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- 전 세계적으로 3조 그루가 넘는 나무가 있다. 이는 1인당 약 422그루에 해당
- 모든 나무는 물을 수송하는 데 연간 9조 4천억 킬로와트시 필요
- 나무는 뿌리에서 캐노피까지 물을 운반하기 위해 제곱미터당 0.06와트의 에너지 소비
- 이것은 나무가 광합성에서 설탕을 생산하는 데 사용하는 에너지의 14.2%에 해당

나무의 흡입력은 얼마나 될까?
전 세계 나무가 물을 위로 올리는 데 연간 9.4페타와트시의 에너지가 필요하다.

중력을 거슬러:
과학자들은 처음으로 중력과 파이프 시스템의 마찰에 맞서 나무가 뿌리에서 정수리까지 물을 운반하는 데 소비해야 하는 에너지의 양을 결정했다. 면적으로 계산하면 나무는 평방 미터당 0.06와트를 필요로 하고 모든 나무는 물을 수송하는 데 연간 9조 4천억 킬로와트시를 필요로 한다. 

▲ 나무는 뿌리에서 나뭇가지 끝까지 물을 운반하기 위해 많은 양의 에너지가 필요하다. © GettyTim82/ 게티 이미지

전 세계적으로 3조 그루가 넘는 나무가 있다. 이는 1인당 약 422그루에 해당한다. 그들의 광합성은 육상 환경의 주요 산소 공급원이자 기후 시스템의 중요한 완충제다. 잎을 통한 물의 증발을 통해 나무는 측정 가능한 냉각 효과도 있다. 아마존과 같은 대규모 열대 우림은 자체적인 지역 기후를 만들어내기도 한다. 말하자면 비를 스스로 제공한다.

증발과 광합성으로 흡입력 생성

그러나 나무가 이 모든 일을 할 수 있으려면 먼저 엄청난 양의 일을 해야 한다. 잎이 필요로 하는 물을 땅에서 나무 꼭대기까지 운반해야 한다. 그렇게 하려면 나무는 파이프 시스템의 중력과 마찰 저항을 모두 극복해야 한다. 우리의 혈액 순환은 자체 펌프인 심장에 의해 구동되는 반면, 나무의 물 수송은 순전히 수동적이다. 크라운에서 증발에 의해 생성된 흡입은 물을 위로 끌어올린다.

그런데 이 수송은 에너지를 소비한다. 궁극적으로 이것은 태양에 의해 공급된다. 태양의 열과 복사는 잎을 통한 물의 증발을 촉진하지만 광합성 과정에서 물의 전환도 촉진한다. "만약 식물이 자신의 신진대사를 통해서만 이 에너지를 생성해야 한다면, 그들은 이것을 할 수 없다"고 산타바바라에 있는 캘리포니아 대학의 Gregory Quetin과 그의 동료들이 설명했다.

나무에서 물을 운반하는 데 얼마나 많은 에너지가 필요할까? Quetin과 그의 팀은 최근 처음으로 이것을 더 정확하게 계산했다. 이를 위해 수액 상승 및 나무의 파이프 시스템에 대한 측정 데이터를 평가하고 이를 생물 물리학 모델 및 산림 피복에 대한 위성 데이터와 결합했다.

▲ 식물은 특수한 전도체 묶음인 목부를 통해 물을 위쪽으로 운반한다. 이 단면에서 큰 구멍으로 볼 수 있다. © Sinhyu/ Getty images

전 세계적으로 연간 9.4페타와트시

전 세계 산림 생태계의 나무는 뿌리에서 캐노피까지 물을 운반하기 위해 제곱미터당 0.06와트의 에너지를 소비한다. 별 것 아닌 것 같지만 나무가 광합성에서 설탕을 생산하는 데 사용하는 에너지의 14.2%에 해당한다. 광합성과 대조적으로, 이 수동 작업은 광합성을 위해 훨씬 더 크고 더 많은 물이 필요하며 환경은 더 따뜻해질수록 더 습하다. 왜냐하면 증산과 물 가용성이 증가하기 때문이다.

연구원들은 "전 세계적으로 모든 산림 생태계는 수액 증가를 위해 연간 9.4페타와트시를 필요로 한다. 이는 수력 발전으로 인한 전체 인위적 전력 생산과 맞먹는 양이다"고 보고했다. 이는 9조 4천억 킬로와트시에 해당한다. 이 작업의 대부분은 물 수송이 광합성 에너지의 18%에 해당하는 열대 우림의 나무에 의해 수행된다.

도관 저항이 가장 큰 걸림돌

또한 놀라운 사실은 팀이 결정한 바와 같이 중력을 극복하는 것은 나무 위로 물을 운반하는 데 필요한 에너지의 작은 부분만을 설명한다는 것이다. 대신 대부분의 작업은 나무의 도관 시스템의 저항을 극복하는 데 필요하다. 그러나 다른 나무 종 사이에는 큰 차이점이 있다.

"가뭄에 적응한 주니퍼 나무는 높은 내부 저항을 갖는 반면 범람원에서 자라는 블랙 포플러는 거대한 물 펌프다"고 Quetin의 동료 Leander Andregg는 설명했다.

따라서 나무에서 수액이 자라는 데 전 세계적으로 필요한 에너지 추정치는 7.4에서 15.5페타와트시 사이가 될 수 있는 큰 불확실성에 놓이게 된다. Quetin은 "이 불확실성은 식물 저항성과 증산에 대한 생물지리학에 대해 우리가 아직 아는 것이 거의 없음을 강조한다"고 말했다."이 정도 규모의 전지구적 에너지 흐름이 이전에 한 번도 정량화되지 않았다는 사실은 놀랍다. “여기까지는 그냥 넘어간 것 같다”고 말했다.
(Journal of Geophysical Research Biogeosciences, 2022; doi: 10.1029/2022JG006922)
출처: University of California-Santa Barba

[더사이언스플러스=문광주 기자] "Green Soul, Beautiful Science"

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