안녕하세요.
오늘 비가 대차게 내리고 천둥번개까지 우르르쾅쾅 요란한 날씨인데요. 문득 초등학생 조카가 비는 왜 내리고, 천둥번개는 왜 치는거야? 라고 묻는데 말문 툭 막히더라고요. 깊이 있는 과학적 원리까지는 아니여도 기본적인 설명을 해줘야 하는게 아닐까 싶어서 이것저것 찾아보다 공유하고 싶어서 글을 써요.
조카들 덕분에 뭔가 저도 똑똑해지는 기분이랄까요. 비가 내릴때마다 천둥번개가 칠 때마다 누군가를 잡고 주절주절 이야기 해주고 싶어지네요. 그럼 함께 알아보실까요?
비는 왜 내리고, 천둥번개는 왜 치는걸까? 누구나 이해할 수 있는 과학이야기
1. 비는 왜 내릴까?
이번 여름은 폭우도 잦고, 비도 많이 오죠. 분명 비가 내리는 것은 나쁘지 않은데요. 폭우는 농작물부터 주거 환경이 반지하거나 저지대 사시는 분들, 산아래 살아 산사태 위험이 있는 분들께는 위험하죠. 왜 비는 내리는걸까요?
비는 구름 속의 수증기가 물방울로 변해서 떨어지는거죠. 조금 더 구체적으로 알아볼까요?
태양이 지면을 데우면, 바닷물, 강물, 땅의 물이 수증기가 돼서 하늘로 올라가요. 이 수증기는 하늘 위에서 차가운 공기를 만나면 물방울이 되죠. 이 물방울들이 뭉쳐서 구름이 만들어지고, 시간이 지나면서 물방울이 점점 커기조 무거워지면 구름이 더이상 들고 있을 수 없어 비로 떨어지는거죠.
구름속의 물방울들이 점점 커져서 무거워지면 중력 때문에 더이상 하늘에 떠 있지 못하고 땅으로 떨어지는 것, 그게 바로 비랍니다.
앞서 말씀 드렸듯이 비가 나쁜건 아니에요.
지구의 물순환이 이뤄지죠. 비는 바다, 강, 호수의 물이 증발해 하늘로 올라가서 다시 땅으로 돌아오는 과정이죠. 덕분에 계속 깨끗한 물이 생긴답니다. 또한 비가 내리면 식물에 물이 공급되고, 동물과 사람이 마실 물도 생겨요. 땅이 마르지 않고, 농작물이 잘 자라나죠. 비가 오지 않아 가물 때 제한급수, 산불, 농작물 피해 등 다양한 좋지 못한 일들이 일어나죠.
2. 천둥번개는 왜 치는걸까?
그렇다면 천둥번개는 왜 치는걸까요?
비가 오는 구름 즉 적운 혹은 적란운은 강한 대류 현상이 생겨요. 이때 전기 현상도 같이 일어나면서 번개와 천둥이 생긴다고 해요.
구름 내부에서는 물방울과 얼음결정이 상승과 하강 운동 속에서 계속 부딪히며 마찰이 일어나죠. 이로 인해 양전하와 음전하가 분리가 된대요. 보통 구름의 윗부분이 양전하, 아랫부분이 음전하가 쌓이는데요.
전하 분리로 인해 구름 안 혹은 구름 지표면 사이에 전위차(전기적 차이)가 크게 증가하면, 순각적으로 전류가 흐르는 방전 현상이 일어나는데 이게 바로 번개발생을 의미한다고 해요.
번개가 방전될 때 주변 공기를 순각적으로 수만 도까지 가열시키고, 이때의 열이 급격히 공기를 팽창시켜 충격파를 만들어요. 이 충격파가 우리가 듣는 천둥소리인거죠. 즉 번개(빛) 후에 천둥(소리)이 들리는 것은 소리의 전달 속도가 빛보다 느리기 때문이에요.
비오는 날 유독 천둥번개가 많이 치는 이유는, 구름 내 수분 입자들이 폭넓게 유동하고 충돌이 활발해져 전하 분리가 더 쉽게 일어나기 때문이죠.
천둥번개 칠 때 사람이 벼락에 맞아 사망하거나 다칠 위험성이 실제로 존재하기도 하죠. 물론 확률이 매우 낮은 편이지만요. 2013년부터 2022년까지 국내에서 벼락으로 인한 사망자수는 총 7명, 부상자는 19명이라고 집계되었다고 해요. 벼락에 맞은 사람은 심정지, 신경계 이상, 기억상실 등 심각한 부상을 입을 수 있지만, 통계적으로 벼락에 직접 맞아도 90%는 생존하는 것으로 알려져 있어요.
