물 부족 문제 해결을 위한 인공강우(Cloud Seeding)

저자: Michael Bengwayan

출처: bit.ly/15ffuBH

▲인공비를 내리기 위한 가장 적합한 구름의 형태는 꽃양배추 모양의 적운형 구름입니다.

세계 인구 70 억의 20%에 해당하는 약 12 억 정도의 인구가 물 부족으로 인한 질병에 걸리고 있습니다.

이들 중 일부는 인류학자에 의해 “물 부족으로 인한 난민”으로 분류됩니다. 이들은 단순히 일상생활이나 관개작업에 필요한 물이 부족한 것이 아니라, 국경을 넘어 물을 찾아 돌아다녀야 하기 때문입니다.

런던에 본사를 둔 국제물관리연구소(IWMI: International Water Management Institution)와 2007 년에 “음식을 위한 물, 생명을 위한 물: 농업에서의 물 관리 평가”를 발표한 어스스캔(Earthscan)이 이러한 평가를 내렸습니다.

세계적으로 유명한 도서인 “강의 죽음(When the Rivers Run Dry)”의 저자 Fred Pearce 는 지속적으로 발생하는, 물 부족 현상의 심각성에 대해 다음과 같이 말했습니다. “세계적인 물 위기는 우리가 인식하지 못하는 사이에, 지역 단위에서 시작하여 전세계적인 단위까지 전염적으로 확산되고 있습니다. 물 위기 현상은 특히 물이 부족한 강, 메마른 시추공, 또는 파괴된 습지 등에서 주로 발생하였습니다.

이러한 상황을 변화시키기 위해 우리가 할 수 있는 일은 거의 없습니다.” 세계적으로 물 부족 문제는 얼마나 심각할까요? 물 부족 현상은 사람들이 마시고, 씻고, 만들기 위해 안전하고 깨끗한 물을 확보하고 공급할 수 없는 상태를 뜻합니다. 국제물관리연구소(IWMI)의 보고에 따르면, 세계의 인구 중 4 분의 1 이 물 부족을 겪는다고 합니다. 물 부족으로 인해 가장 심각한 경제적 문제를 겪는 지역을 심각성에 따라 나열하면 다음과 같습니다. 사하라 사막 이남의 아프리카, 남아시아, 동아시아, 라틴아메리카, 근동, 그리고 북아프리카의 순서입니다.

월드워치 연구소(World Watch Institute)의 Sandra Postel 은 “수자원 경쟁”이 일어날 수 있다고 경고했습니다. 특히 메콩강(Mekong), 요르단강(Jordan), 티그리스강과 유프라테스강(Tigris- Euphrates)에서 전쟁이 일어날 가능성이 높다고 언급했습니다.

유엔식량농업기구(UNFAO: United Nations Food and Agriculture Organization)와 유니세프(UNICEF)에서 제시한 수치에 따라, 국제물관리연구소(IWMI)는 물 부족 국가에서 빈곤선 기준인 하루 1 달러(USD)미만으로 살아가는 인구는 10 억 명이 넘으며, 대부분이 여성과 어린이라고 지적했습니다. 이들은 대부분 더 나은 위생 상태로의 가능성이 희박합니다. 또한 보고에 따르면, 이러한 빈곤의 원인은 명백하게 물 부족과 장기화된 가뭄 현상 때문이라고 합니다.

강우량 부족 & 생물다양성 멸종

국제물관리연구소(IWMI)에 따르면, 굶주림으로 고통 받는 20 억 이상의 인구 중 8 억 명 정도가 농업에 의존하고 있다고 합니다. 그들은 강우에 의존하여 관개를 하고 있습니다. 사하라 사막 이남의 아프리카에서는 농민의 95%가, 라틴 아메리카에서는 농민의 90%가 강우에 의존하고 있습니다. 근동과 동아프리카에서는 농민의 70% 가량, 남아시아에서는 60% 가량이 강우에 의존하는 것으로 밝혀졌습니다. 한편, 동남아시아에서는 의존의 양상이 더욱 복잡합니다.

