증발과 증산

기온이 1 °C 오를 때마다 공기가 품을 수 있는 수증기는 약 7% 늘어납니다.

젖은 피부가 차갑게 느껴지는 이유

바람 부는 날 수영장에서 나오면, 여름인데도 몸이 덜덜 떨립니다. NOAA는 증발이 무엇인지 설명할 때 바로 이 예를 듭니다. 액체인 물을 수증기로 바꾸려면 에너지가 필요합니다. 그리고 피부 위에 남은 물은 그 에너지를 우리 몸에서 가져갑니다. 땀이 나는 것도 같은 원리입니다. 몸이 자기 열을 써서 땀을 증발시키고, 그 결과 체온이 내려갑니다.

물의 순환을 움직이는 가장 큰 에너지원은 태양입니다. 햇빛이 바다 표면을 데우면, 일부 물 분자가 충분한 에너지를 얻습니다. 그러면 이 분자들은 이웃 분자에게서 떨어져 나와 공기 중으로 날아갑니다. 바다는 지구 표면의 70% 넘게 덮고 있으므로, 수증기도 대부분 바다에서 나옵니다. USGS는 대기 속 수분의 약 90%가 바다, 호수, 강에서 증발한 것이라고 추정합니다. 그리고 나머지 약 10%는 식물에서 나온다고 봅니다.

따뜻한 공기가 더 많이 품습니다

공기가 품을 수 있는 수증기의 양에는 상한이 있습니다. 그리고 그 상한은 기온에 따라 달라집니다. 기상학에서는 이것을 포화 수증기압으로 나타냅니다. 미국 기상청 공식은 es = 6.11 × 10^(7.5T ÷ (237.3 + T)) 헥토파스칼이고, 여기서 T는 °C로 잰 기온입니다. 이 식에 넣어 보면 15 °C에서는 약 17.1 hPa이 나옵니다. 25 °C에서는 약 31.7 hPa로, 거의 두 배가 됩니다. 기온이 1도 오를 때마다 상한은 약 7%씩 높아집니다. 이 값은 NASA가 대기 전체에 대해 드는 값과 같습니다.

모형에서 기온을 올리면 점이 더 많이 올라가는 까닭이 여기에 있습니다. NOAA가 설명하는 온난화 시대의 날씨 패턴도 같은 원리로 설명됩니다. 따뜻한 공기는 비가 내리기 전까지 물을 더 많이 담아 둡니다. 그래서 비가 오지 않는 마른 기간이 더 길어질 수 있고, 막상 비가 오면 더 세게 쏟아질 수 있습니다. 같은 7% 규칙 덕분에 습한 열대 공기는 거대한 에너지 저장고가 됩니다. 그리고 이것이 태풍과 허리케인을 키우는 힘의 일부입니다.

펌프 역할을 하는 식물

증산은 식물의 잎에서 일어나는 증발입니다. 물은 식물의 뿌리로 들어와 줄기를 타고 올라갑니다. 그리고 잎 뒷면에 있는 기공이라는 아주 작은 구멍으로 빠져나갑니다. NOAA에 따르면 식물을 지나가는 물 가운데 식물이 자라는 데 쓰는 것은 약 1%뿐이고, 나머지 99%는 공기로 나갑니다. 그러니 숲은 흙 속의 물을 하늘로 끌어올리는, 크고 조용한 펌프인 셈입니다. 수문학에서는 흔히 이 두 과정을 하나로 묶어 증발산이라고 부릅니다.

얼음에서 바로 나오는 수증기도 조금 있습니다. 춥고 건조하며 바람이 부는 날에는 눈이 승화할 수 있습니다. 눈이 녹지 않고 곧바로 수증기가 되는 것입니다. 눈 더미가 한 번도 녹지 않았는데도 점점 줄어드는 이유가 이것입니다. USGS는 이렇게 생기는 수증기가 공기 속 수분에서 아주 작은 몫을 차지한다고 봅니다.

발전소는 일부러 증발을 이용합니다. USGS는 냉각탑을 쓰는 방식을 소개합니다. 발전소에서 나온 뜨거운 물을 냉각탑 안에 뿜어서 증발로 식힌 다음 강으로 돌려보내는 것입니다. 뜨거운 물을 그대로 강에 내보내면 강의 생물이 해를 입기 때문입니다. 냉각탑 위로 피어오르는 하얀 기둥은 연기가 아닙니다. 차가운 공기 속에서 수증기가 다시 작은 물방울로 응결한 것입니다. USGS는 또 지구 전체로 보면, 1년 동안 증발하는 물의 양과 강수로 다시 떨어지는 물의 양이 거의 같다고 덧붙입니다.