과학 오딧세이 : ​"살인 호수의 공포에서 보물로: 니오스호 이산화탄소 폭발 사건의 과학적 진실 (서울영재학교 기출)

(1) 백두산 천지와 니오스호 비교 *기온 연교차* 니오스호(적도 부근, 카메룬): 연중 일사량 변화가 적어 연교차가 매우 작습니다. 백두산 천지(고위도, 대륙성 기후): 여름과 겨울의 기온 차가 커서 연교차가 매우 큽니다. *이산화탄소 축적 여부가 다른 이유* 니오스호: 수온이 일 년 내내 따뜻하고 연교차가 작아 수직 대류(전면 혼합)가 잘 일어나지 않습니다. 그래서 화산 활동으로 공급된 고농도 CO₂가 밀도 차이로 안정한 층을 이루며 바닥에 깊게 쌓입니다. 백두산 천지: 겨울철에 표면 수온이 급격히 낮아지면서 호수 전체의 수직 대류가 활발해집니다. 이때 바닥에 녹아 있던 CO₂가 위로 순환해 대기로 쉽게 방출되므로 고농도로 축적되지 않습니다. (2) 수심 200 m, 1 m³ 안의 CO₂ 질량 *① 압력* 수심 200 m의 압력 = 대기압 + 수압 = 1 atm + (200 m ÷ 10 m/atm) = 1 + 20 = *21 atm* *② 온도와 용해도* [그림 3]에서 물의 밀도가 최대인 온도는 4 °C이고, 호수 심층부는 이 온도로 유지됩니다. [그림 4]의 4 °C 관계식: S = 2.9 × P S = 2.9 × 21 = *60.9* (단위는 그림 4 기준, 아래에서는 g/L로 가정) *③ 질량* 부피: 1 m³ = 1,000 L 질량 = 60.9 g/L × 1,000 L = 60,900 g = *약 60.9 kg* (3) 고압 CO₂의 재난 방지와 유익한 이용 화산 가스로 나오는 고압 CO₂를 안전하게 포집·제어하면서 활용하는 방안입니다. **시설원예 작물 생장 촉진(탄산시비)**: 포집한 고순도 CO₂를 스마트팜이나 비닐하우스에 공급해 광합성 효율을 높이고, 작물의 생장 속도와 수확량을 늘립니다. **산업용 가스·화학 원료 자원화(CCUS)**: 정제한 CO₂를 탄산음료용 가스, 소화기 충전재, 드라이아이스 등으로 직접 쓰거나, 화학 전환으로 메탄올 같은 기초 화학 물질의 원료로 재자원화합니다.