추위에 숨은 과학
요즘 기록적인 북극 한파로 인해 전국이 얼어붙었다. 서울은 지난 24일 아침 최저기온이 15년 만에 가장 낮은 영하 18도를 기록했으며 체감 온도는 무려 영하 23.8도까지 기록하면서 많은 사람들이 집 밖으로 나오지 않은 이른 바 ‘방콕’을 택했다. 이 밖에도 한파와 함께 대설이 잇따르면서 수도계량기 동파사고는 물론 한강과 바다까지 얼어버렸고, 제주도와 울릉도를 포함한 전국 곳곳의 교통이 마비되고 공항이 결항되어 많은 사람들이 피해를 입고 있다. 다시금 한파의 위력을 실감하면서 이러한 한파를 통해 느낄 수 있는 추위에 숨겨진 과학에 대해 알아보자.
1. 기온과 체감온도
일반적으로 우리가 추위를 느낀다는 것은, 몸이 외부에 열을 빼앗겨 체온과 기온 사이의 평형이 깨지면서 생기는 신체 반응 현상을 말한다. 추위는 기온이 일정하다고 가정했을 때 바람이 강할수록, 습도가 높을수록 더욱 심하게 느껴진다.
즉, 기온이 낮은 데다 바람까지 불면 사람들은 더 추위를 느끼게 되는 것이다. 이것을 바로 체감온도라고 한다. 체감온도는 기온, 풍속, 습도 등에 따라 신체가 실제로 느끼는 온도이다. 예를 들어 직접 바람의 세기를 고려하여 체감온도를 구해보면, 기온이 영하 12도이고 풍속이 시속 30km일 때 체감온도는 약 영하 31도가 된다고 한다.
2. 추위를 느끼는 몸의 변화
우리의 몸은 항상 체온을 37도 정도로 유지하려 한다. 따라서 우리의 몸은 추위를 느끼며 체온을 유지하기 위해 체내에서 열을 발생시킨다. 이 열의 일부는 체온을 유지하는 데 사용하고, 일부는 피부 표면을 통해 방출된다. 반대로 외부 온도가 높아지면 호흡이 가빠져 체내의 뜨거운 공기를 내뱉고 외부의 찬 공기를 들이마시며, 땀을 흘려 열을 방출시켜 체온이 올라가는 것을 막는다. 따라서 추울 때 생기는 가장 흔한 증상인 떨림은 체온을 유지하기 위한 생존 반응이다. 또한 열의 방출을 최대한 막기 위해 피부와 혈관이 수축되고, 털이 꼿꼿해지고, 소름이 돋는다. 그리고 추울 때 웅크리게 되는 것 역시 마찬가지로 노출 면적을 줄여 추위에 대응하려는 자연스런 행동이다. 이렇게 무의식적인 근육 운동과 떨림은 평상시의 4배까지 열을 생산해 낼 수 있다고 한다.
3. 추위를 느끼는 두 감각기
우리의 몸에는 온도를 느끼는 감각기가 두 군데 있다. 하나는 피부에 있는 감각기이고, 다른 하나는 뇌의 시상하부에 있다. 그럼 몸에서 온도를 느끼는 감각기가 작동하기까지의 과정을 살펴보자.
우선, 우리 몸에서 외부에 노출된 피부로부터 온도 차이를 느낀다. 피부가 느낀 정보는 뇌의 시상하부로 전달되고, 이렇게 전달받은 뇌의 시상하부에서는 호르몬을 분비하여 혈관에 알리고, 혈관은 피부의 땀구멍, 근육 등에 영향을 준다. 이러한 반응 메커니즘으로 신체 변화가 나타난다.
또한, 상황에 따라 몸은 체내의 중심 온도를 유지하기 위해 심장으로부터 가장 멀리 떨어진 곳인 손과 발 등의 말초 조직을 희생시키기도 한다. 예를 들어, 추운 환경에 오래 노출돼 있을 때는 체내의 온도가 더 이상 떨어지는 것을 막기 위해 몸 말단으로 가는 혈액을 줄인다. 그 결과 손끝이나 발끝은 혈액을 충분히 공급받지 못해 결국 동상에 걸린다. 이렇듯 동상 역시 체온 유지를 하기 위한 인체의 반응이다.
4. 추위에 관한 Q&A
- 여자와 남자 중 추위를 더 잘 타는 쪽은?
여자와 남자를 비교했을 때 추위를 더 잘 타는 쪽은 남자이다. 그 이유는 여자가 남자보다 비교적 피하지방층이 많기 때문이다. 또한 남자는 배에, 여자는 허벅지 쪽에 피하지방층이 많이 모이게 된다.
- 추위와 공포심에 따른 신체변화, 같은 것일까? 다른 것일까?
우리가 흔히 공포 영화를 볼 때면 소름이 끼친다거나 털이 곧추서 오싹하는 느낌을 받는다. 이런 반응은 추울 때와 같다. 하지만 추울 때는 피부의 감각기와 뇌의 시상하부에서 분비한 호르몬의 복합적인 작용으로 일어나는 반면, 공포를 느낄 때는 시각적인 자극이 뇌에 전달되어 즉각적으로 일어나는 차이가 있다.
지금까지 추위에 숨은 과학에 대해 알아보았다. 기록적인 한파가 계속되고 있는 요즘 추위를 느끼는 정확한 지식을 알고 있다면 차디 찬 겨울을 견디는 데 조금이나마 도움이 될 수 있지 않을까?
사진 출처 : 네이버 이미지
16기 임수혁 기자
