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1 생존공간
가장 오래된 인공섬, 우로스
짠~! 일단 우리 마을을 소개할게. 우리 마을은 페루와 볼리비아 국경에 있는 호수‘ 티티카카’에 있어. 특이한 것은 바로 ‘호수 한가운데 둥둥~ 떠 있다’는 사실! 우선 우리 부족이 대대로 만들어온 섬부터 한번 구경해 봐!
속이 빈 갈대를 엮어 섬을 만들다
안데스 산맥의 알티플라노 고원 북쪽에는 지구상에서 가장 높은 호수, ‘티티카카’가 있어요. 티티카카 호수에는 아주 신기한 마을이 있지요. 바로 물 위에 떠 있는 ‘우로족의 마을’이에요.
우로족은 티티카카 호수에 자생하는 갈대의 일종인 ‘토토라’를 이용하는 부족이에요. 토토라를 엮어서 만든 배로 호수를 자유롭게 돌아다니지요. 하지만 더 놀라운 것은 따로 있어요. 이 토토라를 이용해 사람이 살 수 있는 섬을 만든다는 거예요. 실제로 티티카카 호수에는 이렇게 토토라로 만들어진 섬이 무려 40개나 떠 있어요. 우로족이 만든 섬이라 ‘우로스’ 섬이라고 부른답니다.
대체 어떻게 이런 일이 가능한 걸까요? 비밀은 섬의 두께와 토토라에 있어요. 물체가 물에 뜨기 위해서는 부력이 필요해요. 부력은 물체를 물에 넣었을 때, 물에 잠기는 부분의 부피와 관련이 있어요. 이 부피와 물의 밀도를 곱한 것이 물체의 무게보다 크면 물에 뜨게 되지요. 즉 같은 무게라면 부피가 큰 물체일수록 더 쉽게 물에 뜨게 돼요. 섬도 마찬가지지요.
우로족은 섬의 부피를 최대한 크게 만들기 위해 섬을 두껍게 만들어요. 부피는 섬의 넓이와 두께가 클수록 커지거든요. 그 결과 우로스 섬은 두께가 무려 3m나 되지요. 게다가 토토라는 굵기가 2cm나 될 정도로 두꺼우면서도 속은 텅 비어 있어요. 이 덕분에 섬의 부피를 키우면서도 무게는 가볍게 만들 수 있답니다.
이런 방법을 이용해 우로족은 수심이 20m인 티티카카 호수에 거대한 섬을 띄워 살고 있어요. 넓이가 10m² 정도밖에 안 되는 작은 섬부터, 350여 명이 동시에 살 수 있는 거대한 섬도 있답니다.
우로족은 토토라로 만든 섬 위에서 농사도 짓고 있어요. 토토라를 뿌리째 뽑아 줄기는 섬을 보수하거나 각종 생활 용품을 만드는 데 쓰고, 뿌리에 딸려온 흙을 이용해 감자 농사를 짓는답니다.
2 육지확장
지구의 육지만으론 부족하다!
이제 내가 왜 멋진 섬을 만들고 싶어 하는지 알겠지? 이미 섬을 만드는 데 일가견이 있기 때문에 평범한 섬으로는 만족할 수 없어. 가만, 산 아래 사람들도 우리처럼 섬을 만든다던데! 직접 보고 배울 것이 있는지 한번 가 봐야겠어!
농경지와 생활 공간이 된 인공섬
인구가 늘어나고, 다양한 생활 방식이 생기면서 지구 상의 육지는 점점 부족해졌어요. 특히 해수면보다 낮은 지역에 사는 사람들은 걸핏하면 육지로 들어오는 바닷물 때문에 새로운 육지가 절실했어요. 결국 사람들은 새로운 땅을 만들기로 결심했답니다.
네덜란드는 나라 전체가 해수면보다 낮아 옛날부터 바닷물을 막는 방조제를 만드는 기술이 발달했어요. 이제는 단순히 방조제로 막는 것을 넘어서 아예 바닷물보다 높이 솟은 ‘인공섬’을 만들기 시작했지요. 그 결과 세계 최대의 인공섬 ‘플레볼란트’가 이들 손에서 태어났답니다.
플레볼란트는 네덜란드의 12번째 주로, 1968년에 완성한 세계 최대의 인공섬이에요. 크기가 무려 970km²나 되지요. 서울시 면적이 600km²인 것과 비교하면 정말 어마어마하게 큰 섬인 셈이에요.
