나무를 아래에서 올려다봤더니! 빛을 모으는 ‘손’의 비밀
사이언스 트레이너 구와코 켄입니다. 매일매일이 실험!
여러분은 나무를 바로 밑에서 올려다본 적이 있나요? 꼭 한 번, 나무 밑동에 벌렁 드러누워 하늘을 올려다보세요. 가지가 계속 갈라져 뻗어 나가고 그 끝에 잎이 달려 있는 모습이, 마치 커다란 손을 활짝 펴서 햇빛을 모으고 있는 것처럼 보일 거예요.
바로 프랙탈 구조죠.
나뭇가지가 갈라지는 방식에는 ‘프랙탈’이라는 비밀이 숨어 있어요
사진을 보면 굵은 줄기에서 가지가 갈라지고, 그 가지가 또 갈라지고, 다시 잔가지로 이어지죠. 이렇게 “전체의 모양과 일부분의 모양이 닮은 것”을 프랙탈 구조라고 해요.
사실 프랙탈은 나무만의 이야기가 아니에요. 브로콜리의 송이, 고사리 잎, 강줄기, 폐 속의 기관지에도 비슷한 구조가 있답니다. 가지 나누기를 반복하면 한정된 부피 안에서도 끝부분을 아주 많이 만들 수 있거든요. 나무로서는 적은 재료로 더 많은 빛을 받아내기 위한 지혜인 셈이죠.
빛을 내놔라~! 하면서도 서로 양보하고 있어요
“빛 좀 줘~!” 하고 외치는 것처럼 보이기도 하죠? 그런데 자세히 보면 잎들이 서로 겹치지 않도록 자리를 잡고 있어요.
여기에는 이유가 있어요. 위쪽 잎이 아래쪽 잎에 그림자를 드리우면, 아래쪽 잎은 광합성을 충분히 할 수 없거든요. 그래서 식물은 잎을 조금씩 어긋나게 달아서 모든 잎에 빛이 골고루 닿도록 한답니다. 많은 식물에서 줄기를 둘러싸고 잎이 달릴 때 약 137.5도씩 각도가 어긋난다는 사실이 알려져 있어요. 이 숫자는 ‘황금각’이라고 불리고, 피보나치 수열과도 깊은 관계가 있다고 해요. 해바라기 씨가 늘어선 모양이나 파인애플 껍질 무늬에도 같은 계열의 숫자가 등장하니, 정말 신기하죠?
프랙탈 차양도 자연에서 배운 아이디어예요
예전에 프랙탈 차양이 TV 프로그램에 소개됐을 때 감수를 맡은 적이 있어요. 차양은 그저 햇빛을 막기만 하면 되는 게 아니에요. 바람은 어느 정도 통과시키면서 햇빛은 가려 주는 구조가 좋거든요.
만약 차양이 판자 한 장처럼 꽉 막혀 있다면 바람을 그대로 받아 날아가기 쉽고, 열도 안에 갇혀 버려요. 반면 나뭇잎처럼 틈이 많고 크기가 다른 그림자가 겹치는 구조라면, 바람은 흘려보내면서 시원한 그늘을 만들 수 있답니다. 나무 그늘이 시원하게 느껴지는 건 햇빛을 가려 주기 때문만이 아니라, 잎에서 물이 증발할 때 열을 빼앗아 가는 작용까지 더해지기 때문이에요. 자연에서 배울 점이 정말 많은 것 같죠?
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