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[KISTI의 과학향기] 구름씨 뿌리는 현대판 ‘레인메이커’

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올해 상반기 중국 랴오닝성은 56년 만에 찾아온 최악의 가뭄에 시달렸다. 논밭은 마르고 식수조차 얻기 힘들었다. 드디어 6월 27일 가뭄을 해갈하는 비가 내렸는데 놀랍게도 이 비는 사람의 힘으로 내리게 한 인공강우였다. 이때 내린 비의 양은 모두 8억t. 이는 우리나라 경기도 전체에 50mm의 비가 내린 것과 맞먹는 양으로 인공강우 사상 최대 규모였다.



댐이나 저수지로 물을 저장할 수 없었던 옛날에는 비가 생사를 가르는 중요한 요소였다. 때문에 동서양을 막론하고 기우제(祈雨祭)를 드리는 주술사가 있었다. 이중 아메리카 인디언 주술사를 ‘레인메이커’(rainmaker)라고 부르는데, 오늘날 인공강우 전문가를 지칭하는 말이기도 하다. 비를 부르는 현대판 레인메이커의 활약에 대해 알아보자.



인공강우가 최초로 성공한 것은 1946년이다. 미국 제너럴일렉트릭사 빈센트 쉐퍼 박사는 안개로 가득 찬 냉장고에 드라이아이스 파편을 떨어뜨리면 작은 얼음결정이 만들어진다는 사실을 발견했다. 여기에 착안한 그는 실제 구름에 드라이아이스를 뿌리면 눈(얼음결정)을 만들 수 있겠다는 생각을 했다. 그는 비행기를 타고 미국 매사추세츠주 바크처 산맥 4000m 높이로 올라가 구름에 드라이아이스를 뿌렸다. 그리고 5분 뒤 구름은 눈송이로 변해 땅으로 떨어졌다.










인공적으로 비를 내리게 하는 원리는 무엇일까? 먼저 자연 상태에서 비가 내리는 원리를 이해해야 한다. 구름은 20μm(마이크로미터, 1μm=백만분의 1m) 지름의 아주 작은 물방울인 ‘구름입자’로 이뤄져 있다. 이들을 아래로 잡아당기는 중력보다 위로 띄우는 부력이 더 크기 때문에 구름입자는 하늘에 떠 있을 수 있다.



구름입자가 땅으로 떨어지려면 중력이 부력보다 더 커야 한다. 보통 구름입자 100만개 이상이 합쳐져 2mm의 빗방울이나 1~10cm의 눈송이가 되면 중력이 부력보다 커져 땅으로 떨어진다. 계산에 따르면 순수한 구름입자만으로 빗방울이나 눈송이가 되려면 습도가 400% 이상이어야 한다. 구름입자만으로 비가 내리기 힘들다는 말이다.


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By. clipartkorea



그러나 습도 400%가 아니라 100%만 돼도 비가 내릴 수 있다. 구름입자가 서로 뭉치는데 도움을 주는 물질이 구름 속에 들어있으면 된다. 먼지, 연기, 배기가스 등 약 0.1mm 크기의 작은 입자들이 구름입자가 뭉치는데 도움을 준다. 이들 입자를 응결핵, 혹은 빙정핵이라고 부른다.



인공강우의 핵심 원리는 바로 응결핵과 빙정핵 역할을 하는 ‘구름씨’를 뿌려 구름이 비를 쉽게 내리도록 돕는 것이다. 구름씨를 뿌리기 위해 항공기나 로켓이 동원된다. 사용하는 구름씨는 구름의 종류와 대기 상태에 따라 다르다.



1000m 이상의 높은 구름은 꼭대기 부분의 구름입자가 얼음 상태로 존재한다. 이런 구름에는 요오드화은(AgI)과 드라이아이스를 많이 사용한다. 요오드화은을 태우면 작은 입자가 생기는데 이 입자가 영하 4~6℃의 구름에서 주변의 얼음을 끌어 모으는 역할을 한다. 요오드화은이 친수성이라 얼음을 쉽게 끌어들이기 때문이다. 드라이아이스 조각은 영하 10℃의 구름에서 주변의 구름입자를 얼려서 자신에게 붙이는 방식으로 덩치를 키운다.



낮은 구름은 다르다. 낮은 구름은 꼭대기의 구름입자도 얼어있지 않다. 이때는 염화나트륨(NaCl), 염화칼륨(NaK), 요소(CO(NH2)2) 같은 흡습성 물질을 사용한다. 이들을 뿌리면 이들은 주변의 구름입자를 빨아들여 커지기 시작한다. 그리고 한번 커지기 시작한 물방울은 비탈길에 굴리는 눈덩이처럼 순식간에 불어 비가 된다.



그러나 인공강우가 완전한 해결책은 아니다. 인공강우는 수증기를 포함한 적절한 구름이 있어야만 가능하다. 건조한 날씨가 계속되는 사막에서는 무용지물이라는 말이다. 또 지금까지 통계자료를 보면 인공강우의 효과는 강우량을 10~20% 정도 증가시키는 정도에 그친다. 막대한 예산이 드는 것에 비해 인공강우의 효과는 높은 편이 아니다.



기상 전문가들은 실제 가뭄이 들었을 때는 날이 건조해 인공강우가 성공하기 어렵다고 지적한다. 인공강우를 이벤트 행사처럼 생각해서는 안된다는 뜻이다. 오히려 인공강우는 전선에서 실시해 이미 내리는 비를 더 많이 내리도록 하는 방식으로 많이 쓰인다. 일본의 경우 연중 댐 근처에 적절한 구름이 지나갈 때마다 인공강우를 시행해 물을 확보한다.



우습게도 인공강우 기술은 먹구름을 없애는데 쓰인다. 지난 5월 9일은 모스크바 붉은 광장에서 전승기념일 행사가 열리던 날이었다. 모스크바 상공에 짙게 드리운 먹구름은 자칫하면 행사를 망칠 수도 있었다. 러시아 공군은 항공기 12대를 동원해 모스크바 상공에 구름씨를 뿌렸다. 아예 비를 내리게 해서 먹구름을 없애겠다는 것이었다. 퍼레이드가 시작된 지 30분 만에 거짓말처럼 푸른 하늘이 얼굴을 내밀었다. 중국이 내년 열리는 베이징 올림픽에서 맑은 날씨를 자신하는 것도 그동안 축적된 인공강우 기술 때문이다.



한편 인공강우에 대한 비판도 있다. 인공강우가 없는 비를 만드는 것이 아니라 비가 내릴 만큼 여물지 않은 구름을 쥐어짜 비를 내리게 하는 것이기 때문이다. 한쪽에서 임의로 비를 내리게 하면 다른 한쪽은 더 극심한 가뭄에 시달릴 수도 있다. 사람이 자연현상을 조절하는 데는 항상 한계와 부작용이 있기 마련이다.



앞으로 미래에는 전기장으로 구름이 없는 하늘에도 구름을 만들어 비를 내리게 하는 기술이 개발될 전망이다. 미국 항공우주국은 대기에 떠 있는 수많은 입자들을 전기장으로 교란시켜 수증기를 끌어 모으는 방법으로 구름 한 점 없는 하늘에 비를 내리는 연구를 하고 있다. 레인메이커의 전설은 현대 과학의 도움을 받아 계속되고 있다.












글 : 김정훈 과학칼럼니스트
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