뭍으로 밀려온 고래는 왜 숨쉬지 못할까?

?6S지난 2005년 6월 오스트레일리아 남서부 퍼스에서 남쪽으로 230km 떨어진 버셀턴 부근 돌핀만 해변에 몰려온 100여마리의 흑범고래들이 모래톱에 걸려 옴짝달싹 못하자, 자원봉사자들이 고래들을 바다로 돌려보내기 위한 작업을 벌이고 있다. <한겨레> 자료사진

바르게 알고 있나요?

포유동물은 척추동물 중 가장 고등한 무리로 허파로 호흡을 하고 젖을 먹여 새끼를 키운다. 포유동물의 하나인 고래류는 육상 동물로 물속 생활에 가장 성공적으로 적응한 동물이다. 몸의 모양은 유영하기에 가장 적합한 유선형으로 변했고, 초음파를 발사해 먼 거리의 물체를 확인한다. 몸의 열을 유지하기 위해 피부에는 두꺼운 지방층이 발달해 있다. 돌고래는 3분에 1회씩 호흡을 하는데 최대 8분간 280m까지 잠수를 한다. 보통의 경우 고래들은 8분 이내에 수면으로 올라와 숨을 쉬지 않으면 익사한다. 그리고 향고래 같은 경우는 90분~120분간 최대 3000m 까지 잠수한다. 고래의 몸무게는 작게는 수백 kg에서부터 10톤을 훨씬 넘는 경우도 있고, 대왕고래는 160톤이나 된다.

고래가 파도에 밀려 해안가로 올라오는 경우가 종종 있다. 이런 일이 생길 때면 그 지역 주민들은 고래가 호흡 곤란으로 죽지 않게 하기 위해 바다로 보내려고 애쓴다.

고래는 사람과 마찬가지로 포유동물로 허파 호흡을 한다. 그런데 고래가 육지에 올라오면 숨을 쉬지 못하는 이유는 무엇일까?

① 엄청난 고래의 몸무게가 허파를 짓눌러 숨을 쉴 수 없다.

② 갑자기 육지로 밀려와 육지와 바다 속의 기압차 때문에 숨을 쉴 수 없다.

③ 고래의 허파는 너무 거대한 크기여서 한번 숨을 쉬려면 힘이 부족하기 때문이다.

④ 허파의 산소를 온몸으로 운반할 수 있는 혈액의 양이 부족하기 때문이다.

⑤ 피부의 두꺼운 지방층이 허파의 산소를 온몸으로 운반하는 것을 방해하기 때문이다.

박성미/창의와탐구 와이즈만영재교육연구소 책임연구원

정답과 해설은 다음주에 싣습니다.

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[지난주 정답 및 해설]

정답 ③ 컵 속 얼음은 녹아도 물높이는 변하지 않는다

물에 잠긴 물체는 물에 잠기는 과정에서 물을 밀어내게 된다. 이때 밀려난 물은 다시 제자리로 오려고 하기 때문에 그 물체를 밀게 된다. 부피가 큰 물체가 물에 잠기면서 물이 많이 밀려나면 물은 그만큼 센 힘으로 그 물체를 밀게 된다. 이런 관계를 통해 아르키메데스는 밀려난 물의 무게만큼이 곧 부력의 크기임을 발견해냈다. 즉, 물에 잠기면 어떤 물체든 부력을 받고, 그 크기는 물체에 의해 밀려난 물의 무게와 같다. 물체의 무게가 가해진 부력보다 크면 가라앉을 것이고, 물체의 무게가 부력보다 작으면(부력이 물체의 무게보다 더 크면) 동동 뜨게 될 것이다. 얼음물에서 수면 위에 나와 있는 얼음 부분을 ㄱ이라고 하고, 물에 잠겨 있는 부분을 ㄴ이라 한다면 얼음이 물에 잠기며 밀려나간 ㄴ만큼의 부피를 가진 물의 무게가 곧 부력이 된다. 얼음에 작용하는 부력은 ㄴ만큼의 부피에 해당하는 물의 무게와 같다.

얼음이 물에 떠 있을 때는 얼음이 위로도 아래로도 움직이지 않고 정지해 있는 상태이므로 얼음에 가해진 중력(얼음의 무게)과 부력이 힘의 평형을 이루게 된다. 즉, ㄱ과 ㄴ을 합친 전체 얼음의 무게 = 얼음에 가해지는 부력 = ㄴ만큼의 부피에 해당하는 물의 무게가 된다. 따라서 얼음(ㄱ+ㄴ)을 녹이면 무게가 달라지지 않을 테니 ㄴ만큼의 부피를 차지하는 물이 될 것이다. 따라서 녹았을 때도 녹는 과정에서도 수면의 높이에는 변화가 없다. 그렇다면 컵에 얼음물을 가득 담아도 얼음이 녹아 물이 넘치는 일은 없게 된다.