고대 농경사회에서 날씨, 특히 비(雨)는 주요한 관심사였다. 비가 언제 오고 비의 양은 얼마나 되는지? 비가 오기 전에 어떤 징후가 나타나는지? 등 농업이 중심인 사회에서 비는 생존과 직결된 문제였다.

저수지 바닥이 가뭄으로 갈라진 모습. 비는 생존에 관한 문제다. <출처: 기상청 기상사진전 수상작>

비(rain)는 기상현상의 일종으로 하늘에서 수증기가 응결되어 액체상태의 물방울로 떨어지는 것 또는 그 물방울을 말한다. 구름은 아주 미세한 물방울인 구름입자로 이루어져 있다. 보통 구름입자는 부력이 중력보다 크기 때문에 하늘에 떠있게 되는데, 구름입자 100만 개 이상이 합쳐져 지름이 2mm 정도의 크기가 되면 중력이 부력보다 커져 땅으로 떨어지게 된다.

폭우라도 빗방울의 크기는 약 지름 5mm 이하이다. 큰 빗방울은 공기저항으로 쪼개지기 때문이다. <출처: 기상청 기상사진전 수상작>

비는 난층운이나 적란운에서 잘 발생된다. 지리산을 배경으로 적란운이 보인다. <출처: 기상청 기상사진전 수상작>

빗방울의 크기가 0.5mm 이상일 경우 비라고 말하며 0.5.mm 이하일 경우에는 이슬비(drizzle)라고 한다. 대부분의 비는 난층운이나 적란운에서 발생하며, 이슬비는 층운이나 층적운에서 생긴다. 온대지방의 경우 보통 빗방울의 크기는 1~3mm이며, 5mm 이상의 빗방울은 표면장력보다 마찰항력이 커져 여러 개의 작은 물방울로 쪼개진다.

빗방울의 형태:(A) 빗방울은 눈물 형태가 아니다.(B) 크기가 2mm 이하인 빗방울은 거의 구형이다.(C) 크기가 2mm 이상인 빗방울은 공기 저항에 의해 아래쪽이 평평해진다. (D) 빗방울의 크기가 좀 더 커지면 공기 저항이 더 커지므로, 빗방울이 불안정해진다. (E) 크기가 5mm 이상인 빗방울은 공기의 저항력에 의해 작은 빗방울로 나누어진다.

비에 대한 이러한 관심은 마침내 날씨를 조절하고자하는 욕망으로까지 발전하였다. 중세기 영국에서는 마을에 있는 모든 교회의 종을 동시에 울려서, 대기를 흔들어 비가 내리게 하도록 시도하기도 했다. 19세기 후반에 이르러서는 공기를 충분히 냉각시키기 위해 액화탄산가스(L-CO₂)를 공중에 살포하거나, 로켓을 이용해 폭발물을 구름 높이까지 쏴 올려서 인공적으로 비를 내리는 것(인공강우)을 시도하기도 했다.

과학적으로 살펴보면, 인공강우(人工降雨)는 응결핵 또는 빙정핵이 적어 구름방울이 빗방울로 성장하지 못하는 구름에 ‘응결핵’ 즉 ‘비 씨앗’을 뿌려 구름입자가 인공적으로 뭉치도록 하는 것이다. 구름 입자 속에 빗방울을 만드는 응결핵이 적어 구름 속 수분이 빗방울로 자라지 못할 때, 인공비 씨앗을 던져주면 수분이 폭발적으로 달라붙어 빗방울이 되어 지상으로 떨어진다.일반적으로 온도가 0도 이하인 한랭구름에는 빙정핵으로 아이오딘화은(요오드화은, AgI)이, 그리고 냉각물질로 드라이아이스가 활용된다.

인공강우는 지상 장치, 항공기, 로켓(그림에는 안 나옴) 등을 통해 실시할 수 있다.

