[중학교 3학년/ 과학3] 구름과 강수/ 핵심정리/ 요약

물에 젖은 종이가 마르거나 물걸레로 청소한 바닥이 마르는 것은 물이 수증기로 변하여 대기 중으로 날아가기 때문이다. 대기 중에는 우리 눈에 보이지 않는 수증기가 포함되어 있다. 공기는 수증기를 얼마나 많이 포함할 수 있을까?

 

응결에 의한 자연현상

 

대기 중의 수증기

어떤 공기가 수증기를 최대로 포함하고 있는 상태를 포화 상태라고 한다. 포화 상태의 공기 1kg에 들어 있는 수증기량을 g으로 나타낸 것을 포화 수증기량이라고 한다. 뜨거운 플라스크를 찬물로 식히면 플라스크 내부의 온도가 낮아지면서 공기가 포함할 수 있는 수증기의 양이 줄어들어 포화 상태에 도달하며, 이때 수증기의 일부가 물로 변한다. 이와 같이 대기 중의 수증기가 물방울로 변하는 현상을 응결이라고 하고, 수증기가 응결하기 시작할 때의 온도를 이슬점이라고 한다. 냉장고에서 꺼낸 음료수 캔 표면에 물방울이 맺히는 현상, 식물의 잎에 이슬이 맺히는 현상, 새벽에 지표면 부근에 안개가 생기는 현상 등은 기온이 낮아지면서 대기 중의 수증기가 응결하기 때문에 나타난다.

 

기온에 따라 달라지는 수증기의 양

 

상대습도

비가 오는 날에는 대기 중에 포함된 수증기의 양이 많아 공기가 습하고, 맑은 날에는 대기 중에 포함된 수증기의 양이 적어 공기가 건조하다. 이처럼 공기의 습하고 건조한 정도를 습도라고 하며, 우리가 일반적으로 사용하는 습도는 상대 습도이다. 상대 습도는 현재 기온에서의 포화 수증기량에 대한 현재 공기 중에 포함된 수증기량의 비를 백분율로 나타낸 것이다. 상대 습도는 공기 중의 수증기량과 기온의 영향을 받는다. 맑은 날에는 공기 중의 수증기량이 거의 변하지 않으므로 기온에 따라 포화 수증기량이 달라져 습도가 변한다. 즉, 기온이 높은 낮에는 포화 수증기량이 증가하여 습도가 낮아지고, 기온이 낮은 밤에는 포화 수증기량이 감소하여 습도가 높아진다. 한편, 비가 오는 날에는 공기 중의 수증기량이 많아지므로 습도가 높아진다.

 

구름

우리는 입을 크게 벌려 손등에 입김을 불면 따뜻함을 느끼지만, 입을 작게 오므리고 손등에 입김을 불면 시원함을 느낀다. 손등이 시원해진 것은 입에서 빠져나온 공기가 팽창하면서 온도가 낮아졌기 때문이다. 이처럼 외부와 열을 교환하지 않고 공기가 팽창하여 온도가 내려가는 현상을 단열 팽창이라고 한다. 또한 수증기를 포함한 공기 덩어리가 상승하면 주변의 압력이 낮아져 부피가 팽창하면서 기온이 낮아진다. 공기 덩어리가 더 높이 상승하여 기온이 이슬점에 도달하면 수증기가 응결하여 물방울이 되고, 기온이 0 ℃ 이하로 내려가면 얼음 알갱이가 되기도 한다. 이렇게 만들어진 물방울이나 얼음 알갱이가 하늘에 떠 있는 것을 구름이라고 한다. 구름이 만들어지기 위해서는 지표 근처에 있는 공기가 상승해야 한다.

 

구름이 만들어지기 까지

 

강수

비나 눈은 구름에서 내리지만, 구름이 있다고 해서 반드시 비나 눈이 내리는 것은 아니다. 구름 입자의 크기는 매우 작기 때문에 약 100 만 개 이상의 구름 입자가 모여야 빗방울이 되어 지표로 떨어질 수 있다. 구름에서 비나 눈 등이 만들어져 지표로 떨어지는 현상을 강수라고 한다. 유리판에 분무기로 물을 여러 번 뿌리면 작은 물방울들이 합쳐지면서 물이 아래로 흘러내리는 것을 볼 수 있다. 날씨가 더운 열대 지방에서는 이와 비슷한 과정으로 비가 내린다. 열대 지방의 구름은 높은 온도에서 생성되므로 대부분 물방울로만 이루어져 있다. 이러한 구름에서는 크고 작은 물방울들이 부딪치고 뭉쳐져서 점점 커지면 빗방울이 되어 지표로 떨어진다. 이와 같은 강수 이론을 병합설이라고 한다. 우리나라와 같은 중위도 지방이나 고위도 지방에서는 구름이 생성되는 온도가 낮아 구름에 물방울과 빙정이 함께 존재한다. 이때 구름 속에서 빙정이 커지고 무거워져 떨어지면 눈이 되고, 떨어지는 도중에 따뜻한 대기층을 통과하여 녹으면 비가 된다. 이와 같은 강수 이론을 빙정설이라고 한다.

 

구름 입자가 빗방울이 되기까지