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게티이미지뱅크 제공
○ 기쁜날에 터진다! 폭죽
● 하늘로 쏘아 올린 화약의 비밀
불꽃놀이에 쓰는 '폭죽'은 한자로 폭발할 폭(爆), 대나무 죽(竹) 자를 쓴 단어입니다. 기원전 2세기 고대 중국 한나라에서 화약을 채운 대나무 통을 폭탄처럼 쓰던 것이 폭죽의 시초로 추정돼요. 이후 900년대 송나라에서 종이로 심지를 만든 놀이용 폭죽을 개발했고 귀신을 쫓기 위한 행사나 축제날에 쓰면서 모양이 점차 다양해졌죠. 아랍 상인들을 통해 유럽으로 전파된 불꽃놀이는 왕의 생일잔치 등에 쓰이면서 좋은 날을 축하하기 위한 놀이로 자리잡았습니다.
현대의 불꽃놀이는 색깔도 규모도 훨씬 다양해졌습니다. 17세기 유럽 화학자들이 다양한 화학 원소를 활용해서 알록달록한 불꽃을 만든 덕이죠. 금속 원소에 불을 댔을 때 금속의 종류에 따라 다른 색의 불꽃이 나타나는 것을 '불꽃 반응'이라고 합니다. 이러한 차이는 금속의 전자 때문에 나타나요. 금속 원자는 종류에 따라 각기 다른 전자 에너지 값을 가집니다.?
다양한 색깔의 불꽃 반응. Hegelrast 제공
이덕환 서강대 화학과 명예교수는"금속 원자의 전자는 불꽃으로부터 열에너지를 받으면 들뜬 상태가 된다"고 설명했습니다. 그러면서 "원자가 다시 에너지를 방출해 안정화를 하려 할 때 에너지가 가장 높은 상태와 낮은 상태의 차이에 해당하는 색깔의 빛이 방출되는 것"이라고 말했습니다.?
한편 높은 하늘에 직경 수십 m인 거대한 불꽃을 터뜨리려면 특수한 폭죽이 필요합니다. 불꽃놀이용 폭죽인 연화는 추진제를 태워서 나온 가스를 통해 100~200m 상공으로 올라가요. 발사 후 일정 시간이 지나면 도화선을 태우는 불꽃이 안쪽까지 들어가 폭발합니다.
장홍제 광운대 화학과 교수는"첫 번째 폭발로 생긴 추진력이 작은 스타들을 주변으로 흩뿌리고 스타는 계산된 위치로 뻗어 나가서 다시 폭발한다"고 설명했습니다.
○ 누군가에겐 기쁘지 않은 불꽃놀이
● 잠깐의 불꽃, 길이 남는 충격과 쓰레기
불꽃놀이를 할 때는 폭발에 따른 강렬한 빛과 큰 소음이 발생합니다. 이러한 불빛과 소음은 동물들에게 큰 위협이 돼요. 2021년 1월 1일 이탈리아 로마에서는 수백 마리의 새가 갑자기 죽는 일이 벌어졌습니다. 피해를 입은 새들은 계절에 따라 아프리카와 유럽을 오가는 철새 유럽찌르레기로 새해 첫날 불꽃놀이의 소음에 충격을 받은 것으로 추정됩니다.
야생동물, 반려동물, 동물원의 동물 모두 불꽃놀이에 의해 충격과 스트레스를 받는다.게티이미지뱅크 제공
불꽃놀이로 위협을 느끼는 동물은 새뿐만이 아닙니다. 도심의 반려동물과 동물원에 사는 동물도 큰 공포와 스트레스를 받아요.
2024년 11월 영국의 기념일인 '본파이어 나이트'를 맞아 곳곳에서 큰 규모의 불꽃놀이가 진행된 후 스코틀랜드 에든버러 동물원의 레서판다 두 마리가 갑자기 세상을 떠났습니다. 스코틀랜드 왕립 동물학회 연구팀은 레서판다의 죽음이 불꽃놀이 소음으로 인한 스트레스 때문이라고 밝혔습니다.?
불꽃놀이 후에 발생하는 오염 물질과 쓰레기도 위험 요소입니다. 2024년 10월 서울불꽃축제 직후 인근 지역의 미세먼지 농도는 다른 장소의 평균 미세먼지 농도보다 30배 이상 높은 것으로 나타났어요. 화약이 폭발하면서 발생하는 이산화탄소와 미세먼지, 중금속은 야생동물뿐만 아니라 사람의 건강에도 해롭습니다.
