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2022년 8월 18일 (목) 16:35 판
강설(降雪)은 눈이 내림 또는 내리는 눈을 말한다.[1]
목차
개요
눈은 대기 중의 수증기가 찬 기운을 만나 얼어서 형성되는 얼음의 결정체를 말하며, 눈이 땅 위로 떨어지는 것을 강설(降雪)이라 하며 물의 고체화 형태의 강수 현상이 다.[2]
강설은 지구의 기후 변화에 해당하는 날씨이며 기상청에서 예보를 하며 가끔 재난으로 이어진다. 눈이 내리면 제설작업을 해야 하고 교통에 지장을 주며 적설로 인하여 일부 구조물이 붕괴되는 등 여러 영향이 있다. 전 세계적으로 겨울철 재난인 대설, 폭설이 빈번하게 발생하고 있다. 따라서 과학자들은 16세기부터 눈에 대한 연구를 시작하였고 지금에 이르러 강설 특성과 강설 시간을 고려한 강설 지역의 유형 구분에 관한 연구를 진행하고 있다.
과학이 발달하고 수요가 발전하는 만큼 강설은 현재는 필요에 따라 인공으로도 만들기도 한다. 주요하게 제품의 강설시험과 같은 시험이나 동계 올림픽과 같이 눈을 필요한 부분에 만들어 낸다.
눈의 형성
눈의 형성을 보면 우선 태양열로 인하여 강과 바다 및 대지에서 수분이 증발하여 수증기가 형성된다. 수증기가 강한 상승기류를 타고 높이 올라가게 되면 단열팽창에 의해 수증기가 물방울로 변하고, 더 높이 올라가면 그중 일부가 빙정으로 변하면서 구름을 형성한다. 물방울이 많은 곳에서 빙정은 주위의 물방울을 흡수하여 점차 크기가 커지고 마침내 눈 결정이 된다. 눈의 결정이 커져 그 무게가 상승기류를 이기게 되면 눈송이 형태로 떨어지는데 지표면의 기온이 0℃ 이상일 경우에는 비가 되고, 0℃ 이하일 경우에는 그대로 눈으로 내린다.
눈 결정 연구
연구 역사
1611년 독일의 천문학자 요하네스 케플러(Johannes Kepler)는 눈 결정에 대한 최초의 과학 서적인 ‘육각의 눈 결정(Six-Cornered Snowflake)’에서 짧은 논문을 발표했다. 케플러는 눈 결정이 항상 육각 대칭을 나타내고 있고, 그 이유에 대해 생각해 보았으나 그 당시 기술로는 해결할 수 없다는 것도 깨달았다. 케플러의 질문이 마침내 해결될 수 있기까지는 약 300년이 걸렸으며, X선 결정학의 발전이 필요했다.
프랑스의 철학자이며 수학자인 데카르트는 1637년에 눈의 결정을 관찰한 스케치를 처음으로 기상학지에 발표했다. 그 뒤에 많은 과학자들이 눈의 결정에 흥미를 가지고 연구했으며 17세기 후반에는 현미경이 발명되어 눈 결정 연구에 많은 진전을 보았다. 특히, 영국의 로버트 훅은 현미경으로 관찰한 눈 결정 그림을 발표하여 이 그림을 통해 사람들은 눈 결정이 얼마나 복잡하고 대칭성이 있는지를 알게 되었다.
최초로 눈 결정 사진을 찍은 사람은 미국의 농부이자 눈 결정 사진작가인 윌슨 벤틀리(Wilson Bentley, 1865-1931)로 평생 동안 5000여 개의 눈 결정 사진을 찍었다. 1931년, 그의 유명한 책 ‘눈 결정(Snow Crystalals)’에 2,000개 이상의 사진이 수록되어 있으며, 이 책은 현재까지도 출판되고 있다.
벤틀리는 그의 논문에서 눈 결정의 정교한 모양은 그 생성 과정과 구름 속을 떠도는 동안에 겪은 여러 가지 변화를 설명해 준다고 서술하였으며, 오랫동안의 기상도를 분석하여 그때 내린 눈과 비교하여 눈의 결정 모양이 상공의 기상 상태(상공의 온도·습도 상태)를 반영하고 있음을 알아냈다.
눈 결정
눈 결정에서 볼 수 있는 육각형 대칭 구조는 얼음 결정격자에 있는 물 분자의 배열로 인해 만들어진다. 이 얼음 결정이 구름 속을 돌아다니면서 자라면 육각형 구조를 나타내게 된다.
