눈이 내리면 왜 따뜻할까?
매년 겨울 어김없이 내리는 눈을 보고 있노라면, 문득 이런 생각이 든 적 있을 것이다. 왜인지 모르겠지만 유독 창밖에 흰 눈송이가 펑펑 내리면 손에 든 커피가 더 달게 느껴지고, 발걸음도 조금 가벼워지는 신비한 '그 감성'말이다.
온도계는 춥다고 외쳐도 '체감'은 왠지 포근한 순간이 있다. 오늘은 '눈 오는 날의 원인 모를 포근함'에 대해 과학으로 풀어보고자 한다.
눈이 오려면 따뜻한 공기층이 필요해
'시베리아 기단(Siberian air mass)'은 이름에서도 알 수 있듯, 시베리아의 넓은 지역에서 발달하며, 매우 차갑고 건조한 대륙성 공기를 품은 기단이다. 대륙성 고기압으로 나타나기에 시베리아 고기압이라고도 불린다.
이 기단이 확장되면 하늘은 맑아지고 습도가 크게 낮아진다. 그러나 큰 눈이 내릴 때의 조건은 이와 다르다. 눈은 대기 속 수증기가 얼음 결정으로 성장해 지표로 떨어지는 과정이므로, 공기 중에 그만큼 충분한 수증기가 확보되어 있어야 한다.
기온이 영하 10℃ 이하로 내려가면 공기가 머금을 수 있는 수증기량이 매우 적어진다. 그래서 폭설이 발생하려면 기온이 0℃ 안팎에 머물 정도의 비교적 온화한 조건이 먼저 만들어져야 한다. 이 정도의 기온 구간에서 대기 중 수증기 공급이 원활해지고, 구름이 눈 입자를 키울 수 있는 환경이 갖춰지게 된다.
우리나라의 경우, 시베리아 고기압처럼 매우 차갑고 건조한 기단이 자리할 때는 하늘이 대체로 맑아 눈이 거의 내리지 않는다. 반면 서쪽이나 남서쪽에서 접근하는 저기압이 자리 잡으면 따뜻하고 습한 기류가 유입되면서 눈이 생기는 구조가 형성된다.
따라서 폭설이 내리는 날은 극한의 추위보다는 상대적으로 포근한 기온이 동반되는 경우가 많다.
주변 공기를 데우는 눈 결정
눈이 만들어지는 순간에는 주변 공기가 미세하게 따뜻해지는 현상이 발생하는데, 핵심 요인은 바로 '잠열(Latent heat)'이다.
잠열은 물질이 상태를 바꿀 때 온도 변화 없이 방출되거나 흡수되는 에너지를 의미한다. 눈이 생길 때는 수증기가 즉시 얼음으로 변하는 승화(Deposition)가 중심이 되는데, 이 과정에서 상당한 양의 잠열이 방출된다. 이 방출된 에너지가 주변 공기를 직접 가열해 폭설 시 대기 하층 온도를 1~2℃가량 높이는 것으로 알려져 있다.
그러므로, 눈송이가 클수록 더 많은 수증기가 동원된 셈이다. 그만큼 큰 눈송이는 더 많은 잠열을 대기에 내놓고, 이러한 국지적 난류가 실제 기온 상승효과를 강화한다.
구름층의 열 보존 효과
맑은 겨울밤이 극도로 더 춥게 느껴지는 이유는 '복사 냉각(Radiative cooling)' 때문이다. 복사 냉각이란 물체가 열복사를 통해 내부 에너지를 외부로 잃어버리는 과정으로, 지표면 역시 밤이 되면 적외선 형태의 열에너지를 대기 밖, 즉 우주 방향으로 꾸준히 방출하며 빠르게 식는다.
그러나 눈을 동반한 두꺼운 구름층은 이 열에너지를 그대로 흘려보내지 않는다. 구름층은 지표면에서 올라가는 적외선 복사를 흡수하고 다시 아래로 재방출한다. 이 구조는 마치 지표면 위에 얇은 이불을 덮어놓은 것처럼 열 손실을 제어하는 역할을 한다.
그래서 눈이 오는 밤에는 기온 하강 속도가 눈에 띄게 느려지고, 맑은 밤보다 더욱더 포근하게 느껴지는 현상이 나타난다.
