나 글루카곤도 β세포의 인슐린 분비를 유발할 수 있으며, 혈중의 포도당이 증가했을 경우, 즉 식사 후처럼 혈당량이 증가할 경우에도 혈당량을 떨어뜨리기 위해 인슐린이 분비된다. α세포에서는 글루카곤이 분비되는데 인슐린과 반대로 간에서 포도당을 분비시키고 지방조직으로부터 지방산의 방출을 촉진한다. 바꾸어 말하면 포도당과 지방산은 인슐린의 분비를 촉진하고 글루카곤의 분비를 억제한다.호 르 몬글루카곤인 슐 린작 용·간에 작용하여 글리코겐을 포도당으로 분해·비탄수화물류에서 포도당으로의 전환을 촉진·간에 작용하여 포도당을 글리코겐으로 합성·근육 세포, 지방 세포내로 포도당 이동 촉진조절인자(자극)혈액내의 저혈당 농도혈액내의 고혈당 농도즉 호르몬인 인슐린과 글루카곤은 길항작용을 통해 서로의 되먹음기작을 인지하여 체세포에 글리코겐 형태로 저장되어 있는 포도당의 양과 혈중 세포의 연료인 포도당의 양의 균형을 유지시켜 향상성을 정확하게 유지하도록 조절해준다.δ세포에서는 소마토트로핀과 인슐린, 글루카곤에 대한 강력한 억제제인 소마토스타틴(somatostatin)이 분비되는데 이것의 대사 조절 기능은 아직 분명하지 않다. 또 소마토스타틴은 시상하부(視床下部)에서도 만들어지는데 주로 뇌하수체 호르몬인 소마토트로핀을 견제하는 기능을 한다.당뇨병과 인슐린의 관계.인슐린의 구조인슐린(insulin) 아미노산으로 이루어진 폴리펩티드 사슬 2가닥이 이황화결합(disulfide linkage/S-S bondage)에 의해 결합된 간단한 단백질이다. 좀 더 자세히 말하면 인슐린의 분자량은 약 6.000으로서 두개의 아미노산 chain으로 되어 있는데 A chain은 21개의 아미노산으로 되었고, B chain 은 30개의 아미노산으로 되었는데 두개의 A chain과 B chain 은 두개의 S-S기(disulfide linkage)로 연결되고 있으며, A chain의 6, 11번째의 cystine이 또한 s-s기로 결합되어 환(ring)을 형성하고 있는데 이 s-s기가 insulin의 작용과 밀접한 관계가 있다고 한다. 또한 동물의 종류에(species) 따라 아미노산의 종류가 약간 다른데 이는 작용과는 아무 관계가 없고 다만 항원-항체 반응(antigen-antibody reaction)에만 관계된다고 한다..인슐린 결핍시의 병리상태Insulin이 결핍된 병적 상태를 당뇨병(diabetes mellitus)이라고 한다.당뇨병의 가장 특징적인 것은 과혈당(hyperglycemia)인데, 말초조직에서 포도당 사용이 감소할 뿐만 아니라 간장과 근육에서의 해당작용(glycogenolysis)이 촉진되어 과혈당이 된다. 그 결과 당뇨(glycosuria)가 일어나 체액 및 전해질 손실로 심한 탈수상태에 이르러 순환장애(circulatory failure)에 이르게 된다.

자연과학| 2002.10.23| 4페이지| 1,000원| 조회(1,294)