봉사자들이 해변에서 수거한 폭죽 탄피들. 시셰퍼드 코리아 제공
해변에서 흔히 쓰는 소형 폭죽의 경우 화약을 감싸는 플라스틱 탄피 껍데기가 모래사장이나 바다에 그대로 버려지면서 환경을 오염시켜요. 우리나라에서 해변 불꽃놀이는 해수욕장법에 따라 불법 행위로 규정되지만 많은 관광객이 이를 모르고 폭죽을 터뜨립니다.
진정철 해양환경단체 시셰퍼드 코리아 대표는 "해변에서 쓰레기를 주울 때마다 평균적으로 5000개, 많게는 1만 개 이상의 플라스틱 탄피를 줍는다"고 말했습니다. 잘게 쪼개진 플라스틱은 주변 생태계를 파괴합니다.?
진정철 대표는 "갈매기 등 바닷새와 해양 생물이 플라스틱 탄피를 먹이로 착각해서 먹기도 한다"며"이미 일회용품 등 플라스틱 쓰레기가 많은 상황에 폭죽 플라스틱 탄피 또한 미세플라스틱 발생을 가속화한다"고 말했습니다.
○ 모두가 즐기는 불꽃 없는 밤
● 화약 대신 드론, 있는 그대로의 자연
불꽃놀이가 환경과 동물, 사람에게도 여러 위험을 주는 만큼 과학자들과 기업은 보다 안전한 불꽃놀이와 불꽃놀이를 대신할 수 있는 놀이 방법을 연구하고 있어요. 미국의 디즈니월드는 화약 대신 공기로 폭죽을 쏘아 올리는 기술을 개발했습니다.?
디즈니월드에서는 1년 내내 매일 4번의 대형 불꽃놀이 행사를 진행합니다. 횟수도 많고 규모도 큰 만큼 연기와 소음 등으로 인한 인근 주민들의 불편이 심했어요. 이에 디즈니 측은 2004년 미국 로스앨러모스 국립연구소와 함께 화약을 쓰지 않는 불꽃놀이 추진제를 개발했습니다.?
압축된 공기를 통해 폭죽을 쏘아 올리고 폭죽이 터질 때는 연기가 덜하도록 화약 대신 질소 함량이 더 높은 재료를 만들어 썼어요. 이 재료는 물질이 산소와 만나서 열을 내는 연소가 아닌 질소와 수소로 분해되는 과정을 통해 에너지를 만들어냅니다.
호주 시드니 도심에서 진행된 드론쇼 풍경. 게티이미지뱅크 제공
연소를 하지 않으니 연기도 많이 발생하지 않아요. 연기가 적어지면 불꽃의 색깔이 더 선명하게 보이기 때문에 색을 내는 금속 화합물도 적게 쓸 수 있습니다. 드론을 이용한 '드론 라이트 쇼'도 불꽃놀이의 대안으로 꼽혀요. 카메라 대신 발광 다이오드(LED) 조명이 달린 수백 개의 드론을 컴퓨터로 제어해 입체적이고 다양한 모양과 색을 표현합니다.
움직이는 장면을 연출할 수 있고 폭죽을 쓰지 않으니 공기와 수질 오염, 폭발음도 없다는 장점이 있어요. 그러나 드론이 내뿜는 조명이 새들의 비행을 방해하고 드론이 고장나거나 배터리가 닳아서 추락할 위험 등의 문제점도 여전히 있습니다.
바닷물 위의 윤슬. 윤슬은 잔물결을 따라 햇빛이나 달빛이 반짝이는 모습을 일컫는 말이다. 게티이미지뱅크 제공
가장 평화로운 놀이법은 자연을 있는 그대로 바라보면서 즐기는 겁니다. 진정철 시셰퍼드 코리아 대표는"바다에 비치는 햇빛과 달빛이 불꽃놀이보다 아름답다"며"잠깐 터지고 사라지는 불꽃이 아닌 자연으로부터 오는 빛과 소리를 더 즐기기를 바란다"고 전했습니다.
※관련기사 어린이과학동아 1월 1일호, 안전한 빛을 찾아서…불꽃놀이
[조현영 기자 4everyoung@donga.com]
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