풍속과 바람 장벽 효과
추위를 크게 좌우하는 요소는 아무래도 기온보다는 '바람'이다. 바람은 우리 피부 주변에 형성되는 얇은 따뜻한 공기층을 흩뜨리며 체감온도를 낮춘다.
눈이 오는 날에는 풍속이 약해지는 경향이 있곤 하다.
• 눈구름대가 바람장을 안정적으로 만드는 영향
• 떨어지는 눈 입자가 공기 흐름을 물리적으로 방해하는 효과
위와 같은 작용들로 인해 지표 근처 풍속이 감소해 체온 손실이 줄어든다. NOAA(미국 해양대기청)의 풍냉 지수 자료에 따르면 풍속이 10km/h 줄어들 때 체감 온도는 2~4℃ 정도 높아지는 효과가 계산된다.
높은 습도는 열 손실을 줄여줘
눈이 내리는 환경은 대체로 높은 습도를 동반하며, 이 습도가 우리의 열 손실을 억제한다.
눈이 내린다는 것은 공기 중 수증기가 포화 상태에 가깝다는 뜻이며, 동시에 상대 습도가 매우 높다는 의미이기도 하다. 우리의 체온 조절 시스템은 피부 표면의 수분(땀 등)을 증발시켜 열을 발산하는데, 이 과정이 바로 '증발 냉각(Evaporative cooling)'이다.
습도가 높으면 공기 중 수증기 밀도가 높아져 우리 피부 표면의 수분이 증발하는 속도가 현저히 느려진다. 증발을 통한 열 손실이 줄어들면서, 우리의 몸은 실제 기온과 무관하게 덜 춥다고 인지하게 된다.
여름철 높은 습도가 불쾌감을 주지만, 추운 계절에는 오히려 자연적인 단열 효과를 제공하는 역설적인 현상이다.
쌓인 눈의 단열 효과
적설층(쌓인 눈)은 그야말로, 매우 효과적인 '천연 단열재'다. 눈 결정 사이에는 90% 이상의 공기가 갇혀 있어 열전도율이 극히 낮다. 열전도율은 열이 물질을 통과하는 능력을 뜻하며, 공기는 단열 성능이 뛰어난 매질에 속한다.
적설이 두껍게 형성되면 지면의 열이 빠져나가는 속도가 매우 느려지고, 토양 온도 또한 높게 유지된다. 이 덕분에 식물의 뿌리를 보호하는 작용이 일어나며, 지표면 바로 위 공기도 급격히 차가워지지 않는다.
적설 지역에서 체감 온도가 덜 낮게 느껴지는 이유가 여기에서 비롯된다.
눈이 주는 시각·심리적 따뜻함
위의 과학적인 물리 현상들 외에도, 눈이 만들어내는 특별한 환경은 우리의 심리에도 긍정적인 영향을 준다.
눈은 주변 빛을 강하게 반사해 환경을 더욱더 밝게 만든다. 밝은 시야는 뇌가 느끼는 추위를 낮추고, 공간을 보다 아늑하게 인지하도록 돕는다. 또한 쌓인 눈은 뛰어난 음향 흡수 효과를 보여 소음을 줄인다.
영국 서식스 대학 연구에서는 신선한 적설이 주변 소리를 최대 60%까지 흡수할 수 있다는 결과가 제시됐다. 이러한 환경은 심리적 안정감을 유도하며, 감각적으로 '포근하다'는 느낌을 강하게 자아낸다.
많은 심리학 연구사례에서도 눈이 어린 시절 기억이나 긍정적 정서를 자극해 정서적 온기를 느끼게 한다는 해석이 등장하는데, 실제 기온과 무관하게 따뜻하게 느껴지는 체감적 효과에 영향을 준다는 것.
마치며,
눈 오는 날이 유난히 포근하게 느껴지는 현상은 그저 한 가지 원인이 아니라, 기상학적(잠열, 복사), 물리적(풍속, 단열), 생리적(습도), 심리적(감각) 요인이 복합적으로 작용한 결과다.
자연은 어느 하나 단순한 것이 없다. 이 특별한 과학적 메커니즘은 깊은 겨울밤만큼이나 우리를 더욱더 깊이 탐구하게 만든다.
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