마리아나해구 잠수정 안에서는 어떻게 사람이 숨을 쉴 수 있을까?

마리아나해구처럼 지구에서 가장 깊은 바다를 탐사할 때 사람들은 흔히 엄청난 수압부터 떠올린다. 하지만 유인잠수정을 타고 심해로 내려가는 사람에게 또 하나의 중요한 문제가 있다. 바로 잠수정 내부에서 사람이 계속 숨을 쉴 수 있도록 공기를 유지하는 것이다.

잠수정은 바닷속으로 내려간다고 해서 외부의 바닷물에서 산소를 얻어 사람이 호흡할 수 있는 구조가 아니다. 사람이 탑승하는 공간은 외부 환경과 분리된 밀폐 공간이기 때문에 제한된 공간 안에서 산소를 공급하고, 사람이 내뿜는 이산화탄소를 제거해야 한다.

따라서 유인잠수정은 단순히 사람을 바닷속으로 이동시키는 장비가 아니라, 내부에 하나의 작은 생명유지 시스템을 갖춘 이동식 환경이라고 볼 수 있다.

잠수정 안에서는 왜 공기를 계속 관리해야 할까?

사람이 밀폐된 공간에서 생활하면 공기의 성분은 계속 변한다.

사람은 호흡하면서 산소를 사용하고 이산화탄소를 배출한다. 따라서 외부 공기가 들어오지 않는 잠수정 내부에서는 시간이 지날수록 산소는 감소하고 이산화탄소는 증가하게 된다.

육상 건물이라면 창문이나 환기장치를 통해 외부 공기를 들여올 수 있지만, 심해 잠수정에서는 바깥의 바닷물과 내부의 호흡용 공기를 자유롭게 교환할 수 없다.

결국 잠수정에서는 단순한 환기가 아니라 밀폐된 공기를 계속 관리하는 기술이 필요하다.

산소는 어떻게 공급할까?

유인잠수정은 사람이 호흡하는 데 필요한 산소를 별도로 준비한다. 산소 공급량은 탑승 인원과 예상 잠수시간, 비상 상황 등을 고려해 설계된다.

유인잠수정의 생명유지 기술을 다룬 2024년 Frontiers in Physiology 연구에서는 산소 공급량과 객실 내부 산소 농도를 생명유지 시스템의 핵심 관리 항목으로 설명한다.

국제표준 ISO 22252를 분석한 해당 연구에서는 유인잠수정의 호흡용 공기와 이산화탄소 제거 시스템을 별도의 중요한 설계 요소로 다루고 있다.

즉, 잠수정의 산소 시스템은 단순히 산소통을 싣고 내려가는 개념이 아니라 사람이 소비할 산소의 양을 계산하고 안정적인 농도를 유지하는 시스템이다.

사람이 숨을 쉬면 이산화탄소가 쌓인다

잠수정의 생명유지 시스템에서 산소만큼 중요한 것이 이산화탄소다.

사람은 산소를 들이마시는 동시에 이산화탄소를 내뿜는다. 밀폐된 공간에서는 이산화탄소가 계속 축적되기 때문에 산소를 공급하는 것만으로는 충분하지 않다.

따라서 유인잠수정에서는 다음 두 가지 작업이 동시에 필요하다.

• 호흡에 필요한 산소를 공급한다.
• 사람이 내뿜은 이산화탄소를 제거한다.

2024년 Frontiers in Physiology에 발표된 연구에서도 산소 공급과 함께 이산화탄소 제거 능력을 유인잠수정 생명유지 시스템의 핵심 기준으로 분석했다.

이산화탄소는 어떻게 제거할까?

잠수정에서는 일반적으로 이산화탄소를 흡수하는 CO₂ 스크러버를 사용한다.

잠수정 내부의 공기는 계속 순환하고, 그 과정에서 이산화탄소를 흡수할 수 있는 물질을 통과하면서 CO₂가 제거된다. 이후 정화된 공기는 다시 객실 내부로 돌아간다.

