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granular convection, brazil nut effect
1 개요
주위에서 흔하게 볼 수 있는 현상으로 서양식 시리얼(우유에 말아먹는 그것)을 그릇에 부었을 때나 각종 잡곡을 섞어서 운반할 때, 겉으로는 곡식들이 잘 섞여 있는 것처럼 보이지만 흔들게 되면 결국 알갱이가 큰 곡식(대표적으로 브라질 땅콩)들이 표면으로 떠오르게 되는 현상을 말한다. 특히 서양인들이 자주 먹는 혼합견과류 캔의 뚜껑을 열면 항상 브라질 땅콩이 맨 위에 올려져 있어서 이런 이름이 붙었다.
2 상세
1831년 마이클 패러데이가 발견. 시카고의 하인리히 재거 교수의 연구팀이 1996년. 그러니까 165년이 지나서야 MRI를 이용해서 그 과정을 밝혀냈다.
사소하고 별 것 아닌 것처럼 보이지만 처음 발견된 이후 이 현상이 일어나는 이유에 대한 명쾌한 해답을 얻지 못하고 있는 인류의 난제 중 하나이다. 양자 역학을 도입해서 해결을 하려는 노력이 있으며..라는데 직관적으로는 그닥 어려운 내용이 아니다. 재미있는 문제가 그렇듯 해석이 어렵다. 다만 반중력이니 하는 흥미본위의 글을 읽으며 시간낭비하거나 초자연현상이라고 오해하지는 말자.
한국에서는 주로 보리밥 짓기 전에 쌀과 보리를 섞어놓은 통을 주변에서 살살 치면서 관찰하면 크기가 큰 보리쌀이 표면으로 떠오르는 것을 확인할 수 있다. 이때 중력은 밑으로 작용하지만, 큰 알갱이는 위로 떠오르는 것을 보면 마치 중력을 무시하는 것처럼 보일 수도 있다. 그 외에도 우유에 타먹는 코코아 믹스의 설탕과 코코아 파우더의 경우 기타 성분들이 분리되어 점점 쓰게 느껴지는 것으로도 확인 가능하다. 차를 담아둔 통에서 찻잎을 덜어 먹다 보면 위에는 멀쩡한 찻잎만 있는데 밑바닥엔 부서져서 가루가 된 찻잎이 잔뜩 있는 것도 이 이유이다.
일반인들은 큰 알갱이 사이의 공간으로 작은 알갱이는 내려갈 수 있지만 작은 알갱이 사이의 공간으로 큰 알갱이가 내려갈 수는 없으니까 라는 결론을 주로 내리지만, 역 브라질 땅콩 현상이 존재하기 때문에….[1] 역 브라질 땅콩 현상은 특정상황에서 도로 큰입자가 가라앉고 작은입자가 떠오르는 현상이다. 해당 조건에 대해서 밝혀진 바 역시 별로 없다. 아래 실험에서 8mm 유리구슬과 15mm 폴리프로필렌 을 사용한 a에선 브라질 땅콩 효과가 성립하지만 10mm 구리와 4mm 유리구슬을 적용한 b에선 역 브라질 땅콩 효과가 관찰된다. [2] 멀리갈 것 없이 폴리프로필렌의 밀도는 0.9g/㎤, 유리의 밀도는 2.5g/㎤, 구리의 밀도는 8.94g/㎤ 정도이다. 무거운 것이 가벼운 것 밑으로 내려가는 것은 당연한 일이다.
실제로 모래와 흙, 자갈 따위의 건축자재, 곡식, 제약회사의 약품, 분유, 설탕을 비롯한 알갱이로 되어있는 혼합물[3] 등은 모두 이 현상을 피해 갈 수 없으므로 주기적으로 섞어주는 과정을 거쳐야만 한다. 레미콘의 드럼이 콘크리트를 담고 나면 계속 돌아야 하는 이유도 이 때문이다. 시리얼 회사를 비롯해 위에 설명한 것들을 파는 회사는 브라질 땅콩 효과를 막기 위해 계속 섞어주는 일에 매년 엄청난 돈을 쓰고 있다.
지질학에서는 일부 조건에서 큰 입자가 오히려 위쪽에 퇴적되는 역 점이층리 현상을 설명할 때 사용하기도 한다. 사실, 구세대들도 초중등과정의 교과서나 방학교재에서 지질학, 그러니가 모래와 자갈을 가지고 하는 실험으로 한 번 쯤 접해봤을 내용이다.
더 알고 싶으면 Granular convection 이란 이름으로 검색해보자.
군대에서 우유에 건빵을 말아먹기 위해 건빵을 골고루 부수려고 살살살 흔들 때도 이 현상이 일어난다(...).
우리나라에서는 정재승 현 KAIST 부교수의 저서인 '과학 콘서트'를 통해 이 현상이 많이 알려졌는데 그 이전에도 과학동아에서 다룬바 있다.
3 그런데 브라질 땅콩이 대체 뭘까?
Bertholletia excelsa
뒤에 자라는 큰 나무들이 브라질 땅콩나무
브라질 땅콩은 아마존 밀림의 나무에서 자라는데, 50m가 넘어가고 수령이 500년이 넘어가며 심은 지 몇 십년이 지나야 열매를 맺기 시작하기 때문에 재배가 굉장히 힘들며 무엇보다 멸종 위기 식물(취약종)이다. 그 때문에 밀림을 밀어버린 브라질의 밭에선 브라질 땅콩 나무만 드문드문 남은 광경을 볼 수 있다. 멸종위기종을 살리고 부차적으로 돈도 버는 셈. 브라질 땅콩 열매를 자르면 많은 수가 나온다.
이쯤하면 알겠지만 (나무에서 나는 것만 봐도) 땅콩과는 무관하다. 얘는 진달래목. 애초에 nut은 땅콩이 아니라 그냥 견과류를 일컫는 용어다.
셀레늄이 넘쳐나서 남자한테 참 좋은데~라고 할 수 있으나, 너무 많이 먹으면 셀레늄 과다로 구토, 불안, 탈모가 나타난다. 하루에 2~4개가 적절하다고.