플레볼란트 주는 도시와 각종 생활 공간이 들어서면서 인공섬이라는 것을 알 수 없을 정도로 완벽한 육지로 자리잡았어요. 특히 식물 품종 개량에 능숙한 네덜란드인 만큼 인공섬을 거대한 농경지로 이용하고 있답니다.
인공섬, 오래 전부터 농사에 이용했다
인공섬으로 농경지를 만들려는 시도는 이미 오래전부터 시작됐어요. 멕시코의 ‘치남파’ 농사가 그 예지요. 멕시코는 건조한 기후의 나라예요. 이 때문에 호수에 흙을 쌓아 농사를 지었지요. ‘물 위의 채소밭’이라는 별명처럼, 치남파 농사는 호수에 쌓은 흙이 호수로부터 수분을 공급받기 때문에 건조한 기후에서도 작물이 잘 자란답니다.
인공섬은 최고의 휴양지
아랍에미레이트 연방의 대표적인 상업도시 두바이는 아라비아만 연안에 있는 멋진 해안 도시예요. 도시 앞에 펼쳐진 푸른 바다가 아주 멋지지요. 두바이는 이 멋진 바다에 인공섬을 만들어 아름다운 휴양지를 세웠답니다.
‘두바이 팜 아일랜드 계획’으로 만들어진 이 인공섬들은 아름다운 야자수 모양이에요. 가장 작은 ‘팜주메이라’가 2011년에 완성됐지요. 11km나 되는 초승달 모양 방파제로 둘러싸인 팜주메이라는 가로세로가 각각 5km예요. 이 섬을 만들기 위해 무려 모래는 9400m³, 바위는 700만t이나 사용됐지요. 건설 비용도 무려 120만 3000달러(약 13억 6000만 원)이나 들었어요. 돛단배 모양으로 유명한 건물, ‘부르즈 알 아랍’이 바로 이 인공섬 앞에 지어졌답니다.
3 자원탐색
해저 자원 찾아 삼만 리
집을 짓거나 농사를 짓는 건 이미 우리 조상들부터 하고 있었는 걸. 좀더‘ 핫’한 인공섬 어디 없을까? 듣자 하니 깊은 바다에 자원을 캐내기 위한 인공섬이 있다고 하던데….
다리 달고 깊은 바다로~
사람들은 점점 깊은 바다로 들어가고 있어요. 각종 산업이 발전하고 인구도 계속 늘어나면서 더 많은 자원이 필요해졌거든요. 특히 석유와 가스 수요량이 어마어마하게 늘어났지요. 석유는 지질시대에 살았던 식물이 지하 깊은 곳에서 열과 압력을 받아 액체 상태로 변성된 지하 자원이에요. 얕게는 수십m부터 깊게는 수km 땅속에 있는 빈 공간에 모여 있지요. 이 석유를 꺼내기 위해서는 긴 관을 석유가 있는 곳까지 꽂아야 해요. 이 관을 ‘시추관’이라고 하지요. 지하 수km까지 꽂을 수 있답니다.
시추관으로 처음 캐낸 원유는 돌 조각이나 진흙 등 불순물이 많이 섞여 있어요. 그래서 해양 플랜트 플랫폼을 세우고 바다 아래서 캐낸 석유를 1차로 가공하고 있어요. 해저에 단단하게 다리를 세운 뒤, 상판(데크)을 올려 바다에 간이 인공섬을 만드는 거지요.
우리나라는 이 다리 달린 인공섬을 잘 만드는 것으로 유명해요. 지난해에 러시아 사할린 인근 바다에 세계에서 가장 큰 고정식 해양플랜트 플랫폼인 ‘아쿠툰다기’를 만들어 설치하기도 했지요. 이 플랫폼은 길이 105m, 폭 70m, 높이 21m나 되고 무게는 무려 4만 5000t이나 돼요. 중형승용차 3만 대에 달하는 무게에, 축구장과 넓이가 비슷한 규모지요.
자원도 찾고, 안정하게 버티고
다리 달린 인공섬은 어디에 있을지 모르는 석유를 찾아다니기 좋게 조립과 분해가 비교적 간편해요. 석유가 있는 곳에 도착하면 다리 부속품을 배에서 내려 설치한 뒤, 다리 위에 육지에서 완성해온 플랜트 구조물을 얹는 방식으로 조립해요. 분해할 때도 마찬가지예요. 플랜트 구조물을 떼어낸 뒤, 다리를 분해해 원하는 장소까지 배로 이동시킨답니다.
수심이 깊은 곳에도 설치할 수 있기 때문에 흙을 메워서 만드는 인공섬보다 더 많은 장소에 세울 수 있어요. 매립은 고작 수심 20~30m인 바다에서만 가능하거든요. 이에 비해 다리가 달린 인공섬은 무려 수심이 500m가 넘는 곳에도 설치할 수 있어요.