위의 통계는 사하라 사막 이남의 아프리카에서 주로 경작하는 생산물인 감자∙고구마 괴경류 일부가 급격하게 감소한 것을 나타냅니다. 강우의 예측 불가능성이 가장 큰 불확실성을 야기하는 지역에서 빈곤이 발생하게 됩니다. 국제물관리연구소(IWMI)의 보고에 따르면, 천수 농업(rain-fed agriculture)에 의존하고 있는 많은 농업 인구는 2-3 주의 단기 또는 계절성 장기 건조기와 가뭄 기간에 매우 취약하다고 합니다.

건조기와 가뭄 기간에는 사람들뿐 아니라 다양한 생물들도 고통을 받고 있습니다. 유엔 주도의 천년 생태계 평가에 따르면, 많은 지역에서 물 부족 현상이 빠른 속도로 증가하면서 전세계적으로 생태계가 많이 변형되었습니다. 500 종에서 1000 종에 이르는 척추 동물은 열대와 아열대 지역의 습한 활엽수림 지역, 초지와 관목지, 사막과 건조한 관목지, 열대와 아열대 지역의 초지, 사바나와 열대와 아열대 지역의 침엽수림, 맹그로브 지대 순으로 물 부족으로 인한 악영향을 받고 있습니다.

하늘에서의 마법

▲구름은 구름의 모양과 지면으로부터의 높이로 분류됩니다. 이러한 분류에 따르면 다음의 다섯 가지가 있을 수 있습니다. 1) 권운 2) 고적운 / 고층운 3) 층운 4)난운 5) 적운

강우량의 부재나 부족에 대한 우려는 1970 년대 이래로 계속되어왔습니다. 구름씨 뿌리기는 가장 유명한 기상 조절 방법에 속합니다. 구름을 만들어 비를 내리게 하는 구름씨 뿌리기는 항공기나 지면에서 요오드화은, 드라이 아이스 또는 소금과 같은 물질을 구름을 향해 쏘는 방식으로 진행됩니다.

이렇게도 효과가 좋다는 구름씨 뿌리기는 왜 많은 물 부족 국가에서 시행되지 않고 있을까요? 이 질문에 필리핀 과학기술부(PAGASA: Philippine Atmospheric, Geophysical and Astronomical Services Administration)의 한 과학자는 다음과 같이 답하였습니다. “간단합니다. 구름이 많지 않거나 구름을 형성하기에 좋은 환경이 아니기 때문이지요. 구름씨 뿌리기는 구름 없이 가능하지 않습니다.

필리핀은 태국, 인도네시아와 더불어 지난 20 년 동안 구름씨 뿌리기 활동을 해오고 있으며, 꽤 높은 성공률을 자랑하고 있습니다.

“인공 강우의 요점은 구름 속에 강우를 형성시켜 강우량을 확보하고자 하는 것입니다.” 라고 말하면서, 요오드화은, 염, 또는 드라이 아이스는 구름 없이는 무용하다고 덧붙였습니다. 1960년대 이래로 구름씨 뿌리기 사업을 하고 있는 호주연방과학산업연구기구 해양연구부(CSIRO: Australian Commonwealth Science and Industrial Research Organization)의 과학자들은 구름의 구성, 온도, 그리고 구름의 다양성이 인공 강우 형성의 성공에 직접적인 영향을 끼친다고 밝혔습니다.

어떻게 작용하는가?

세계기상기구 (WMO: A World Meteorological Organization)의 지침서는 구름씨 뿌리기에 적합한 종류의 구름만을 설명하고 있지는 않습니다. 인공 비에 가장 유리한 구름은 꽃양 배추 모양의 적운입니다. 구름은 대기가 불안정할 때 따뜻하고 습한 공기의 상승 기류로 인해 형성됩니다. 보통 대기 표면에서 강렬한 열기, 혹은 국경 전체 걸쳐 움직이는 쐐기 모양의 찬 공기로 대류 구름이 형성됩니다.