눈 결정은 3차원 구조이며, 별 모양의 눈 결정은 작은 육각형 판의 형성으로 시작하고 결정이 커지면 6개의 모서리에서 잔가지가 나온다. 구름 속에서 떨어지면서 결정은 온도와 습도가 변하는 것을 경험하며 각 변화는 잔가지의 형태를 다르게 만든다.
눈 결정의 정확한 모양은 구름을 통과하는 경로에 의해 결정된다. 눈 결정이 떨어지면서 주변의 물 분자들이 결정에 달라붙게 되어 결정 주변의 습도는 낮아진다. 이런 습도의 차이로 바깥쪽 물 분자가 빠르게 확산되고, 특히 육각 모서리 쪽이 더 빨리 자라 가지가 뻗게 되는 것이다. 한 결정 안에서는 결정의 중심을 기준으로 거리에 따라 습도의 차이가 생기므로 같은 거리에서는 환경도 거의 같아 여섯 개의 팔은 동시적으로 성장하여 복잡하지만 대칭적인 모양을 만든다.
결정의 형태
눈 결정의 진정한 체계적 연구를 수행한 최초의 사람은 일본의 물리학자 나카야 우키치로(Ukichiro Nakaya)로 눈 결정이 어떻게 형성되는지에 대한 우리의 이해에 거대한 도약을 가져왔다. 핵물리학자였던 나카야는 핵 시설이 없는 홋카이도에서 교수로 재직하면서 지역적으로 관찰이 용이했던 눈 결정 연구에 주목했다. 그는 모든 유형의 강설을 관찰했고 그 관찰을 통해 주요 눈 결정을 명확하게 구별하고 이를 목록으로 만들었다. 벤틀리와는 달리 나카야는 가장 아름답고 대칭적인 눈 결정뿐만 아니라, 다양한 종류의 눈 결정을 촬영했다.
그런데 나카야의 진정한 업적은 따로 있었다. 그것은 바로 통제된 조건 상태인 실험실에서 인공 눈 결정을 성장시킨 것이었다. 이 인공 눈 결정의 연구에서 나카야는 다양한 환경 조건에서 결정 형태를 설명할 수 있었고 이는 눈 결정 형성의 물리학을 이해하는 데 매우 중요한 단서를 제공한다. 그의 연구에서 눈 결정이 성장하는 방식은 구름의 온도와 습도에 크게 의존한다는 것이 알려졌다. 그가 제작한 '눈 결정 형태학 도표(The Snow Crystal Morphology Diagram)'를 자세히 살펴보면 우리가 가장 전형적인 눈 결정이라고 생각하는 육각형 별 모양의 눈 결정(stellar snow crystals)은 -15℃ 주변의 좁은 온도 범위와 높은 습도 조건에서 성장한다는 것을 알 수 있다.
같은 온도 조건에서도 습도가 낮아지면 육각형의 가지가 단순해지다가 결국에는 얇은 육각판 모양이 된다. 즉, 습도가 높을 때 더 정교하고 가지가 달린 결정이 자라고, 바늘과 기둥 모양의 결정은 -6℃ 범위에서 가장 잘 나타나며 단순한 프리즘 모양의 결정은 습도가 낮을 때 자란다. 그러나 눈 결정이 이런 방식으로 성장하는 이유는 아직 완전히 밝혀지지 않았다. 과학은 우주의 비밀을 이해하는 데는 큰 발전을 이루었지만, 이 놀라운 눈 결정 구조에 대한 것은 아직도 수수께끼로 남겨 두고 있다.[3]
눈의 영향
기상
가뭄 방지의 기능을 한다. 눈이 오지 않으면 생활용수 공급과 이듬해 봄의 농업용수 사정이 어려워진다. 즉, 태풍이 가을, 겨울 가뭄을 방지하는 것처럼 눈도 봄과 장마 이전 초여름 가뭄을 방지한다. 실제로 유럽의 알프스나 아프리카의 킬리만자로의 경우 눈이 녹은 물이 굉장히 중요한 농업용수, 식수원이 된다.
이것저것 막아주는 역할도 한다. 습도를 높여서 황사, 미세먼지 그리고 (가축 한정) 인플루엔자 확산도 막아준다. 한국에서 매 겨울마다 구제역과 AI가 문제시되는 이유는 바로 눈이 잘 안 오기 때문이다. 식물을 차가운 바람에게서 보호하는 역할도 한다. 특히 어린 나무들은 겨우내 눈에 파묻히지 않으면 칼바람에 말라죽기 쉬우며, 겨우내 물이 없어 말라죽기도 쉽다. 눈이 쌓이면 쌓일수록 공기가 통하지 않기 때문에 흡음재(吸音材) 역할을 하기도 한다.