당뇨병, 인슐린, 물질대사, 글루카곤

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원자력발전과 환경오염

원자력 발전과 환경오염. 원자력발전이란?원자력발전(原子力發電, nuclear power generation) 이란 원자력의 평화적 이용 중 대표적인 발전방식이다.1942년 12월 E.페르미가 핵분열 연쇄반응을 발견한 이후, 1954년 6월 소련에서 세계 최초의 원자력발전소인 OBNINSK(흑연감속형원자로:5MW)가 가동되기 시작했다. 그 후 1956년 10월 영국에서는 CALDER HALL-1(기체냉각형원자로, GCR:60MW) 원자력발전소가 가동되었고, 미국에서는 1957년 12월 SHIPPINGPORT(가압경수형원자로, PWR:100MW)가 상업운전을 개시하였다.우리나라는 1962년 3월 TRIGA MARK-2 연구용 원자로(열출력 100KW)가 가동된 이후 1978년 4월 고리(古里)1호기(가압경수형원자로:587MW)가 최초로 상업운전을 개시하면서 본격적인 원자력시대를 열었다.원자력발전의 기본원리는 물을 끓여서 증기를 만들고 이 증기로서 터빈을 돌려 발전을 한다는 점에서는 일반 화력발전방식과 다를 바 없지만, 물을 끓이기 위한 에너지원 공급방식을 화력발전에서는 보일러 내에서의 연소반응에 의존하지만 원자력발전에서는 원자로 내에서의 핵분열반응에 의존한다는 점에서는 차이가 난다.. 원자력발전의 필요성에너지중에서도 전기는 풍요롭고도 쾌적한 생활을 갈구하는 생활양식의 변화와 함께 이제 잠시라도 없어서는 안될 생활 필수품이 되었다. 특히 고도의 정보화 사회가 될수록 순간적인 정전도 허용될 수 없기 때문에 양질의 전기가 요구되고 있다. 우리나라는 이렇게 중요한 에너지의 95%이상을 수입에 의존하고 있으며 1996년도 에너지 수입량은 240억 달러로 총수입량의 16%를 차지하였다. 외국으로부터 에너지공급이 중단된다고 해서 당장 모든 산업시설이 마비되고 국민 생활이 혼란에 빠진다면 그것은 진정한 의미의 독립국이라 할 수가 없을 것이다.원자력발전은 연료비의 비중이 낮은 고도의 기술집약적 에너지원이다. 또한 원자력발전에 사용되는 원전연료는 단위 무게당 발생시키는 에너지량이 력발전 설비용량은 전체 발전설비용량의 27.6%를 차지하고 있으며, 1994년 중의 원자력발전량은 586.5억 kwh로서 전체발전량의 35.5%를 차지하고 있습니다. 말하자면 우리가 쓰고 있는 전기1/3이상이 원자력으로 만들어지고 있는 것입니다. 이처럼 시설용량에 비해 실제 발전량이 높게 나타나고 있는 것은 다른 발전설비에 비해 원자력발전 설비의 이용률이 그만큼 높다는 것을 말해주는 것입니다.2000년 현재 운영되고 있는 16기의 원자력발전소외에 우리나라는 4기를 건설중에 있으며, 2006년까지는 8기를 더 건설할 계획으로 있습니다.(단위: 백만kWh)구 분1980199519961997199819992000.6수 력19845*************9960662332무 연 탄2*************1*************유 연 탄0*************7*************801중 유2**************************36512460경 유*************2312821162354가 스*************8*************3318원 자 력347*************0868*************14계3**************************0*************표 . 우리나라 연도별 발전현황그림 . 우리나라 발전별 비율그림 2. 원자력 이용률그림 . 우리나라 원자력 발전소 현황호 기위 치용량(만Kw)원자로형상업운전일고 리원자력발전소1호기부산시 기장군59가압경수로형'78. 4.292호기65'83. 7.253호기95'85. 9.304호기95'86. 4.29월 성원자력발전소1호기경상북도 경주시68가압중수로형'83. 4.222호기70'97. 7. 13호기70'98. 7. 14호기70'99.10. 1영 광원자력발전소1호기전라남도 영광군95가압경수로형'86. 8.252호기95'87. 6.103호기100'95. 3.314호기100'96. 1. 15호기1002002. 4월 예정6호기1002002. 12월 예정울 진원자력발전소1호인간의 사망이나 부상과 연결되는 위험성이 없는 것으로, 특히 인간의 사망이나 부상과 연결되는 위험성이 없는 것으로 정의하고 있다.따라서 어떤 시스템 이 안전하다고 하는 것은 그 시스템이 파괴되거나 기능이 상실되어도 시스템에 부착된 안정장치에 의해 인명에 어떠한 피해도 주지 않게 된다는 것을 뜻한다.원자력 시설에서의 안전문제는 부지의 선정에서부터 설계, 제작, 건설, 운전, 해체에 이르는 원자력시설의 전 단계에 걸쳐 안정성이 확보되도록 기본적으로는 안전성과 경제성에 대한 수용정도 등을 고려하여 달성해 나가야 할 안전목표를 설정하고, 이것이 안전하다는 것을 보이고 평가하는 세부안전기준을 정하며, 심층방어개념에 입각한 다중방어, 다단계 안전조치, 사고관리, 방사선비상대책 등이 반영된 안전성원리를 적용하고 있다..