우즈홀해양연구소(WHOI)가 공개한 유인잠수정 Alvin의 자료에서도 밀폐된 압력선체 내부에서 산소를 공급하고 CO₂를 제거하는 생명유지 시스템을 사용한다고 설명한다.

결국 잠수정 안의 공기는 한 번 쓰고 버리는 것이 아니라 산소를 보충하고 이산화탄소를 제거하면서 계속 관리하는 방식에 가깝다.

공기 상태를 계속 측정해야 하는 이유

생명유지 시스템은 장치를 설치하는 것만으로 끝나지 않는다. 실제로 객실 내부의 공기 상태가 정상인지 계속 확인해야 한다.

유인잠수정에서는 산소 농도와 이산화탄소 농도 등을 측정해 탑승자가 호흡하는 환경을 감시한다.

이 과정은 매우 중요하다. 산소 공급 장치가 작동하고 있더라도 실제 객실 내부의 산소 농도가 적절한지 확인해야 하고, CO₂ 제거 장치가 작동하더라도 이산화탄소가 실제로 충분히 제거되고 있는지를 확인해야 하기 때문이다.

따라서 생명유지 시스템은 다음과 같은 순환 구조로 이해할 수 있다.

산소 공급 → 호흡 → CO₂ 발생 → CO₂ 제거 → 공기 상태 측정 → 필요에 따라 시스템 조절

실제 잠수정에서도 CO₂ 스크러버 문제가 발생할 수 있다

생명유지 시스템은 매우 중요한 장치이지만 기계 장치인 만큼 고장이 발생할 가능성도 있다.

WHOI는 유인잠수정 Alvin의 해상 시험 과정에서 이산화탄소 스크러버의 기계 부품에 문제가 발생해 잠수를 중단한 사례를 공개한 바 있다.

당시 한 개의 스크러버가 작동하는 상태였지만 예비 장치가 없는 상황에서 계속 잠수를 진행하지 않고 안전을 위해 임무를 종료했다.

이 사례는 심해 탐사에서 생명유지 시스템이 단순한 편의 장비가 아니라 잠수 자체를 계속할 수 있는지를 결정하는 핵심 안전 시스템이라는 점을 보여준다.

산소와 CO₂의 균형이 중요한 이유

잠수정 내부의 공기는 산소가 많으면 무조건 좋은 것도 아니고, CO₂가 적으면 모든 문제가 해결되는 것도 아니다.

중요한 것은 사람이 장시간 생활할 수 있도록 적절한 범위의 대기 환경을 유지하는 것이다.

유인잠수정 생명유지 기준을 분석한 연구에서는 산소 공급량, 산소 농도, CO₂ 제거 능력, CO₂ 농도를 서로 연결된 네 가지 핵심 요소로 다루고 있다.

관리 항목	역할
산소 공급	사람의 호흡에 필요한 산소를 보충
산소 농도 관리	객실 내부의 호흡 환경을 안정적으로 유지
CO₂ 제거	사람이 내뿜은 이산화탄소를 제거
CO₂ 농도 감시	객실 공기의 안전 상태를 확인

유인잠수정에는 국제적인 생명유지 기준도 존재한다

심해 유인잠수정은 단순한 선박과 달리 사람이 밀폐된 공간에서 생활하기 때문에 생명유지 시스템에 대한 별도의 기준이 필요하다.

2024년 Frontiers in Physiology 논문은 국제해사기구(IMO), 국제표준화기구(ISO), 선급기관 등의 유인잠수정 관련 기준을 비교했다.

특히 ISO 22252는 유인잠수정의 호흡용 공기 공급과 이산화탄소 흡수 시스템에 관한 기준으로 소개되고 있다.

이처럼 심해 잠수정의 생명유지는 단순히 제작자가 임의로 정하는 문제가 아니라 국제적인 안전 기준과 기술적 요구사항을 바탕으로 설계되는 분야다.

