구름은 솜사탕처럼 가벼울까?

선생님이 들려주는 과학 이야기

오래 전 일이다. 동네 꼬마가 솜사탕처럼 생긴 구름을 보며 말했다. "저 구름이 다 솜사탕이었으면 좋겠다."

 그 말을 들으며 웃음이 나왔다. 우리는 종종 하늘을 올려다보고 구름이 생긴 모양에 따라 토끼 같다느니, 호랑이 같다느니 말들을 한다.

사실 구름은 솜사탕처럼 가볍지 않다. 보이는 모습은 부드럽고 가볍고 바람에 빠르게 밀려오거나 밀려가니까 가벼운 솜사탕같이 보일 뿐이다. 하지만 구름은 어마어마한 무게의 물이 들어있다. 뭉게구름 하나에는 평균적으로 50만kg 정도의 물이 들어있다.

 미국 국립기상연구소의 페기 레이몬은 어린 시절부터 구름이 얼마나 가벼운지가 궁금했다. 연구원이 된 그녀는 적운(수직으로 발달하는 구름, 뭉게구름)의 그림자 크기를 측정하고 입방체 모양을 가정해 구름의 높이를 추정했다.

구름은 보통 정육면체 모양이 아니라서 높이 계산에 어려움이 있지만 적운은 너비만큼이나 높이가 생긴다. 이런 가정을 통해 부피를 계산해야 하는 과정을 간소화했다. 이전에 연구된 내용, 물방울의 밀도는 1/2 g/㎥로 추정된 내용을 반영해 계산했다. 그리고 연구에 사용된 적운 구름이 약 550톤의 물에 해당한다는 것을 알아냈다.

  550톤의 무게는 코끼리 100마리에 해당한다. 어마어마한 양의 물이 머리 위에 떠 있는 것과 같다. 물론 구름의 종류에 따라 권운(새털구름)은 적운보다 훨씬 더 가볍고, 적란운(폭풍칠 때 보이는 어두운색 구름)은 훨씬 더 무겁다.

 구름이 무겁다면, 왜 떨어지지 않을까? 두 가지 이유가 있다. 
 첫째는 물방울이 너무 작기 때문이다. 구름을 이루는 물방울의 평균 크기는 일반적인 빗방울보다 100만배 작다. 이 크기는 태양과 지구를 비교하는 것만큼 어마어마한 차이다. 빗방울이 축구공 크기라고 했을 때 구름을 이루는 물방울은 좁쌀보다도 작다. 이렇게 작은 방울들이 바람의 흐름에 따라 여기저기 흘러다니며 공기 중에 오래 머물게 되는 것이다.

 두번째는 열의 대류 때문이다. 애리조나 대학의 아르민 소루시안이 과학저널(Live Science)에 발표한 자료에 따르면 구름은 실제로 바로 아래에 있는 공기보다도 밀도가 낮다. 즉 따뜻한 공기가 상승하면 마치 라떼 위에 거품이 쌓인 것처럼 형성돼 바로 아래에 있는 차가운 공기보다 더 큰 부력이 생기는 것이다.

 그러면 계속 공중에 떠 있어야지, 왜 빗방울로 떨어지냐고?
 구름방울들이 점점 식고 서로 응축되면서 성장하면 결국 너무 무거워진다. 550톤이 한꺼번에 떨어질까? 아니다. 그 작은 물방울이 각자 무게를 분산해서 떨어지게 된다. 어마어마한 무게의 뭔가가 공중에 떠다니고 있다고 생각하면 섬찟하지만, 실제로 눈에 보이지 않을 만큼 작게 쪼개진 물방울들이 분산해서 떠 있는 것이라 걱정할 일은 아니다.

단지, 우리가 사는 세상은 겉으로 보이는 것과 실제가 다를 수 있다. 솜사탕처럼 가벼운 줄 알았던 구름처럼. 과학은 우리가 직관적으로 보는 것과 다르게 세상을 설명한다. 그 차이를 알아채고 이해하는 순간, 우리는 어떤 정보를 얻는 것을 넘어서, 세상을 보는 새로운 시각을 얻게 될지도 모른다.