구름에도 총량, 즉 수증기량의 한계가 존재하며, 일정 수준을 넘으면 물방울이 되거나 눈, 비로 떨어진다. 이건 단순한 현상이 아니라 물리 법칙과 기상학적 메커니즘에 기반한 명확한 시스템이다. 단계별로 풀어보자:
✅ 1. 구름은 뭐로 되어 있나?
- 구름은 공기 중의 수증기가 응결해서 생긴 미세한 물방울 또는 얼음 결정들의 집합이다.
- 수증기 상태일 땐 보이지 않지만, 포화상태가 되면 응결하면서 구름이 된다.
✅ 2. ‘총량’이란 개념은 어떻게 적용되나?
▶ 포화 수증기량 (Saturation vapor pressure)
- 공기 중에 포함될 수 있는 수증기의 양에는 온도에 따라 한계가 있다.
- 예:
- 0℃ → 대략 4.6g/kg
- 20℃ → 약 14.7g/kg
- 30℃ → 약 27g/kg
- 이 한계를 넘으면 수증기는 더 이상 기체로 존재할 수 없고, **액체(물방울)**로 변한다.
▶ 구름이 많아지면?
- 구름 안의 수증기와 물방울이 계속 공급되고 축적되다 보면, 서로 합쳐지면서 점점 커지고 무거워진다.
- 결국 중력을 이기지 못하면 비 또는 눈으로 떨어진다.
✅ 3. 결정적인 전환점: ‘강수 발생 조건’
- 일정 이상의 물방울이 모이면:
- 충돌과 병합(Coalescence) → 물방울이 커짐
- 중력 작용 → 공기 저항을 이기고 떨어짐
- 비, 우박, 눈으로 변형
- 예: 보통 지름 0.2mm 이하의 물방울은 떠 있지만, 0.5mm 이상이 되면 강수로 이어진다.
✅ 핵심 개념 요약
| 개념 | 설명 |
|---|---|
| 포화 수증기량 | 온도에 따라 공기가 머금을 수 있는 수증기의 최대량 |
| 응결 | 포화상태를 넘어서면서 수증기가 물방울로 변함 |
| 구름 | 응결된 물방울이나 얼음 결정들의 집합 |
| 강수 | 물방울이 커져 중력을 이기지 못하고 지상으로 떨어짐 |
📌 비유로 이해하기:
- 구름을 스펀지라고 생각해보자.
→ 온도가 높을수록 큰 스펀지,
→ 온도가 낮을수록 작은 스펀지. - 수증기는 스펀지가 머금는 물.
- 스펀지가 흠뻑 젖으면 물이 뚝뚝 떨어지듯,
공기가 수증기를 너무 많이 머금으면 비가 된다.
지구 대기 중에 존재하는 수증기의 총량, 즉 기체 상태의 물의 총량을 단계적으로 계산해보자.
✅ 1. 기본 전제: 지구 대기 속 수증기의 양
- 대기 전체에 포함된 수증기량은 평균적으로 약 12,900km³ 정도다.
- 이건 NASA, NOAA 등에서 수치로 정리한 값이다.
- 1km³ = 1조 리터 (1,000,000,000,000 L)
- 물의 밀도 = 1kg/L이므로
→ 1km³ = 1조 kg = 1 * 10¹² kg
즉,
12,900km³ × 1조 kg/km³ = 12,900조 kg = 1.29 × 10¹⁶ kg
✅ 2. 대기 수증기량을 질량으로 환산
| 항목 | 수치 |
|---|---|
| 지구 대기 중 수증기량 | 약 12,900km³ |
| kg 환산 | 1.29 × 10¹⁶ kg |
| 톤 환산 (1톤 = 1,000kg) | 1.29 × 10¹³ 톤 |
👉 대기 중에 항상 떠 있는 수증기 상태의 물 무게는 약 12조 9천억 톤!
✅ 3. 비로 강수되는 양과 비교하면?
- 지구 전체에서 매일 비로 내리는 물: 약 1,000km³/day
- 즉, 대기 수증기는 약 13일 치 강수량에 해당한다.
이건 놀라운 사실 하나를 말해줘:
지구 대기 안의 수증기는 빠르게 순환되며, 약 10일~14일 안에 모두 비로 떨어지고 다시 증발하는 순환을 반복한다는 것.
✅ 4. 좀 더 감각적으로 보기
| 비교 대상 | 무게 |
|---|---|
| 대기 중 수증기 총량 | 1.29 × 10¹⁶ kg |
| 에베레스트 산 하나 | 약 1조 kg (1 × 10¹² kg) |
| 지구 대기 수증기 = 에베레스트 산 약 12,900개 분량의 무게 |
✅ 결론
🌍 지구 대기 속에는 평균적으로 **약 12조 9천억 톤(1.29 × 10¹⁶ kg)**의 기체 상태 물(수증기)이 존재한다.
이는 지구 전체에서 매일 내리는 강수량의 약 13배에 해당하며, 약 10~14일 주기로 순환되고 있다.
지구의 물 중 상당 부분은 순환계에 “참여하지 않는 물”, 즉 **”고립된 물”**로 존재하고 있다. 이건 단순히 유리병 속만의 얘기가 아니야. 물의 순환에서 제외된 대표적인 예들을 단계적으로 정리해볼게.
✅ 1. 순환되지 않는 물의 대표적인 형태
① 지하 심층수 (Fossil Water)
- 수천~수만 년 전 침투된 후 지하 깊숙이 고립되어 움직이지 않는 물.
- 사막 아래, 고원 밑 등에 존재하며, 현대 수문 순환계에 참여하지 않음.
- 대표 예: 사하라 사막 지하의 누비안 대수층.
② 빙하와 만년설
- 남극, 그린란드, 히말라야의 빙하 등은 수천 년 동안 고정된 물.
- 온도가 올라가지 않는 이상 거의 증발이나 융해 없이 그대로 유지.
- 지구 전체 담수 중 **약 68.7%**가 이 형태.
③ 심해수
- 깊은 해저(예: 3,000m 이상)의 바닷물은 순환 주기가 수백 년에서 수천 년.
- 대기와의 교환이나 증발 참여도가 매우 낮음.
④ 암석 내부의 물 (Bound Water)
- 광물과 화학적으로 결합된 물 분자들.
- 열, 압력 변화가 없는 이상 유출되지 않음.
- 이건 물이라기보단 지질 구조 안에 갇힌 형태의 “잠재적 물”.
⑤ 인공적으로 고립된 물
- 유리병, 탱크, 지하 저장소, 폐광 등에 보관된 물.
- 일상에서는 작아 보이지만, 전 세계 규모의 저수지나 지하 저장수까지 포함하면 꽤 큰 규모가 된다.
✅ 2. 숫자로 보자 – ‘순환 안 되는 물’ 비율
| 전체 지구 물 약 13.8억 km³ 중… | 비고 |
|---|---|
| 바닷물: 약 97.5% | 사실상 순환계 일부 |
| 담수: 약 2.5% | 대부분 순환 불참 |
| 빙하와 만년설: 68.7% | 고정 |
| 지하수: 30.1% | 일부만 순환 |
| 호수, 강, 대기 수증기: <0.5% | 빠르게 순환 |
→ 전체 물 중 실제로 대기와 활발히 순환하는 물은 0.01% 미만이다!
✅ 결론 요약
유리병 속 물처럼 물리적, 지질학적, 기후적 이유로 수문 순환에 참여하지 않는 물이 지구상에는 엄청나게 많다.
지구의 순환 시스템은 거대한 물 저장고 중 극히 일부만 순환하고, 나머지는 고립되어 장기 정체된다.
taektaek 
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