여기서 잠깐. 천둥번개가 칠 때면 어른이 뾰족한 우산 쓰지 마라. 금속 재질의 소지품이나 액세러리를 하고 다니지 마라고 하시잖아요. 정말 이게 과학적 근거가 있는지 궁금해지더라고요.
우선 금이나 은같은 금속 장신구를 착용하는 사람이 번개에 노출될 가능성이 더 크다는 것은 과학적 근거가 없다고 해요. 금속이 번개를 끌어당기는 것이 아니라, 번개가 칠 때는 이미 대기중에서 전하 분리가 충분히 일어나 번개가 떨어질 준비가 된 상태인거죠. 이때 금속 장신구는 단지 전기를 잘 통하는 도체일 뿐이며, 번개가 떨어지는 위치나 확률에는 영향을 주지 않다고 해요.
하지만 뾰족한 우산, 골프채, 야구 배트 등 주변보다 높이 올라와 있는 것들은 낙뢰의 표적이 될 위험이 실제로 크다고 해요. 번개는 높은 곳, 뾰족한 물체, 전기가 잘 통하는 물체로 떨어질 확률이 높으므로 뾰족한 우산은 위험한 요소가 맞다고 해요.
마지막으로 천둥번개 시 주의사항을 살펴보면 우선 야외에 있다면 높은 곳(나무, 기둥, 언덕 등)이나 금속 구조물 근처, 넓은 평지나 해변, 골프장 등을 즉시 벗어나고 실내고 대피하는게 가장 안전한 방법이라고 합니다.
뾰족하거나 금속 재질의 소지품은 가급적 멀리하고, 젖은 땅에 맨몸으로 앉지 않는 것도 중요해요. 가능하다면 소형 자동차나 단단히 보호된 건물로 이동하는게 좋죠.
30-30규칙이라고 해서 번개가 친 뒤 천둥이 30초 이내에 들리면 바로 대피, 마지막 천둥 소리가 나간 뒤 30분 후에 밖으로 움직이는 것을 권장합니다.
3. 마무리 속삭임
주절주절 했는데요. 이렇게 하나하나 알아가니까 뭔가 저도 똑똑해진 것 같고 좋더라고요. 조카들에게 이야기 해줬더니 굉장히 저를 달리 보네요. 뿌듯했어요. 여러분들도 아이가 비가 왜 내리는지, 천둥번개는 왜 치는지 물어보면 아래와 같이 이야기 해주세요. 굉장히 좋아한답니다.
비가 왜 내려라고 물어보면 이렇게 속삭여주세요.
"지표면의 물이 태양열에 의해 증발이 되며 수증기가 상승하지. 위로 올라간 수증기가 냉각되어 응결핵에 붙어 작은 물방울이 형성되는데 이게 바로 구름이야. 구름 속 물방울들이 성장하며 점점 커지고 무거워지면 어떻게 되겠어? 중력에 의해 물방울이 되어 떨어지게 되는거야. 무거우니까 아래로. 이게 바로 비란다."
그럼 천둥번개는 왜 치는거야? 라고 물어오면 말이죠.
"비가 내리는 동안 구름 안에서는 작은 물방울과 얼음 조각들이 서로 부딪히며 마찰이 일어나게 돼. 이 마찰 때문에 전기가 만들어져. 양손을 비비거나 머리카락을 뭔가로 마찰을 주면 작은 전기가 만들어지는 것처럼 말이야. 이 마찰 때문에 구름 위쪽에는 양전기가(+) 아래쪽에는 음전기(-)가 모이게 된단다. 이렇게 전기들이 한쪽에 몰리면 전기차이가 생기는데, 그 차이가 아주 커지면 갑자기 전기가 번쩍하고 방전되는거야. 이게 바로 번개지.
번개가 지나갈 때 공기가 순각적으로 매우 뜨거워져서 팽창하고, 이때 생긴 충격파 때문에 우르르쾅쾅 하는 천둥소리가 나는거고."
그럼 다음에 또 모두가 알고 있지만, 나만 모르는 _ 이야기들로 함께 공유하며 똑똑해지기로 해요.
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