교통 지장
도보
내린 눈이 녹아서 차가운 바깥공기와 만나면 다시 얼게 된다. 이것이 빙판이 되는데, 사람들에게 위험한 요소다. 빙판길에서 흔히 얼음을 밟고 미끄러져 넘어지는 사고가 잦다. 특히 노인들은 뼈가 약해지고 재생력이 떨어지는 데다 균형 감각과 반응성도 부족하기 때문에 치명적이다. 골절 사고 중상을 입고 사망하는 사례도 매년 적잖게 발생한다.
이런 참사를 막으려면 눈이 왔을 때 제설작업을 제때에 하며 자기 집 앞을 말끔히 쓸고 길거리에 물을 뿌리지 말아야 한다. 이동 시에는 아이젠을 신는 것도 방법이다. 도시형 아이젠도 따로 있다.
차량
눈이 내리면 보행자뿐만 아니라 차량도 불편을 겪는다. 특히 후륜구동 차량이 취약한데 무게중심이 뒤쪽에 있기 때문이다. 눈이 내려 얼어붙은 길은 단순히 빗물에 젖은 길보다 더욱 미끄럽다. 이는 마찰력이 낮아 쉽게 미끄러지는 것이다. 경사면을 오르내리는 건 굉장히 위험하다. 오르는 건 아예 걸어 다니는것 보다 느릿느릿 해지고 내려오는 건 제동이 거의 불가능하다.
눈길의 제동거리는 평상시의 1.5배, 빙판길은 무려 3배 가까이 길어진다. 표면이 단단하게 얼었다면 열 배, 스무 배도 미끄러진다. 표면이 반짝일 만큼 단단히 얼었다면 ABS가 작동되어도 거의 소용이 없다. 브레이크가 잘 안 먹히기 때문에 접촉사고도 자주 난다. 따라서 대부분 차량은 아예 운행을 하지 않거나 기어가듯 서행하게 된다.
특히 눈이 내린 후 녹았다가 갑작스럽게 기온이 내려갈 경우 일명 블랙 아이스라고 불리는 얇은 빙판이 생기는데 이는 얇은 얼음층 밑의 검은 아스팔트로 인해 얼음층이 눈에 잘 보이지 않는 현상으로, 눈길이나 보통의 빙판길보다도 훨씬 미끄럽기 때문에 운전 시 정말 각별한 주의가 필요하다.
주요 도로가 눈길이 된 경우 도시의 기능이 마비될 수 있기 때문에 제설차가 투입되어 도로를 정비해야 한다. 특히 경사가 심한 내리막길이 얼어붙은 경우는 정말 답이 없다. 내리막 빙판길에서 차바퀴가 잠기면 어떻게 할 도리가 없기 때문에 더 속도가 붙기 전에 가장 피해가 적을 가드 레일, 흙 둔덕 같은 곳에 그냥 차를 박아버리는 것이 나을 정도이다.
일단 눈이 많이 왔을 때 차량을 운행해야겠다면 최소한 겨울용 타이어를 준비해야 한다. 눈이 자주 오는 일부 국가들(캐나다, 러시아 등)에서는 스파이크가 박힌 특수 타이어를 사용하는 경우가 흔하다.
참고로 눈 쌓인 도로 위로는 자동차가 전부 서행하다 보니 보행자들도 안전 감각이 무뎌져 함부로 무단 횡단을 하거나, 아예 도로를 따라 걸어가는 몰상식한 실수를 저지르기도 한다. 이는 굉장히 위험한 행위로, 아무리 천천히 가는 차라 해도 그 속도조차 바로 멈추지 못하고 그대로 미끄러져 보행자를 들이받을 수 있다.
구조물 붕괴
비와 달리 녹기 전에는 흐르지 않고 계속 쌓이고 뭉치기 때문에 그 무게가 장난 아니다. 이런 적설로 인해 비닐하우스 등의 약한 구조물이 무너지는 일은 비일비재하다. 대략적으로 물의 5~10% 정도의 밀도를 가지므로 적설량 1cm라면 강수량으로는 0.5~1mm와 같다.
자외선 반사
눈이 하얗게 쌓인 곳에서 야외에 오래 있을 거라면 자외선 차단제와 선글라스(혹은 고글)는 필수다. 쌓인 눈은 빛을 매우 잘 반사하기 때문에 자외선도 반사되어 자외선 지수가 평소보다 훨씬 높기 때문. 자외선을 가장 잘 반사하는 곳이 물 위, 그다음이 눈 위이다.
맨눈으로 눈밭에서 오래 있으면 일시적으로 시력을 잃는 설맹에 걸릴 수도 있으며 오래 그러면 백내장의 원인이 된다. 그런 환경 중 대표적인 케이스가 바로 스키장이다.[4]
동영상
각주
참고자료
같이 보기