원자력발전의 단계별 안전성 확보설 계사고원인을 제거, 근원적으로 사고발생 방지- 지진, 태풍 등 자연재해와 기기고장 및 인적실수에도 안전하도록 설계만일의 사고발생시에도, 즉시 원자로 안전정지로 사고 진전 방지- 자동감시장치 : 경미한 이상상태도 즉시 검출 가능- 각종안전설비 : 이상상태 발견즉시 원자로 자동 정지만일의 사고 진전시에도, 원전외부로의 방사능 누출 차단- 5중 방호개념을 적용, 다수의 차폐시설 설치.건 설공급자, 한전, 정부의 다중확인으로 완벽한 제작·품질관리원전건설 유경험회사에 발주 및 관계법령에 의한 엄격한 검사 및 확인.운 영정부 및 국내외 전문기관의 안전점검의 수시 실시부품의 적기교체 및 원전운전원의 교육훈련 강화.원전영향원전지역주민에 대한 방사선영향은 극히 미미한 수준원 전 T V X선촬영 자연방사선 허용선량(밀리램/년) 0.2 1 30∼100 240 500※ 5중 방호장치·제1방벽 : 원전연료 피복관 (지르카로이 특수합금)·제2방벽 : 원자로 용기 (두께 약20cm의 강철용기)·제3방벽 : 원자로를 둘러싼 차폐 콘크리이트벽(두께 약80cm)·제4방벽 : 원자로건물 내부 철판 (두께 약4cm의 강철)·제5방벽 : 원자로건물 외부 콘크리이하며, 고준위 방사성폐기물은 사용 후 원전연료 자체 또는 이를 자원으로 재활용하기 위해 재처리할 때 발생하는 높은 수준의 방사능을 갖는 물질을 말한다.·방사물 처리원자력발전소에서 나오는 방사성폐기물은 그 형태로 보아 기체, 액체, 고체의 세 가지로 나눌 수 있다.이들은 거의 방사선의 세기가 낮은 저준위 폐기물이지만 보다 안전한 관리를 위해 처분에 앞서 형태에 따라 알맞게 처리하고 있다.1 기 체원자력발전소에서 나오는 기체폐기물은 일단 밀폐된 탱크에 저장하거나 자연설비를 이용 방사능이 기준치이하가 되면 고성능필터를 거쳐 대기로 내보낸다. 배기구에는 고감도 방사선감시장치가 부착되어 있어 밖으로 나가는 기체중의 방사능량이 법적 기준치를 초과할 우려가 있을 때에는 경보가 울리고 배기구는 자동으로 닫히게 되어 방사성물질의 배출을 막고 있다.2 액 체세탁수와 같은 액체폐기물은 일단 저장조에 모아 놓고 여과 증발장치 등을 이용하여 깨끗한 물과 찌꺼기로 분류한다. 깨끗한 물은 재 사용하거나 외부로 방류하고 농축된 찌꺼기는 건조, 안정된 고화체로 만든 후 철제드럼에 넣어 밀봉하여 저장됩니다. 정화된 물을 내보내는 배수구에는 기체폐기물의 경우와 마찬가지로 방사능 감시장치 및 경보장치가 부착되어 방사성물질의 방출을 막고 있다.3 고 체원자력발전소의 운전원이나 정비요원들이 사용했던 작업복, 장갑, 덧신이나 발전소 보수를 위해 교체한 부품같은 고체폐기물은 압축하여 철제 드럼에 넣어 밀봉합니다. 이와 같은 고체폐기물은 발전소 부지내에 있는 폐기물저장고에 보관한다.그림 . 방사능 폐기물 처리과정※ 원자력발전소로 인한 온배수 영향터빈을 돌리고 나온 증기는 급수로 재사용하기 위해서 바닷물로 냉각되며, 이때 사용된 바닷물은 원래 온도보다 약 7℃ 높아져 바다로 나가는데 이것을 온배수 이다.온배수는 바다에서 금방 희석·확산되며 고리원전의 경우 1℃ 확산범위는 발전소 배수구 반경 2km 이내로 온배수로 인해서 주변온도가 계속 올라가지는 않는다.냉각수는 발전소 내에서 완전히 폐쇄된 관을 따라 흐르, 관리되어 있으나 정부 주관으로 계획하고 있는 영구처분장이 완공되면 그 곳으로 옮겨 집중 관리할 예정이다.방사성폐기물을 처분하는 방식은 크게 천층처분과 심층처분으로 나눌 수 있다.천층처분이란 말 그대로 땅을 얕게 파서 처분하는 방식이며, 심층처분이란 땅 속 깊은 곳 또는 산 속이나 해저에 동굴을 파서 처분하는 방식이다.어떤 처분방식을 택하느냐 하는 것은 그 나라의 특성에 따라 다르다.프랑스의 라망쉬 처분장과 로브 처분장, 영국의 드릭 처분장, 미국의 비티, 리치랜드, 반웰 처분장, 일본의 로카쇼무라 처분장은 모두 천층처분방식입니다.독일은 콘라드에 있는 폐철광과 고어레벤에 있는 암염층에 심층처분장을 건설하고 있으며, 스웨덴은 포스마크라는 곳에 해저동굴을 만들어 처분장을 운영하고 있습니다.이와 같이 세계 여러나라들은 제각기 자기 나라의 특성에 맞는 처분방식을 택하고 있다.그림 5. 방사성폐기물 처분 방식그리고 현재 우리나라에서는 원자력발전소에서 사용된 핵폐기물(고준위) 및 방사선관리구역에서 발생된 물품(중·저준위)을 분류하여 중·저준위 방사성 폐기물은 내부특수 처리된 철판 속에 밀봉하여 발전소 부지내 고체 방사성 폐기물 저장시설에 보관 중에 있으며, 향후 중·저준위 폐기물 처분시설을 건설(2008년) 후 이동관리 예정이다. 또한 고준위방사성 폐기물은 발전소내 특수 설계된 저장수조에 보관 중에 있으며 향후 중간저장시설 건설(2016년)후 이동관리 예정이다..원자력발전소 환경관리·환경관리활동원자력발전소에서는 발전소 건설 및 운영으로 인하여 주민 및 주변환경에 미치는 영향을 예측하고 그 영향을 최소화하기 위하여 건설 전부터 시작하여 건설 및 운영기간중에도 각종 환경관리 활동을 하고 있다.원자력발전소에서는 원자로 등 방사성물질의 생성 및 유동경로가 여러 겹으로 밀폐되어 있고 생성된 방사성물질은 그 종류에 따라 감쇄, 고화, 여과, 증발 등의 방식을 통하여 제거, 처리되어 환경에 위해가 되지 않는 극소량의 방사성물질만이 외부로 배출되도록 설치되어 있다.발전소의 설계 및 있다.

