［삶속의 과학］눈－비 어떻게 내릴까

요즘 눈이 자주 내려 어린이들을 즐겁게 하기도 하고 운전하는 어른들을 긴장시키기도 한다. 대기중의 수증기는 눈이나 우박과 같이 얼음으로 그 모양을 바꾸어 지상으로 떨어지기도 하고 큰 물방울(비)로 뭉쳐서 내리기도 한다. 비나 눈은 어떤 과정으로 내리게 될까. 비나 눈이 내리려면 우선 구름이 있어야 한다. 수증기를 많이 포함한 공기가 상승기류를 타고 위로 솟아 오르면서 팽창하면 공기의 온도는 뚝 떨어지게 된다. 이는 단열팽창이란 원리에 따른 것이다. 이렇게 되면 공기중의 수증기는 먼지 화산재 소금성분 오염물질 등을 중심으로 뭉쳐서 작은 물방울이나 얼음 알갱이가 된다. 이것이 바로 구름이다. 물방울이나 얼음 알갱이의 크기에 따라 빛을 반사하거나 흡수하는 성질이 달라서 흰구름이 되기도 하고 먹구름이 되기도 한다. 적도지방을 제외하고는 구름은 여름에도 대체로 얼음 알갱이로 되어 있다. 두둥실 떠 있는 흰구름을 보고 있으면 포근하고 평온해 보인다. 그러나 그 구름 속에서는 매우 격렬한 활동이 일어나고 있다. 구름 속에서 점점 커진 얼음 알갱이나 물방울은 자신의 무게를 이기지 못해 땅을 향하여 떨어지기 시작한다. 떨어질수록 온도는 높아져서 얼음알갱이들은 녹아서 물방울이 되고 물방울은 증발하여 수증기로 변한다. 이 수증기를 포함한 공기는 상승기류에 의해 위로 솟구치면서 급격히 팽창한다. 수증기는 물방울로 맺히고 온도가 더 낮은 위쪽으로 이동하면서 얼음 알갱이로 변한다. 얼음알갱이는 수증기가 점점 더 많이 달라 붙어 더욱 커지게 된다. 평온해 보이는 구름 속에서는 이러한 과정이 끊임없이 반복되고 있는 것이다. 떨어지던 얼음 알갱이들이 녹아서 된 물방울이 지름 0.2㎜ 이상이 되면 수증기로 다 증발하지 못하고 땅까지 내려오게 된다. 이것이 바로 비다. 떨어지던 얼음 알갱이들이 미처 녹지 않고 땅까지 내려오면 눈이나 우박이 되는 것이다. 큰 빗방울은 작은 빗방울보다 빨리 떨어진다. 작은 빗방울이 중력에 비해 공기와의 마찰력의 비율이 상대적으로 더 크기 때문이다. 그래서 이 빗방울들은 떨어지는 동안에 서로 합쳐져서 커지게 된다. 양 인 상<이화여대교수·물리학>