인공강우 실험이 성공한 것은 1946년에 이르러서이다. 미국 GE(General Electric)사의 쉐퍼(Schaefer)는 연구실에서 냉각상자에 드라이아이스 조각을 떨어뜨렸을 때 작은 얼음결정이 형성되는 것을 목격하고, 항공기를 이용하여 과냉각수적(영하로 내려간 상태에서 얼지 않고 있는 물방울)이 포함된 양떼구름에 드라이아이스를 살포하여 인공적으로 비를 내리는데 최초로 성공했다. 1947년 보네거트(BenardVonnegut)는 아이오딘화은이 얼음결정과 비슷한 결정구조를 가지고 있는 것에 착안하여 인공강우 실험을 수행하였다. 그는 아이오딘화은을 태워서 발생하는 연기를 과냉각수적에 넣어주면 그 증기는 냉각되어 빙정핵의 역할을 하여 비를 내리게 할 것이라고 생각하였다. 마침내 그는 아이오딘화은 연소기를 개발하여 인공강우 항공실험에 성공하였다.

인공강우는 일반적으로 비가 잘 오지 않는 양떼구름에서도 비가 내리게 할 수 있다. <출처: 기상청 기상사진전>

우리나라의 인공강우 실험은 1963년 동국대학교 양인기 교수팀이 지상연소 실험과 드라이아이스를 이용한 항공실험을 시도한 것이 최초이나, 그 후 추가적인 후속 연구는 진행되지 않았다. 그러다가 최근 엘니뇨나 지구온난화에 의한 기후변화에 의해 이상가뭄현상이 지속되면서 우리나라에서도 겨울철 가뭄해소를 위해 인공강우 기술개발을 추진하게 되었다. 즉, 1995년부터 기상청 국립기상연구소를 중심으로 체계적으로 구름 물리를 이해하고 수자원 증가기술 확보를 위해 인공강우 실험을 실시하고 있다. 특히 2008년 이후로는 국내에서는 최초로 민간항공기를 이용하여 강원도 대관령을 넘는 구름을 대상으로 인공강우 실험을 수행하였다.

인공강우를 위해 아이오딘화은 발생장치를 단 경비행기.
<출처: (cc) Christian Jansky (Tschaensky at Wikimedia.org)>

현재 기술수준으로 보면 인공강우는 수증기를 포함한 적절한 구름이 있어야 가능하며 구름 한 점 없는 곳에서 비를 내리게 하는 방법은 불가능하다. 따라서 드라이아이스나 아이오딘화은을 활용하여 비를 내리게 하는 방법은 인공강우가 아닌 인공증우의 한 방법으로 여겨야 할 것이다. 아직까지는 실험단계에 지나지 않기 때문에 많은 비를 기대하는 것은 무리지만, 실험에 성공할 경우 대략 10~30% 강수량을 증가시킬 수 있을 것으로 추정된다. 최근 미국 항공우주국에서 대기의 입자들을 전기장으로 교란시켜 수증기를 끌어 모으는 방법으로 구름이 없는 곳에서의 인공강우를 연구하고 있다고 한다.

인공강우의 알려지지 않은 부작용에 대한 우려의 목소리도 많다. 인공강우를 위해 공기 중에 뿌리는 아이오딘화은 및 드라이아이스 등의 응결제가 환경에 미치는 영향에 대해서는 연구된 바 없으며 또한 인위적인 날씨조작이 불러올 또 다른 영향에 대해서도 거의 알려져 있지 않다. 일부 과학자들은 중국이 동북방향으로 이동하는 구름을 이용해 인공강우를 시도할 경우, 한반도에는 구름이 사라져 사막화 현상이 일어날 수 있다고 경고하고 있다. 따라서 인공강우에 대한 연구는 무분별한 시행보다는 인접 국가 및 전 지구적으로 미칠 수 있는영향 등에 대한 연구와 병행되어 추진되어야 할 것이다.