자연과학| 2002.10.23| 7페이지| 1,000원| 조회(1,327)

원자력, 대책, 환경영향

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생체와 열역학 평가A좋아요

생 체 와 열 역 학Ⅰ. 서 론생물이 무생물과 구별되는 한 가지 특성은 무질서해지는 경향의 우주에서 질서를 창조하고 유지하는 것이다.이러한 질서를 창조하기 위하여 생물체를 구성하는 세포는 지속적인 화학반응을 거친다. 이러한 반응과정에서 유기분자들은 분해되고 세포가 요구하는 다른 작은 분자를 공급하기 위하여 변형된다. 또는 이러한 작은 분자들이 다양한 종류의 단백질, 핵산 그리고 그 외의 다른 고분자들의 생성에 이용되기도 한다. 이러한 고분자는 생물체에 그들만의 독특한 속성을 부여한다. 개개의 세포는 하나의 아주 작은 화학공장에 견줄 수 있으며, 이 속에는 매초 수천 가지의 화학반응이 일어나고 있다. 필요한 많은 화학반응을 수행하기 위하여 생물체는 음식물 분자 속의 원자뿐 아니라 에너지 공급원도 필요로 한다. 원자와 에너지 모두 궁극적으로는 무생물 환경에서 얻어진다.그러므로 생명을 유지하는 분자질서를 위하여 에너지와 원자를 어떻게 환경으로부터 획득, 이용하는지 알아야 한다.Ⅱ. 본 론물질대사의 구성세포에는 이화반응(catabolism)과 동화반응(anabolism)의 두 개의 상반되는 화학반응이 있다.< 이화계와 동화계간의 에너지 관계>이화반응은 음식물을 작은 분자로 분해하여 유용한 에너지 형태나 세포가 필요로 하는 기본요소로서의 작은 분자를 생성한다. 동화반응은 세포를 형성하는데 필요한 분자를 합성하기 위하여 이화작용을 통해 만들어진 에너지를 이용한다. 이 두 가지 반응이 세포의 물질대사(metabolism)을 구성한다.좀 더 자세히 말하면 물질대사(metabolism)는 세포 또는 생체 중에서 일어나는 모든 화학적 변환의 총화이며, 물질대사를 운영·유지시키는 것은 일련의 효소-촉매 반응이다.이화반응(catabolism)는 대사의 분해과정을 가리킨다.이 과정에서 유기영양분자(당질, 지방, 단백질)는 보다 작은 간단한 최종산물(예로 들면 락트산, CO2, NH3등)로 변환된다. 그리고 자유에너지가 유리되며, 그 일부는 ATP와 환원형 전자운반체 NADH, NADmetabolic pathways)는 어떤 경우에는 직선적이지만, 어떤 경우에는 가지를 치고 있다. 그리고 1가지 전구체로 부터 몇 가지의 유용한 최종산물을 만들거나, 몇 가지의 다른 출발물질로부터 같은 산물을 만들기도 한다.일반적으로 이화경로는 수렴적(convergent)이고, 동화경로는 발산적(divergent)이다. 몇 가지의 대사 경로는 순환적이기도 하다. 순환경로의 어떤 출발물질은 다른 것을 출발물질을 산물로 바꾸는 일련의 반응으로 재생산되게 된다.에너지 변환을 지배하는 열역학법칙생물은 에너지 형태를 한가지 형태에서 다른 형태로 전환하면서 살아간다. 이러한 에너지 형태의 변형은 화학에너지를 가지는 휘발유가 산소와 반응하여 연소되면서, 피스톤을 밀어주는 운동에너지로 바꾸어지는 자동차의 엔진에서 불 수 있다. 이와 동일한 개념으로 생물은 유기물질의 분자를 재배열하여 다른 물질로 바꾸는 화학반응에서 나오는 화학에너지를 사용한다..열역학 제 2법칙물질이 무질서화되는 경향은 열역학 제 2법칙으로 설명된다. 즉, 무질서를 향한 이동은 자연발생적인 과정이며 그 과정을 역행시키기 위해서는 주기적인 노력이 요구된다. 