잠수정 안의 공기는 지상의 공기와 완전히 같을까?

잠수정 내부의 공기가 반드시 지상의 일반적인 실내 공기와 완전히 동일해야 하는 것은 아니다.

중요한 것은 사람이 안전하게 호흡할 수 있는 범위에서 산소와 이산화탄소를 관리하는 것이다.

2024년 연구에서 분석한 ISO 22252 관련 자료에서도 유인잠수정의 산소 농도와 CO₂ 농도에 대한 구체적인 기준이 제시되어 있다.

이는 심해 잠수정의 객실이 단순히 “공기가 들어 있는 방”이 아니라 대기 조성을 지속적으로 관리해야 하는 폐쇄형 환경이라는 것을 의미한다.

잠수정 내부에서는 공기만 관리하는 것이 아니다

사람이 오랜 시간 밀폐된 공간에 있으면 산소와 이산화탄소 외에도 여러 환경 요소가 영향을 줄 수 있다.

따라서 유인잠수정의 생명유지 기술은 호흡용 가스 공급과 CO₂ 제거뿐 아니라 공기 순환과 환경 감시 등을 포함하는 개념으로 다뤄진다.

2024년 연구에서도 유인잠수정의 생명유지 기술에 공기조절과 환기, 호흡용 가스 공급, 공기 정화, 대기환경 감시 등이 포함된다고 설명한다.

결국 탑승자가 편안하고 안전하게 작업하려면 “산소만 있으면 된다”는 수준을 넘어 객실 전체의 환경을 관리해야 한다.

실제 심해 잠수에서는 얼마나 오래 버틸 수 있을까?

잠수정의 잠수 가능 시간은 산소량 하나로 결정되지 않는다.

탑승 인원, 잠수정의 크기, 생명유지 시스템, 전력, 과학 장비, 추진 시스템, 통신 장비, 비상 상황에 대비한 여유분 등이 모두 영향을 미친다.

예를 들어 WHOI의 Alvin은 과학 연구용 유인잠수정으로 세 명이 탑승할 수 있으며, 최신 운용 능력은 최대 6,500m급으로 확대됐다.

이처럼 유인잠수정의 잠수시간은 단순히 “산소통에 산소가 얼마나 남아 있는가”만으로 판단할 수 없으며, 여러 시스템이 동시에 정상적으로 작동할 수 있는 시간이 중요하다.

마리아나해구에서는 생명유지 시스템의 중요성이 더욱 커진다

마리아나해구처럼 전 수심급 탐사가 필요한 환경에서는 잠수정 자체가 사람이 생활할 수 있는 보호공간이 되어야 한다.

특히 외부 환경과 직접 공기를 교환할 수 없는 밀폐된 객실에서는 생명유지 시스템이 장시간 안정적으로 작동해야 한다.

따라서 심해 유인잠수정에서는 다음 요소들이 서로 연결되어 작동한다.

• 호흡용 산소 공급
• 이산화탄소 제거
• 객실 공기 순환
• 산소와 CO₂ 농도 감시
• 생명유지 장치의 전력 공급
• 비상 상황에 대한 대응 체계

이 중 하나라도 심각한 문제가 발생하면 단순한 장비 고장을 넘어 탑승자의 생명과 직접 연결되는 문제가 될 수 있다.

마리아나해구에서 인간이 살아갈 수 있는 이유는 무엇일까?

결국 답은 사람의 몸이 심해에 적응했기 때문이 아니다.

사람이 살아갈 수 있는 환경을 잠수정 내부에 인공적으로 만들어 놓기 때문이다.

바깥쪽은 인간이 직접 호흡하거나 생활할 수 없는 환경이지만, 압력선체 내부에는 사람이 호흡할 수 있는 대기환경을 만들어 놓는다.