또 다리를 만들면 구조물과 같은 두께의 기둥을 만들어 세우는 것보다 안전해요. 바닷물은 공기보다 밀도가 약 830배나 크기 때문에 한 번 움직일 때 그만큼 큰 힘이 작용해요. 커다란 기둥이 바다 한가운데 있으면 계속 파도에 부딪혀 충격을 받게 되지요. 하지만 다리를 이용하면 다리를 제외한 플랫폼 아래가 비어 있기 때문에 파도가 플랫폼 아래를 자유롭게 통과하게 돼요. 이 덕분에 망망대해 위에서도 플랫폼이 안정적으로 활약할 수 있답니다.
얼음 띄워 인공섬 만든다
북극 얼음으로 인공섬을 만들 수 있다는 사실을 알고 있나요? 두꺼운 얼음은 비행기가 뜨고 내려도 될 정도로 부력이 커요. 이를 이용해 북극에 얼음 인공섬을 만들 수 있지요. 1년 내내 두터운 해빙으로 덮여 있는 북극에 인공섬을 만들 위치를 정하고, 계속 담수를 뿌려 거대하고 단단한 얼음을 만드는 거예요. 이렇게 만든 얼음은 석유나 가스를 정제할 플랫폼이 올라가도 가라앉지 않을 정도로 튼튼하지요.
실제로 1974년부터 캐나다와 그린란드 사이 바다에서 석유를 캐기 위한 얼음 인공섬을 운영해 왔답니다. 북극의 해저 자원을 채취하기 위해 이런 기술이 개발됐어요.
4 차세대 인공섬
바다 위를 자유롭게 떠다닌다!
수백m나 되는 바다에 인공섬을 세워 땅속 자원을 캐다니! 배울 점이 많은 걸. 앗, 저길 봐! 바다에 무엇인가 떠 있어! 우리 마을과 비슷한 것 같은데…. 하지만 집은 없고 커다란 건물과 비행기가 있어!
자유롭게 움직이는 인공섬
2005년 8월, 미국 남부 지역은 허리케인 ‘카트리나’ 때문에 큰 피해를 입었어요. 당시 해안가에 있었던 모든 가스 공급 설비가 대피해 루이지애나 지역은 가스공급이 끊겼지요. 그런 가운데 우리나라에서 만든 배 한 척이 유일하게 가스를 공급하기 시작했어요. LNG-RV라는 이름의 배인데, LNG 운반과 가공, 공급을 동시에 할 수 있는 배였어요.
최근에는 LNG-RV보다 훨씬 큰, 에너지 저장용 인공섬이 해안가에 설치되고 있지요. LNG-FSRU라고 부르는데, ‘떠 있는 LNG 저장 및 공급 장비’라는 뜻이에요. LNG는 일상 생활에서 중요하게 쓰이는 연료지만, 이 연료를 저장할 정도로 크면서도 모든 자연재해에서 안전한 공간을 육지에서 찾기는 힘들어요. 과학자들은 그 답을 바다에서 찾았어요. 바다에 둥둥 떠다니는 거대한 인공섬을 만들어 평소에는 닻이나 이동조절장치로 고정을 해 놓아요. 그러다 태풍이 와서 파도가 심해질 때는 안전한 곳으로 대피시키는 인공섬을 만든 거지요.
파도와 해류를 극복하라!
이런 인공섬을 만들기 위해서는 반드시 ‘물’을 극복해야 해요. 아무리 잔잔해 보이는 바다라도 언제나 파도가 있기 때문에 닻으로 고정했어도 끊임없이 흔들리거든요. 흔들리기만 하는 것이 아니에요. 파도에 부딪쳐 충격이 누적이 되면 인공섬이 부서질 수도 있지요.
이를 해결하기 위해서 과학자들은 파도가 바다 깊숙이 들어갈 수록 움직임이 줄어든다는 사실에 주목했어요. 인공섬을 세로로 길게 만들고, 무게 중심을 아래쪽에 두기로 한 거예요. 바다 밑은 파도가 없기 때문에 흔들리지 않아요. 아래가 고정되면 당연히 윗부분도 움직이지 않지요.
또, 작은 인공섬을 여러 개 연결하는 방법도 연구하고 있어요. 한 덩어리로 만들 때보다 작은 섬을 여러 개 연결하면 파도에 따라 자연스럽게 출렁이거든요. 이렇게 인공섬을 만들어도 흔들리는 정도가 1°보다 작아서 안전해요. 따라서 건물이나 활주로를 만들어도 충분히 안전하게 사용할 수 있을 것으로 예상한답니다.
