일반적인 구름에는 수백 톤의 물이 들어 있다

맑은 날의 적운은 부피가 약 1 km³라면 액체 상태의 물을 약 500미터톤 품을 수 있습니다. 이 추정치는 공기 1세제곱미터당 액체 상태의 물이 약 0.5 g 있다고 보고, 이를 구름 전체에 곱해 구한 값입니다. 미국 지질조사국의 구름 무게 추정 (새 탭에서 열림)에도 이와 같은 계산법이 사용됩니다.

이 정도면 곧 쏟아질 물이 한가득 들어 있는 것처럼 들립니다. 하지만 이 추정에서 세는 것은 아주 작은 물방울로 흩어져 있는 액체 상태의 물이지, 웅덩이나 단단한 덩어리가 아닙니다. 구름 부피의 나머지는 공기이며, 그 공기 덕분에 물방울이 떠 있을 수 있습니다.

먼저 구름의 부피를 정해 보자

구름은 윗부분이 울퉁불퉁하고 밑면은 더 평평하며, 가장자리는 맑은 하늘에 서서히 섞여 사라집니다. 계산하기 쉬운 추정을 위해 맑은 날의 적운이 가로 1 km, 깊이 1 km, 높이 1 km라고 생각해 봅시다. 이를 정육면체로 보면 부피는 약 1 km³, 즉 10억 m³입니다. 미국 기상청의 구름 안내서 (새 탭에서 열림)에서는 습한 공기가 상승하면서 구름이 어떻게 만들어지는지 설명합니다.

이 모델은 구름 내부의 차이를 단순화합니다. 어떤 부분에는 물방울이 더 많이 들어 있고, 희미한 가장자리는 주변 공기와 섞여 보입니다. 부피 전체에 평균적인 수분량을 적용하면 계산을 간단하게 할 수 있습니다. 그렇다고 구름의 모든 부분이 똑같이 생겼거나 같은 양의 물을 품고 있다고 주장하는 것은 아닙니다.

주변의 눈에 띄는 대상을 떠올리면 1 km가 어느 정도인지 쉽게 가늠할 수 있습니다. 부르즈 할리파의 높이는 828 m (2,720 ft)입니다. 이 탑을 구름의 추정 너비 옆에 세운다면, 한쪽 끝에서 반대쪽 끝까지 닿지는 못합니다. 구름의 수평 폭은 머리 위에 넓게 펼쳐진 영역이지, 땅 위에 솟은 탑이 아닙니다.

자연의 지형지물도 규모를 가늠하는 데 도움이 됩니다. 빅 대디 듄은 325 m (1,070 ft) 높이로, 높이가 116 m (380 ft)인 레드우드 나무 하이페리온보다 약 2.8배 높습니다. 서로 다른 실루엣을 비교하면 구름의 1 km 너비와 지면에서 잰 높이의 차이를 더 쉽게 실감할 수 있습니다.

부피에 들어 있는 물의 양을 곱하기

이 모델에서는 1세제곱미터마다 액체 상태의 물이 약 0.5 g (새 탭에서 열림) 들어 있다고 봅니다. 이 양에 구름의 부피인 10억 m³를 곱하면 0.5 g/m³ × 1,000,000,000 m³ = 500,000,000 g입니다. 이는 500,000 kg, 즉 액체 상태의 물 약 500미터톤입니다.

계산 과정을 다른 방식으로 생각해 볼 수도 있습니다. 한 변의 길이가 각각 1 m인 정육면체들로 구름을 나눈다고 상상해 보세요. 정육면체 하나에는 물이 겨우 0.5 g 들어 있지만, 모델 속 구름에는 이런 세제곱미터가 10억 개 있습니다. 아주 적은 양도 엄청난 부피에 걸쳐 반복되면 총량은 커집니다.

이는 추정 요령에서 쓰는 기본적인 방법과 같습니다. 부피를 정하고, 그 부피의 각 단위에 얼마나 들어 있는지 추정한 뒤 곱하면 됩니다. 결과는 액체 상태의 물만 추정한 값입니다. 같은 공간을 채우고 있는 공기는 포함하지 않습니다.

구름에는 엄청난 양의 공기도 들어 있다

해수면 부근에서 공기 1세제곱미터의 질량은 약 1.2 kg (새 탭에서 열림)입니다. 따라서 모델 속 10억 m³에는 공기가 약 12억 kg, 즉 120만 미터톤 들어 있습니다. 이는 추정한 액체 상태의 물 질량의 약 2,400배입니다.

물방울은 그 공기 속에 섞여 있을 뿐, 공기를 밀어내고 자리를 차지하는 것이 아닙니다. 미국 지질조사국의 설명처럼 습한 공기는 주변의 건조한 공기보다 밀도가 낮을 수도 있습니다. 수증기는 자신이 밀어내는 질소와 산소 분자보다 가벼우며, 온도 차이도 공기가 상승할지 가라앉을지에 영향을 줍니다.

그러므로 구름은 보이지 않는 껍질에 의해 떠 있는 것이 아닙니다. 구름은 움직이는 공기를 따라 물방울이 운반되는 대기 영역입니다. 물의 총질량은 클 수 있지만, 구름의 각 부분은 훨씬 큰 공기 부피 속에 퍼진 옅은 안개 상태로 남아 있습니다.

수백 톤의 물이 한꺼번에 떨어지지 않는 이유

일반적인 구름 물방울의 지름은 약 20 micrometres (새 탭에서 열림)입니다. 사람의 머리카락은 폭이 약 70 µm이므로, 물방울 하나는 익숙한 머리카락보다 훨씬 작습니다. 중력은 물방울을 아래로 끌어당기지만, 크기가 아주 작아 공기 저항이 낙하 속도를 늦춥니다. 상승 기류와 난류는 물방울이 공기와 함께 움직이도록 할 수 있습니다.

습한 공기가 상승해 냉각되면 물이 응결해 물방울이 만들어지고 구름이 형성됩니다. 공기가 움직이거나 건조해지는 곳에서는 물방울이 증발하고, 눈에 보이던 구름 가장자리가 희미해집니다. 적운의 밝고 뚜렷한 꼭대기와 울퉁불퉁한 가장자리는 고정된 윤곽이 아니라 공기와 수분이 변하고 있다는 신호입니다.

물방울이나 얼음 입자가 충분히 커지면 비나 다른 형태의 강수로 떨어질 수 있습니다. 이 과정은 비행선과 풍선이 껍질 안의 부력에 의지해 뜨는 것과는 다릅니다. 구름에는 껍질이 없으며, 구름 속 물방울은 주변 공기와 함께 움직입니다.

땅에서 적운을 올려다보세요. 흰 꼭대기는 푸른 하늘을 배경으로 도드라지고, 울퉁불퉁한 가장자리는 점차 옅어지다가 시야에서 사라집니다.