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[표지로 읽는 과학] 성층권에 수증기 쏟아붓는 거대 뇌우

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[표지로 읽는 과학] 성층권에 수증기 쏟아붓는 거대 뇌우

2021.09.12 06:00
사이언스 제공
사이언스 제공

국제학술지 사이언스는 10일 구름 위로 솟아오른 뇌우의 모습을 표지에 실었다. 뭉게뭉게 솟아오른 구름 속으로 번개가 번쩍이고 있다. 맨 윗부분에 형성된 구름 아래는 푸른 하늘이, 구름의 경계를 따라 위로는 별이 보여 묘한 대조를 이룬다.

 

대류권과 성층권을 잇는 이 구름은 실제로는 성층권에 수증기를 쏟아붓는 역할을 하는 것으로 나타났다. 모건 오닐 미국 스탠퍼드대 지구시스템과학과 교수 연구팀은 극도로 강한 뇌우가 발생하면 성층권과 대기권 사이 압력차가 생겨나며 대기권의 수증기가 성층권으로 넘어가는 이른바 ‘수압 점프’가 발생한다고 10일 사이언스에 소개했다.


강한 뇌우가 발달하면 폭풍은 위로 끊임없이 성장해 나간다. 대류권과 성층권의 경계면에 도달해 더 이상 자랄 수 없게 되면 윗부분이 납작해지며 모루(대장간에서 뜨거운 금속을 올려놓고 두드리는 쇠로 된 대)와 같은 형태를 갖추게 된다. 하지만 특별히 강한 뇌우가 발생하면 ‘모루 위 권운 기둥(AACP)’이 모루 위 수 km까지 만들어진다. 이 구름은 성층권의 강력한 제트기류를 타고 확산하기도 한다. 기상학적으로는 토네이도나 우박처럼 심각한 날씨가 임박했음을 예고한다. 이를 슈퍼셀 폭풍이라고 부른다.  폭풍우 중에는 발생 빈도가 가장 낮지만 한 번 발생하면 위력은 가장 파괴적이다.

 

이런 구름은 성층권 하부에 수증기를 주입하는 데 중요한 역할을 한다는 분석도 제기돼 왔다. 성층권에는 미량의 수증기가 존재하며 강력한 온실가스로 기능한다. 수증기가 성층권에 어떻게 도달하는지는 아직 알려지지 않았다.

 

연구팀은 AACP의 레이더 관측 결과와 시뮬레이션을 통해 AACP에서 어떤 일이 일어나는지 분석했다. 그 결과 구름이 장벽 역할을 하며 내부에 성층권 기류 흐름의 영향을 받지 않는 구역을 만드는 것으로 나타났다. 내부에는 엄청난 수압이 생겨나며 대기권에서 성층권으로 수증기가 넘어갈 수 있는 통로를 만든다. 기상학에서 장애물을 위를 넘어가는 임계초과 흐름, 이른바 '물뜀 현상'이 발생하면서 성층권 깊숙이 초당 7t 이상의 수증기를 빠르게 주입한다. 

 

수증기가 성층권에서 온실가스로 작용하면 지구의 온도를 높이고, 그러면 다시 AACP가 더 많이 생겨날 수 있다. 제시카 스미스 하버드대 지구 및 행성과학부 교수는 사이언스에 “뇌우를 물리학적으로 이해함으로써 대류권과 성층권 사이 이동 문제를 해결하고 영향을 수치화할 수 있게 됐다”며 “이 메커니즘이 변화하는 기후 조건에 어떻게 반응할지도 예측해야 한다”고 말했다.

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