한 시스템에서 무질서의 양은 정량화 될 수 있다.무질서를 측정하기 위하여 사용하는 양을 시스템의 엔트로피(entropy)라 한다. 무질서가 클수록 엔트로피가 커진다. 따라서 열역학 제2법칙을 표현하는 방법은 시스템이 더 큰 엔트로피를 지닌 배열을 향하여 자연발생적으로 변할 것이라고 말하는 것이다.세포는 고립된 시스템이 아니다. 살아있는 세포는 생존하고, 성장하고, 복잡한 생물체를 형성한다.세포는 에너지를 환경으로부터 취하고, 세포 안의 질서를 유지하기 위해 에너지를 사용한다. 질서를 만드는 화학반응의 과정에서 세포가 사용하는 에너지의 일부는 열로 전환된다. 그 열은 세포의 외부환경으로 발산되고 외부를 무질서화 한다. 결국 세포와 세포를 감싼 주변의 전체 엔트로피는 물리학의 법칙이 요구하는 바와 같이 증가한다. 세포가 분자를 합성하고 그들을 세포구조 안으로역학 제 2법칙은 만족된다..열역학 제 1법칙세포가 방출하는 열은 어디에서 오는가? 여기서 또 하나의 중요한 열역학법칙을 만나게 된다.열역학 제 1법칙에 따르면 에너지는 한 형태에서 다른 형태로 전환될 수 있으나 창조되거나 소멸될 수는 없다.에너지에는 여러 가지의 형태가 있으며 이 에너지 양은 세포내 화학반응의 결과로 변화된다.그러나 제 1법칙에 따르면 에너지 전체의 양은 언제나 같아야 한다. 예로서, 동물세포는 음식물을 섭취하고 음식물을 이루는 분자들 사이의 화학결합에 존재하는 에너지(화학결합에너지)의 일부를 분자들의 무작위적 열운동(열에너지로)전환한다. 제 2법칙이 요구하는 바와 같이, 세포내의 화학반응이 전체로서의 우주를 더욱 무질서화해야 한다면 화학에너지를 열에너지로 전환하는 것은 필수적이다.만약, 세포내 열발생 반응이 분자질서를 창출하는 과정에 직접 연계되지 않는다면 세포는 그가 방출하는 열에너지로부터 어떠한 혜택도 받지 못할 것이다.열역학법칙을 유지하는 힘.자유 에너지(free energy)열역학에서 열역학적 평형상태에 있는 계(系)가 갖는 에너지 성격의 상태 함수을 말한다.자유 에너지는 에너지와 같은 차원이며 그 값은 지나온 과정과는 상관없이 현재 상태에 의해 결정된다.이것은 일함수라고도 하는 헬름홀츠 자유 에너지 A와 깁스 자유 에너지 G(또는 F로도 표기함)의 2가지 형태로 표현된다. 만약 E가 계의 내부 에너지이고 PV가 압력과 부피의 곱, TS가 온도와 엔트로피의 곱이라면 A=E－TS이고 G=E＋PV－TS이다. 자유 에너지는 주어진 열역학 상태에서 존재하는 물질의 양에 의존한다.자유 에너지의 변화량 ΔA 또는 ΔG는 열역학적인 과정을 평가하는데 유용하다. 가역과정에서 일정한 온도와 일정한 부피하에서의 일은 헬름홀츠 자유 에너지의 변화량인 ΔA와 같으며, 일정한 온도와 일정한 압력하에서의 일은 깁스 자유 에너지의 변화량 ΔG와 같다. 자유 에너지의 변화는 어떤 상태변환이 자발적인가 아닌가를 판단하는데 사용된다. 일정한 온도와 부피의 어떤 조건는 뜻으로 에너지의 유입을 필요로 하는 반응이다.흡열반응에 의해 위치에너지가 높은 생성물이 만들어지는데 위치에너지가 낮은 반응물로 시작하여 주위로부터 에너지를 흡수하여 생성물을 반응물보다 높은 에너지를 갖게 된다. 실제로 에너지는 생성물의 공유결합에 저장된다. 즉 반응물과 생성물의 위치에너지 차이만큼 에너지가 더해진 것이다.식물세포에서 탄수화물을 만드는 과정인 광합성이 흡열반응의 좋은 예이다..발열반응(exergonic)발열반응이란, 에너지를 내보낸다는 뜻으로 에너지를 방출하는 반응이다.