그리고 그 환경을 유지하기 위해 산소를 공급하고, CO₂를 제거하고, 공기 상태를 계속 확인한다.

이러한 관점에서 보면 유인잠수정은 단순한 이동수단이라기보다 사람이 생존할 수 있는 작은 인공환경을 바다 깊숙한 곳까지 운반하는 장치라고 할 수 있다.

자주 묻는 질문(FAQ)

Q1. 잠수정 안에서는 바닷물에서 산소를 얻을 수 있나요?

일반적인 유인잠수정의 밀폐된 객실에서는 바닷물에서 직접 산소를 얻어 호흡하는 방식이 아니다. 탑승자가 사용할 산소를 별도로 공급하고, 내부에서 발생하는 이산화탄소를 제거하는 생명유지 시스템을 사용한다.

Q2. 사람이 숨을 쉬면 잠수정 안의 산소가 계속 줄어들지 않나요?

그렇기 때문에 산소 공급 시스템이 필요하다. 탑승자가 소비하는 산소를 보충하면서 객실의 산소 농도를 관리한다.

Q3. 이산화탄소는 어떻게 제거하나요?

CO₂ 스크러버와 같은 장치를 이용해 사람이 내뿜은 이산화탄소를 제거한다. 제거된 공기는 다시 객실의 공기 순환 과정으로 들어간다.

Q4. CO₂ 제거 장치가 고장 나면 어떻게 하나요?

생명유지 시스템의 이상은 안전 문제로 이어질 수 있기 때문에 상황에 따라 잠수를 중단하고 수면으로 복귀하는 등의 절차가 필요하다. 실제로 WHOI의 Alvin 해상 시험에서도 CO₂ 스크러버의 기계적 문제가 발생해 잠수가 중단된 사례가 있다.

Q5. 잠수정 내부의 공기는 일반적인 지상 공기와 같은가요?

완전히 동일할 필요는 없지만 사람이 안전하게 호흡할 수 있도록 산소와 이산화탄소 농도를 관리해야 한다. 유인잠수정에는 이를 위한 구체적인 기술 기준과 관리 절차가 존재한다.

Q6. 마리아나해구에서는 잠수정 안에 산소만 있으면 사람이 살 수 있나요?

그렇지 않다. 산소 공급뿐 아니라 이산화탄소 제거, 공기 순환, 대기환경 감시, 전력 공급, 비상 대응 등 여러 시스템이 함께 작동해야 한다.

마무리

마리아나해구를 탐사하는 유인잠수정에서 인간의 생존을 가능하게 하는 핵심은 단순히 튼튼한 선체를 만드는 데만 있지 않다.

잠수정 안에서는 사람이 계속 숨을 쉬고 있기 때문에 산소가 소비되고 이산화탄소가 발생한다. 따라서 산소를 공급하고 CO₂를 제거하며 객실의 공기 상태를 지속적으로 확인해야 한다.

이러한 생명유지 시스템이 있기 때문에 인간은 자신의 몸이 심해 환경에 적응하지 않았음에도 극한의 해저를 탐사할 수 있다.

결국 심해 유인잠수정은 사람을 바닷속으로 내려보내는 기계인 동시에, 사람이 살아갈 수 있는 작은 환경을 만들어 바다 깊숙한 곳까지 운반하는 이동식 생명유지 시스템이라고 볼 수 있다.

참고자료

• Woods Hole Oceanographic Institution(WHOI), HOV Alvin 및 Alvin 생명유지 시스템 관련 자료
• Jiang L. et al., “Analysis of different standards for life support technology in manned submersible”, Frontiers in Physiology, 2024
• International Organization for Standardization(ISO), ISO 22252 관련 유인잠수정 생명유지 기준
• International Maritime Organization(IMO), Guidelines for the Design, Construction and Operation of Passenger Submersible Craft
• Woods Hole Oceanographic Institution, Alvin Sea Trials 및 CO₂ Scrubber 관련 자료