▲ 출처 = 셔터스톡

최근 환경 학자들은 인간이 구름 형성에 어떻한 영향을 주는지에 따라 기후 변화가 시작된다고 주장했다.

학자들에 따르면 구름 형성은 햇빛 구름이 반사하는 양에 변화를 가져와 강수패턴에 영향을 미치고 궁극적으로는 기후에 영향을 미친다.

이전에 사람들은 인간이 구름 형성에 영향을 미치는 요소가 산불과 같은 특정 사건들밖에 없다고 생각했다.

하지만 여러 연구를 통해 인간이 구름 형성을 지속적으로 변화시키고 있고, 특히 선박이 미치는 영향이 크다는 사실이 밝혀졌다.

워싱턴 대학의 대기 과학자인 조엘 톤튼은 뇌우에 관한 새로운 연구를 진행했다. 그 결과 해로에서 떨어진 곳에 위치한 지역에 비해 배가 가장 많이 지나다니는 인도양 해로상에서 낙뢰가 거의 두 배 가까이 발생한다는 결과를 얻었다.

조엘 톤튼의 연구 결과와 함께 남중국해에서 진행한 같은 연구에서도 동일한 결과가 나타났다.

앨라바마에 위치한 나사의 마샬 우주비행센터 소속으로 이번 연구의 공동 진행자이자 대기 과학자인 카트리나 버츠는 인도양에 이러한 양상으로 낙뢰가 떨어진다는 서실을 처음으로 알아냈다.

전 세계 번개위치 감시 네트워크가 수집한 자료들은 인도양에 떨어지는 낙뢰가 거의 일직선으로 나있다는 것을 보여준다.

번개에 대한 연구에서는 번개가 형성되는 방식을 이해하기 위해 낙뢰가 발생한 구름과 낙뢰가 떨어진 지상의 지역 모두를 각각 개별로 나누는 방법이 이용됐다.

지난 2005년, 폭풍의 강도를 측정하던 연구원들은 남중국과 말라카 해협을 통과하는 해로를 따라 번갯불이 발생하는 현상을 목격하였다.

해당 해로는 10만 척의 배와 약 5조 달러에 달하는 교역물자를 수송한다. 톤튼은 선박들이 번개의 강도를 강화시키는데 직접적으로 관여한다는 사실을 알기가 매우 쉬웠다고 주장했다.

▲ 출처 = 위키미디어 커먼즈

이번 연구에서는 선박이 지나다니지 않는 해역보다 해로가 지나는 해역에서 더 강력한 뇌우가 발생한다는 것이 밝혀졌다.

연구원들은 이러한 차이가 기상변화에 의해서만 발생한다고 볼 수는 없고 선박이 내뿜는 배기가스에 포함된 에어로졸 분자가 구름형성에 변화를 가져온기 때문이라는 결론을 내렸다.

선박 엔진에서 배출되는 배기가스에는 질소 및 황 화합물 뿐만 아니라 그을음 입자도 포함됐다.

이 물질들은 대도시에서 일반적으로 볼 수 있는 스모그 및 연무가 형성되는 원인이다. 구름이 형성되기 위해서는 물 분자가 달라붙어 응축될 수 있는 표면이 필요한데, 에어로졸이 이러한 조건을 갖추고 있어 수증기가 대기 중에서 응축하여 구름을 형성하는 물방울이 될 응결핵으로 작용한다.

해안을 따라 위치한 지역에서는 물 분자를 응축시킬 수 있을 만한 응결핵이 많지 않으므로 빗방울이 크게 성장하게 된다. 선박 배기가스와 같은 에어로졸이 대기에 더해지면 물 분자가 응축할 수 있는 큰 표면이 생기며, 이에 따라 더 많은 구름 물방울이 생성된다.

또한 에어로졸 입자는 구름 물방울의 크기를 더 작게 만드는데, 이는 구름이 높은 고도로 상승할 수 있는 요소로 작용하여 더 많은 얼음 입자가 만들어지고 뇌우의 강도에 영향이 생긴다.

얼음 입자가 많을수록 더 많은 번개가 생성된다. 얼음 입자가 구름 속에서 수적과 부딪힐 때 뇌우 구름은 전하를 띄게 된다. 축적된 전하는 번개라는 현상을 통해 대기 중으로 방전된다.

이는 바다를 지나는 화물선에서 나오는 배기가스가 구름이 형성되는 데 큰 역할을 한다는 것을 의미한다.

톤튼은 이것이 인간 활동이 미립자 연소를 통해 폭풍이 형성되는 과정에 직접적인 변화를 가져오고 있다는 것을 보여주는 가장 명백한 사례 중의 하나라고 볼 수 있다고 말했다.

또한 선박들은 해양에서 더 질이 안좋은 연료를 연소시키는데, 이 때문에 더 많은 에어로졸이 형성되 더 많은 번개가 형성된다고 덧붙였다.

이변 연구는 에어로졸이 구름 형성에 어떤 영향을 미치는지 이해하기 위해 선박이 배출하는 배기가스를 연구하면 된다는 새로운 길을 열었다.

또한 이번 연구는 번개가 육지에서보다 해양에서 더 강력하게 나타나는 이유에 대해 플로리다 공과대학이 수행한 또 다른 연구를 뒷받침한다.

뇌우에 의해 생성된 전하 통로의 지속시간을 계산한 해당 연구에서는 해양 뇌우에서 발생하는 번개가 50킬로암페어(kVA)이상의 피크 전류를 만들어낼 확률이 두 배나 더 높은 것으로 추정됬다.

또한 해안을 따라 사는 사람들이 초전류를 가지고 있는 낙뢰를 맞닥뜨릴 가능성이 더 높다고 예상됬다. 따라서 해안 근처 지역의 경우 낙뢰로 인한 피해가 발생할 위험이 크고 특히 해양에서 발생한 폭풍이 내륙으로 이동해 올 때 그 위험이 커질 수 있다.

이러한 사실은 해상구조물과 선박들이 어떻게 설계되어야 하는지에 대해 도움을 줄 수 있는데, 바로 해양에서 발생하는 폭풍에서 번개가 덜 발생하도록 배출가스의 양을 최소화 하는 것이다.

뉴 사우스 웨일즈 대학의 대기 과학자인 스티브 셔우드는 이번 연구가 에어러솔 배출이 대류성 구름을 강화시키고 구름 내 전하 축적을 증가시킨다는 이론을 뒷받침할 확실한 증거가 될 것이라고 주장했다.

또한 적어도 이번 연구를 통해 대기 오염이 구름에 어떠한 영향을 미치는지에 대해 그 동안 모르고 있었던 부분을 밝혀내는데 도움이 된다고 덧붙였다.

대기오염의 수수께끼를 완전히 풀지는 못하였지만, 배출가스가 구름에 끼치는 일반적인 영향에 대한 과학자들의 이해를 향상시키는데 도움이 된다.