발열반응은 반응물의 공유결합 속에 저장된 에너지가 생성물의 에너지보다 높다. 발열반응에서는 반응물과 생성물의 위치 에너지 차이에 해당하는 에너지가 주위 환경으로 발산된다. 발열반응의 예는 연소로, 나무를 태울 때, 나무의 주성분인 셀룰로오즈(cellulose)를 구성하고 있는 glucose의 높은 위치 에너지가 열과 빛으로 방출되는 것에서 찾아 볼 수 있다. 이 반응으로 CO2와 H2O는 생성물로 생긴다..세포대사(cellular metabolism)세포는 발열반응에 의해 에너지를 방출하는데 이를 세포호흡(cellular respiration)이라고 한다. 세포호흡은 포도당을 화학적으로 분해하면서 방출되는 에너지를 세포가 일을 하는데 사용할 수 있는 에너지 형태로 저장하는 것이다. 연소나 세포호흡은 발열반응이라는 점은 같으나 이 두 과정의 다른 점은 연소는 에너지를 일시에 모두 방출해 버리는데 반해 세포호흡은 여러 단계를 거쳐 에너지를 방출한다는 것이다. 세포호흡에서 일어나는 화학반응 단계는 일종의 느린 연소로 생각할 수 있다. 세포호흡에 의해 포도당에서 방출되는 에너지는 일부는 열로 빠져나가고 대부분은 ATP분자 속에 흡열반응을 통해 화학에너지로 전환된다.이렇게 세포 내에서 수 천가지 자유에너지의 흡열-발열반응이 일어나는데 이를 세포대사라 한다.생물은 개방 반응계(open system)이다. 즉, 생물체는 그 주위환경과 물질 및 에너지 모두를 교환하고 있다.생물은 다음과 같은시킨다.생물은 그의 주위환경에서 얻은 자유에너지를 소비해서 복잡하고, 질서정연한 구조를 만들고 유지한다.발열반응의 화학 또는 광화학반응을 공유하고 있는 화학적 중간체에 의해, 흡열반응에 짝짓는 것으로서 자유에너지를 일하는데 운반한다.활성화에너지 운반체와 관련 반응.효소(enzyme)세포에 ATP를 공급한다는 것은 필요할 때마다 돈을 넣고 꺼내 쓸 수 있는 일종의 예금과 같다. ATP는 실제로 너무나 쉽게 분해되기 때문에 에너지 장벽(Energy barrier)이라는 것이 없다면 세포는 ATP는 순식간에 바닥나고 말 것이다.에너지 장벽이란 화학반응을 시작하기 위해 반응물이 반드시 흡수해야 하는 에너지로 활성화 에너지(energy of activation: EA)라고 한다.여러 화학반응에는 에너지 장벽을 가지고 있으며 세포는 생명에 필요한 산물을 빠르게 얻지 못하여 죽을 수도 있다.이럴 때 효소가 사용된다. 효소는 단백질로 자신의 형태는 변화하지 않으면서 반응의 속도만을 촉진시키는 생물학적 촉매이다. 효소에 의해 세포반응의 에너지가 변화하지 않고 단지 EA의 벽을 낮추어 줄뿐이다.실제 효소의 유·무에 의한 에너지 변화는 동일하여 변화가 없다. 다만 효소의 촉매작용에 의해 EA가 낮추어 지는 것 뿐이다..ATP(adenosine triphosphate)동식물과 미생물에서 일어나는 효소를 촉매로 하는 많은 반응에서 조효소(효소의 작용을 도와주는 물질)로 작용하는 물질이다.세포가 일을 할 때 발열-흡열반응이 동시에 일어난다. 이 때 발열반응에 의해 방출되는 에너지를 가지고 흡열반응을 하는 중간적 연결개체가 ATP로 에너지 짝물림(energy-coupling)에 의해 만들어진다.즉, 에너지를 풍부하게 갖고 있는 분자인 ATP는 섭취한 식품이 산화되어 생기는 화학 에너지를 에너지가 필요한 세포로 전달하는 운반자 역할을 한다. ATP는 화학적·전기적·삼투 작용 등과 같은 에너지를 필요로 하는 과정에서 ADP와 무기 인산(Pi)이 되거나 또는 AMP와 무기 피로인산(PPi)으다.