일반적으로 적운 중에서 일부 구름은 강우량의 상당한 양을 산출해냅니다. 하지만 이렇게 강우를 생성해내는 구름은 비효율적인 면이 종종 있습니다. 밑에서부터 모든 수분이 합쳐지고, 그 합쳐진 수분 중에서도 아주 작은 양만이 땅에 떨어질 큰 빗방울을 형성하는데 사용되기 때문입니다.

작은 구름 알갱이는 큰 알갱이, 다시 말해서 빗방울을 만들어내기 위해서 이웃하고 있는 알갱이들과 수 차례 충돌하게 됩니다. 이러한 구름씨 뿌리기 작업은 대류구름의 상층부에 위치하고 있는 풍부한 완전 냉각 상태의 알갱이들에 요오드를 주입시키면서 이루어집니다. 요오드화은 결정들은 수분이 넓게 분포하고 있는 부분을 자극하여 빠르게 커질 수 있습니다.

얼음에 작용하는 증기압 기울기가 물에 작용하는 증기압 기울기보다 적기 때문에, 요오드화은 결정처럼 작은 구름 알갱이들을 더욱 쉽게 끌어 모을 수 있게 됩니다. 순간적으로, 얼음 결정은 구름에서 떨어지기에 충분히 무겁도록 더 큰 알갱이가 됩니다. 요오드화은 입자는 구름의 하층부에서 방출됩니다. 밑에서부터 구름의 강한 상승 기류를 타고 올라와 초-냉각 물방울이 풍부한 구름의 중심부에 “씨앗”을 운반하게 됩니다. 요오드화은으로 이루어진 불꽃은 구름의 바닥 아랫부분에서 비행기가 상승 기류를 타고 올라올 때 비행기의 날개에 붙어 타오릅니다.

날개 끝에 있는 발전기는 씨 뿌리기 물질과 아세톤이 섞인 용액이 담고 있는데, 이로 인해 가끔 구름의 아랫부분에서 씨 뿌리기에 사용되는 물질들이 흩어지기도 합니다. 불꽃을 포함하는 선반으로 장착된 항공기를 사용하여 구름의 상단에서 구름씨 뿌리기 물질이 뿌려지기도 합니다. 비행선의 둥근 부분에서 구름씨 뿌리기에 적합한 대류 구름의 윗부분으로 불꽃이 떨어질 때 점화됩니다. 구름의 윗부분 또는 구름의 아랫부분에서 요오드화은으로 구름씨 뿌리기를 하기 위해서는 “씨앗”이 충분히 공급되도록 설계되어야 합니다: 요오드화은 1g은 10조 개의 인공 얼음 결정을 제공할 수 있습니다.

현재 많은 국가들이 인공 강우를 더욱 효과적인 방법으로 생산하기 위한 조사와 연구를 진행하고 있습니다. 그 이유는 인공 강우에 대한 수요가, 특히 농업이나 가정에서의 사용이, 더욱 증가하고 있기 때문입니다. 중국과 같은 몇몇의 다른 국가들은 인공 강우를 생산해내기보다는 멈추게 하자는 정반대의 주장을 펼치기도 했습니다. 특히 이러한 주장은 2008년 베이징 올림픽 기간에 있었습니다.

그러나 기상학자들은 기후 변화에 악영향을 끼친다는 측면에서 인공 강우에 대해 많은 우려를 하고 있습니다. 물 생산량에 관한 정책은 많은 국가의 계획에 영향을 끼칩니다. 한편, 구름씨 뿌리기는 물과 관련한 문제들의 응급조치 또는 만병통치약으로 여겨집니다.

▲(왼쪽에서부터 비행운/적운/적란운/권적운/고층운/난층운/권층운/층적운/안개/권운/고적운/층운) 이 중에서 적운(cumulus)이 가장 구름씨 뿌리기에 적합한 구름 형태입니다.