미생물이 돌을 더 단단하게 만든다?

다보탑, 석가탑, 석굴암, 첨성대처럼 돌로 만들어진 우리나라 중요한 문화재들이 심각한 환경오염으로 인해 부식되고 있다. 이대로 가다가는 결국 원래의 모양을 잃어버려서 우리 후손들은 고귀한 문화재를 원형 그대로 볼 수 없게 될지도 모른다.

문화재를 구성하고 있는 돌을 단단하게 하여 환경이 오염되더라도 파괴되지 않게 하는 방법은 없을까?

미생물들이 돌을 단단하게 만들 수 있다는 사실을 발견함으로써 이에 대한 해결책을 얻었다.
바실루스(Bacillus)란 미생물을 발견하면서 바실루스가 돌에 자라면서 돌의 표면에 칼슘 카보네이트(Calsium Carbonate)란 화학물질을 만드는데, 이 물질이 돌의 표면을 단단하게 하는 경화작용을 함으로써 강도를 높여 부서지지 않게 하는 것이다. 바실루스라는 미생물은 돌의 표면을 단단하게 만들뿐만 아니라 얇은 막(Biofilm)을 만들어 돌 표면의 아주 작은 공기구멍들을 막아주기도 한다. 이렇게 되면 돌 외부로부터의 공기 유통이 차단되고, 수분이 들어와 포화되는 상태도 피하게 되므로 수분으로 인해 생기는 부스러짐을 방지할 수 있다. 하지만 미생물들이 만든 얇은 막이 파괴되면 급격하게 외부로부터 수분이 들어오게 되고 돌의 퇴화속도를 가속화시켜서 훨씬 빨리 붕괴되는 원인이 된다.

바실루스는 돌을 단단하게 하고 공기구멍을 막아주지만 갑자기 생물막이 부서지면 급격하게 돌이 부석부석하게 퇴화되어 버리는 단점이 있다. 이러한 단점을 극복한 믹소코쿠스(Myxococcus xanthus)란 새로운 미생물을 발견하였다. 즉, 돌에 있는 공기구멍을 얇은 생물막이 막았다가 갑자기 부서지면 더 급격하게 돌이 퇴화되는 것을 새로운 미생물을 사용함으로써 막을 수 있게 된 것이다. 또한, 이 새로운 미생물은 돌의 구성물질을 강하게 경화시키는 물질을 구조상 더욱 안정되게 만들어 효율성을 극대화하였다. 특히 20세기 초기에 개발된 바실루스가 단지 대리석에만 작용하는 데 비해 믹소코쿠스는 대리석이든 석회석이든 돌의 종류와 관계없이 모두 강하게 경화시키는 특성을 가지고 있다. 돌의 재료가 무엇이든 어떤 구조물이든 미생물을 사용하여 더욱 더 효율적으로 보존할 수 있는 방법이 개발된 것이다.



믹소코쿠스를 처리한 돌을 일부 채취하여 전자현미경으로 확대한 사진을 보면 칼슘 카보네이트의 종합체가 고형화되어 못 모양의 침상 구조(Vt)를 보여준다.
시멘트로 콘크리트를 만들 때 철근을 넣어줌으로써 콘크리트를 아주 단단하게 만드는 것과 같은 효과이다. 또한 처리한 미생물이 고형화(cbc)되어 둥근 덩이를 만들어서 공기가 쉽게 외부에서 내부로 통할 수 있게 하였다.

돌을 강화시키는 능력이 뛰어나더라도 미생물이 사람이나 가축을 해롭게 한다면 사용할 수가 없다. 그러나 믹소코쿠스는 흙에서 흔히 볼 수 있는 토양 미생물이기 때문에 사용하여도 위생상 전혀 문제가 되지 않는다. 또한 미생물을 돌 구조물에 처리하여 단단하게 할 때 겉모양이 많이 달라지거나 표시가 나면 곤란한데 사진에서 보는 것처럼 외관상으로는 전혀 표시가 나지 않는다. 미관상 전혀 바뀌지 않으면서도 강도를 높여서 구조물의 수명을 획기적으로 연장할 수 있는 미생물 방법이 개발된 것이다.

돌을 강하게 하는 미생물 기술은 앞으로 만들어지는 조각물이나 건축물의 강도나 내구성을 높이는 데 유용하게 쓰일 수 있다. 이 밖에 건축물의 소재를 생산하는 데도 미생물 기술을 활용할 수 있다.

미생물과 미래의 건축은 이미 불가분의 관계를 가지고 있다. 더 많은 미생물이 발견되고 이들의 기능이 밝혀진다면 더 많은 첨단 건축소재들의 개발이 가능해질 것이다.

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