자연과학| 2002.10.23| 6페이지| 1,000원| 조회(969)

생물, 열역학법칙, 물질대사

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생태계의발달

(보고서 제목) : 생태계의 발달Ⅰ. 서 론환경은 장소마다 다르다. 또한 시간의 흐름에 따라서도 계속 변하는데, 매우 짧은 시간이나 또는 계절같이 비교적 긴 시간을 단위로 해서 변한다. 생태학자들은 이 모든 변화의 의미를 알아내려고 계속 노력해 왔으며, 이러한 현상들을 일반화하려고 노력해 왔다.생물군계(biome)는 군집(community)들로 구성되어 있다. 군집은 생물군계 안에서 동일한 집단으로 구성되어 있고 상호작용을 하는 식물과 동물의 집합으로 정의하고 이러한 군집내의 상호작용은 생태계(ecosystem)에서 일어난다. 생태계는 불변이 아니다. 생태계는 시간경과에 따라 변화를 경험한다. 불교에서는 일찍이 이런 현상을 가리켜 '제행무상(諸行無常)'이라고 하였다. 아주 적절한 표현인 것 같다. 이 세상에 변하지 않는 것이란 있을 수 없다.삼림생태계도 시간경과에 따라, 기후 및 환경 변화에 따라 다른 모습과 내용을 보인다. 여기에는 어떤 규칙성과 법칙성이 관찰되며 이 장에서 가장 중요하게 다루어야 할 부분이다.이제 생물들의 집과 같은 생태계의 발달과정에 대해 알아보고자 한다.Ⅱ. 본 론생태계란?생태계(生態系, ecosystem)란, 특정한 단위 공간 내에 있는 모든 생물체와 그들의 물리적 환경, 그리고 그들간의 모든 상호관계를 포함하는 총체적인 개념을 말한다.생태계 연구의 기초가 되는 원리는 천연적이든 인공적이든 생명을 유지시키는 환경을 구성하는 모든 요소가 전체 조직망의 부분으로서 존재하며, 전체 조직망 내에서 각 요소들은 다른 모든 요소들과 직접적·간접적으로 상호작용하면서 전체적인 기능에 영향을 미친다는 관점을 바탕으로 한다. 모든 생태계는 가장 범위가 넓은 생태권에 속하는데 이것은 물리적 의미의 지구전체(지구권)와 그 모든 생물적 요소(생물권)를 포함한다.하나의 생태계는 광물·토양·기후·햇빛 및 다른 모든 무생물요소들을 포함한 비생물요소와 모든 생물 구성원으로 이루어진 생물요소로 나뉜다. 이 구성요소들은 생태계 전반에 걸친 에너지의 흐름과 생태계 내에서요한 생물지화학순환으로는 물의 순환과 탄소·산소·질소·인·황·칼슘 등의 순환이 있다. 이러한 대부분의 순환에서 분해자들은 생태계의 생물요소들이 다시 사용할 수 있도록 영양물질을 토양·물·대기로 되돌려주는 중요한 역할을 한다..영양물질순환(Nutrient Cycling)생물체가 태어나서, 자라며 죽고 분해될 때 화학물질들이 환경으로 부터 생물체로 그리고 생물체로 부터 환경으로 다시 이동하는 것- 유기성 (organic): 살아있는 것으로 된 또는 살아있는 것으로 부터 근원하는 것.죽은 생물, 생물조직, 당분, 꿀, 밀가루, 목재, 가죽 등- 무기성 (inorganic): 살아있는 것으로 부터 기원하지 아니하는 것. 암석, 광, 물, 금속, 공기, 물 등생물체와 그 환경 사이의 영양물질순환을 평행시켜주는 것은 유기물질과 무기물질 간의 교환이다..에너지의 흐름(Energy Flow)녹색식물이 무기영양물질을 생테 구성요소인 유기물질로 만들기 위해서는 빛이 필요하다. 식물은 빛에너지로 유기물질을 생산하고 일부는 성장하기 위해 쓰여진다. 동물의 경우 에너지는 섭취된 식물에서 부터 얻어지고 그들의 배설물은 다시 식물이 흡수 사용한다. 이러한 순환은 빛에너지가 공급되는한 계속된다.생태계내 영양물질순환과 반대방향으로 생태계를 통과하는 에너지의 일방통행적이 흐름이 있다..구조(Structure)한 생태계 안에서 식물, 동물 및 미생물 등 생물체간에 존재하는 상호관계의 특별한 양태가 곧 생태계 구조이다.생태계의 발달 전략생물군집에 대한 우리의 관찰 대부분은 그 구성 성분을 쉽게 이해하려고 일시적으로 정지된 상태에서 보는 정적인 것이다. 그러나 생물 군집 자체는 정상적으로 발달이 진행되고 있는 한 부분으로서 항상 변화한다. 생물 군집은 기후적, 지질학적 힘의 영향을 받을 뿐 아니라 군집내 생물들의 활동에도 반응하여 변한다. 이 경우에는 서식자가 환경을 변화시킬 수 있을 것이며 또한 피드백 고리를 형성하여 새로운 방식으로 군집에 영향을 미칠 수 있다.대체로 짧은 기간(1000년 또는환경을 변형시키고 개체군 수준에서 경쟁-협동 상호작용이 일어나기 때문이다. 즉 물리적 환경이 천이의 변화유형, 속도, 또는 그 발달한계를 결정할지라도 천이는 군집에 의하여 제어된다.천이의 변화가 주로 내부적인 상호작용에 의하여 결정될 때 이를 자생적 천이(autogenic succession)라 하고, 외부의 유입환경(예: 폭풍, 화재)이 이런 변화를 제어하거나 영향을 줄 때 이를 외생적 천이(allogenic succession)라 한다. 새로운 영역이 생겨나거나 여기에 살 수 있게 되었을 때(화산 용암이 덮인 후, 경작지를 방치한 후, 새로 저수지를 만든 후)의 자생적 천이는 군집 총생산이 군집호흡보다 더 크거나 작아서 군집대사가 불균형 상태에서 시작하여 균형 상태로 진행한다. 생산에 대한 생물량 비율의 증가 추세는 생물간의 공생기능과 생물량이 이용 가능한 단위 에너지 당 최대가 유지되는 안정된 생태계에 이를 때까지 계속된다.