5 해저도시
인공섬, 미래 도시가 되다!
작은 섬을 여러 개를 연결해서 거대하면서도 안전하게 만들 수 있다니! 이런 놀라운 사실은 잘 기억해놨다가 내‘ 꿈의 섬’을 만들 때 꼭 이용해야겠어. 하지만 아직 뭔가 1% 부족해. 섬 아래 빈 공간도 알차게 이용할 수 없을까?
인공섬 아래, 호텔과 실험실로 바뀐다
지금까지 인공섬은 물 밖으로 나오는 부분을 이용하기 위해 연구돼 왔어요. 하지만 물에 잠긴 아래 부분을 이용하려는 시도도 있답니다. 거대한 인공섬이 떠 있으면 그만큼 물 밑으로 가라앉는 부분도 많거든요.
그리고 어차피 인공섬을 물 위에 띄우기 위해서는 물 속에 잠긴 부분에 거대한 공간이 있어야 해요. 깊이와 파도에 따라 부력을 조절해 인공섬의 높이를 적당히 맞춰야 하지요. 이 공간을 이용하면 인공섬 아래에 특별한 공간을 만들 수 있어요.
사실 인공섬 아래는 사람이 살기에 적합한 공간은 아니에요. 햇볕이 들지 않기 때문이지요. 물은 공기만큼 햇빛이 잘 통과하지 못해서 수심 20m만 내려가도 금세 어두워져요. 하지만 햇볕이 들어오는 얕은 지역은 해저 호텔이나 아쿠아리움 같은 멋진 수중 환경을 보여 줄 수도 있어요. 두바이에서는 실제로 수심 20m 아래에 ‘하이드로폴리스’라는 수중호텔을 만들고 있답니다.
해저 공간을 활용할 수 있게 되면서 인공섬을 이용해 어장을 만드려는 시도도 있어요. 노르웨이는 나라의 절반이 바다와 인접해 있는 어업 강국이에요. 대구나 연어, 청어, 고등어가 많이 잡히지요. 노르웨이는 인공섬을 이용해 초대형 어장을 만들 계획을 가지고 있어요. 노르웨이 근처 바다는 해양 생물이 풍부해 좋은 어장이 될 수 있거든요. 인공섬 기술을 이용해 물 속에 부유체를 만들고, 이 부유체를 중심으로 양식장을 만드는 기술을 개발할 예정이랍니다.
그렇다면 햇빛이 들지 않는 나머지 공간은 어떻게 이용해야 할까요? 이 공간은 놀랍게도 실험실이나 공장으로 유용하게 사용할 수 있어요. 바다 속은 압력이 매우 높아요. 대략 10m마다 1기압씩 높아진다고 알려져 있지요. 고압 환경이 필요한 실험을 하거나, 압력이 높은 상태에서 만들어지는 물질을 만들 때 아주 유용하게 쓸 수 있답니다. 결국 인공섬이 발달하면 상상 속에서나 존재하는 해저 도시를 실제로 만날 수 있게 되는 셈이에요.
인공섬, 해양 환경에 어떤 영향을 미칠까?
인공섬은 주변 해양 환경을 바꿔놓기도 해요. 얕은 바다에서 살던 해양 생물은 하루 아침에 살 곳을 잃어버리니까요. 다리로 섬을 지탱하거나, 둥둥 띄워도 섬 아래쪽은 햇빛이 들지 않게 돼요. 그 결과 광합성을 하고 살아가던 해양 식물은 영향을 받을 수밖에 없어요. 전문가들은 인공섬을 만들 때 환경에 미칠 영향을 반드시 고려해야 한다고 말해요. 실제로 만들어진 인공섬 근처 환경을 꾸준히 관찰하면서 생태계 변화를 살피고 있지요. 인공섬 기술을 발전시키면서 동시에 해양 환경에 영향을 최소한으로 줄 수 있는 방법을 계속 연구하고 있답니다.
다른 사람들은 어떤 인공섬을 만드는지 살펴보길 잘했어! 내 섬에는 이 모든 것을 다 섞어서 만들 테야! 물 위에 떠 있는 곳에서 생활하고, 에너지 저장고도 만든 뒤 배처럼 움직이게 할 거야. 이 인공섬으로 전세계 바다를 돌아다니면서 해양 환경을 관찰하는 과학자가 될래. <;어린이과학동아>; 친구들도 내가 만드는 ‘꿈의 섬’에 오고 싶지? 그때까지 조금만 기다려 줘~!