이렇게 개척자에서 극상에 이르기까지 일어나는 변화과정을 천이에 속한 연속되는 변화의 계열을 천이계열(sere)이라고 하며 각각은 각기 다른 천이단계(seral stage)라 부른다. 그리고 성숙단계 또는 극상단계(climax stage)가 뒤를 이을 때까지 더욱 지속적인 군집들이 점진적으로 발달한다. 천이에서 식물은 주도적 역할을 하여 환경을 변화시키지만 동물도 크게 영향을 끼친다. 천이계열에서 마지막으로 형성된 극상은 환경과 생물군집 사이에 평형이 이루어져 있으므로 그 지역의 기후가 변하지 않는 한 식물·동물·환경 사이에 생태적인 평형관계가 유지된다.하지만 천이가 일어나지 않는다면 문제가 발생한다. 태풍, 화재 혹은 다른 주기적 재앙에 의해 황폐화되었을 때 보통 생태계를 회복시키는 치료과정으로서 생태적 천이가 일어난다. 그러나 오랜 기간에 걸쳐 심하게 훼손되었을 때(삼림벌채, 토양 침식, 염분 침투, 독성 폐기물에 의한 오염 등)에는 땅이나 물이 너무 척박해져 훼손이 중단되어도 천이가 일어날 수 없게 된다. 그러한 곳은 복구를 위해 차천이·2차천이로 구분된다..건성 천이: 화산 활동으로 생긴 용암 대지나 산사태로 노출된 암석 표면과 같은 나지에서 시작되는 천이나지(용암 대지) → 지의류(개척자) → 초원 → 양수림 → 혼합림 → 음수림(극상).습성 천이: 호수나 습지에서 시작되는 천이빈영양호 → 부영양호 → 습원 → 초원 → 양수림 → 혼합림 → 음수림(극상).일차 천이와 이차 천이새로운 땅, 예를 들어 화산이 폭발하거나, 해안의 식생이 모래로 매몰되거나, 열대의 삼각주가 확장되거나 하면 시간이 지남에 따라 새로운 식물들이 정착한다. 이와 같이 기존의 식생이 없는 새로운 땅에 식물이 침입하여 정착하는 것을 일차 천이(primary succession)이라고 한다.반면에 이차 천이(secondary succession)은 폭풍우, 산불, 벌목, 경작 등 자연적·인위적 교란에 의해 기존의 식생이 파괴된 자리에 다시 식물이 침입·정착하는 것을 말한다. 이차 천이는 일차 천이와는 달리, 토양 표면의 파괴가 그리 심하지 않고 많은 식물의 종자와 영양체가 토양 중에 남아 있게 된다. 따라서 이차 천이는 일차 천이보다는 신속히 진행되는 것이 보통이다..자발적 천이와 타발적 천이천이를 일으키는 추진력이 그 식물의 서식지에서 발생하는 것을 자발적 천이(autogenic succession)라고 한다. 소나무는 그늘을 싫어하는 수종으로서 그 숲의 상층을 점유하는 소나무는 햇볕을 받지만, 생장이 빠르고 그늘에서도 잘 견디는 수종이 하층에 침입하게 되면 어린 소나무는 다른 식물에 가려 제대로 생장을 할 수 없게 된다. 이런 상태가 지속되면, 상층의 소나무는 노령화되고 참나무 등의 같이 생장이 빠른 수종이 상층을 점유하게 되면 우점수종이 바뀐다. 결국 활엽수의 경쟁력이 상대적으로 약한 건조척박지 또는 암반 지역에만 소나무가 숲을 이루게 되고 나머지 지역에서는 점차 다른 수종으로 대체된다.반면에, 타발적 천이(allogenic succession)는 기존의 토착식물을 억제하는 기후 및 환경변화에 이어 나타나는 천터 계속하여 녹색식물(독립영양 생물)이 우세한 점이 독립영양 천이(autotrophic succession)이고 종속영양 천이(heterotrophic succession)은 천이 초기에 에너지 양이 최대값을 보이다가 천이가 진행됨에 따라 부가적인 유기물이 유입되지 않는 한 독립영양 체제가 이어받을 때까지 에너지 양이 감소한다.천이의 모형(models of succession).촉진모델(facilitation model)1차 천이에서 개척자 식물들은 뒤이어 오는 식물들의 정착을 용이하게 한다. 그것들은 다음 천이 단계를 점유하는 종을 위해 서식처를 늘리는 방향으로 환경을 변화시킴으로써 이루어진다. 천이의 고전적 견해(classical view of succession)로 1차 천이에만 적용이 된다..재조절모델(inhibition model)천이의 경향이 기회에 의해서 결정(succession depends on chance events)되는 것으로 천이의 방향이 결정되어 있지 않다. 어떤 종이 들어오는가에 따라 식생이 결정되고, 다음에 들어오는 식물의 정착에 저해한다..내성조절모델(tolerance model)2차 천이에서 나오는 것으로 개척식물과 비개척식물 간의 생장률과 경쟁 능력 차이 때문에 천이가 일어난다. 즉 개척자는 더울 빨리 생장하고 천이 초기 단계를 차지한다. 그러나 개척자는 또한 자원의 이용에는 덜 효과적이기 때문에 결국 느린 생장을 하나 아주 효과적으로 자원을 이용하는 비개척자에 의해 재배치된다.군집과 천이의 관계(극상군집)군집(群集, community)이란, 특정한 환경에서 함께 사는 생물의 모임을 말하는 것으로 그 모임이 어떤 생물들로 구성되어 있는가보다는 그 모임을 구성하고 있는 구성원간의 상호기능적 관련성을 더 중요시하는 개념이다.흰꼬리사슴과 질소고정세균은 북아메리카에 있는 삼림 군집의 구성원이나 둘 사이에 직접적인 상호작용은 거의 없다.그러나 세균이 유기물을 분해하여 질소를 방출시키지 않으면 사슴은 생존할 수 없으며, 그 반대로 사슴과한다.

자연과학| 2002.10.23| 5페이지| 1,000원| 조회(743)

생태계, 군집, 천이, 극상군집

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