번개와 천둥이 발생하는 이유

번개와 천둥이 발생하는 이유는 무엇일까요? 맑고 화창한 하늘에서 갑자기 천둥이 울리는 소리에 깜짝 놀란 적이 있을 것이다. 단순히 꽈광 하는 단출한 소리에서 다이너마이트 수만 개가 터지는 듯 하늘이 무너지는 엄청난 굉음까지 천둥은 비가 오기 전 전조현상으로 우리는 알고 있다.

그럼 온 세상을 깨우는 엄청난 천둥, 그리고 어두운 밤하늘을 순간 환한 대낮처럼 하얗게 물들이는 번개는 왜 발생하는지 간단히 설명해 보겠습니다.

 

 

천둥번개발생 이유

번개와 천둥이 발생하는 이유

뇌우(雷雨)란?

천둥번개를 동반한 소낙비나 장맛비를 뇌우(雷雨, thunderstorm)라고 한다. 뇌우는 하늘 높은 곳에 거대한 산처럼 치솟아 있는 적란운(積亂雲)에서 발생한다.

그래서 적란운을 뇌운(雷雲) 또는 쌘비구름이라고 한다. 진한 질감이 느껴지는 커다랗고 울퉁불퉁한 구름이 하늘에 떠 있으면 사람들은 소나기가 올 거라며 종종걸음을 친다. 하지만 소나기와 뇌우는 종류가 다르다.

소나기는 단순히 기습적으로 먹구름이 몰려와 많은 비를 쏟아내는 비(雨)이지만, 뇌우는 천둥과 번개가 동반된 비를 말한다. 그리고 뇌우 역시 소나기처럼 짧은 시간에 기습적으로 기후가 일어나기 때문에 사람들이 종종 둘을 혼동하기도 한다.

 

 

우리나라는 주로 여름철에 뇌우가 자주 쏟아진다. 그리고 때론 산간지방에 우박을 동반하기도 한다.

뇌운-속-번개

번개가 치는 이유

우리가 부르는 번개(벼락, 낙뢰)는 구름과 땅 사이에서 발생하는 방전현상을 말한다. 구름 속(뇌운)에 있던 전기장(양, 음전하)에서 일어나는 방전현상(전하이동으로 발생)으로 일어나는 번쩍임이다.

뇌운 속에서 방전현상이 일어나면 높은 열 에너지와 빛 에너지가 발생하는데, 이를 번개라고 한다. 번개는 평균적으로 1만℃가 넘고, 대략 10억 볼트(V)가 넘는 전기 에너지가 발생하고, 전류는 수만 암페어(A)를 발산한다.

이렇게 발생한 에너지로 100와트(W) 전구 10개를 1시간 동안 가동할 수 있다고 한다(한국전력). 가끔 대기를 파고드는 번개가 지상으로 내리 꽂히는 현상이 일어나곤 하는데, 대부분 피뢰침에 떨어지지만 간혹 나무에 떨어지곤 한다.

 

 

<민간에서 전승되는 번개관련 이야기>
우리나라에선 번개(벼락)에 맞은 대추나무는 귀신을 내쫓는 힘이 있다고 알려졌다^[각주:1] 민간신앙에선 이를 '벽조목(霹棗木)'이라 하면서, 벽조목을 지니고 있으면 악귀를 물리치고 행운이 깃든다고 한다.

하늘의 신령이 불을 따고 지상으로 강림하다가 대추나무에 깃든 것이고 말한다. 그래서 예부터 벽조목으로 만든 도장은 고가로 취급된다.

그리고 번개는 다양한 형태로 생성된다. 구름과 땅 사이, 구름과 주변 공기 그리고 눈보라, 모래폭풍, 화산 폭발 때에도 발생한다. 번개는 전 세계적으로 초당 70-100개, 하루에 대략 800만 회 발생한다.

<국가별 번개 발생 횟수>
①번개가 가장 많이 발생한 지역 베네수엘라 마라카이보 호수 지역, 연평군 233회 발생한다^[각주:2].
②미국 뉴욕 엠파이어스테이트 빌딩 : 연간 20-100회 번개를 맞는다.
③인도에서는 낙뢰로 인해 연간 80여 명의 사상자를 발생한다.
④우리나라 : 연평균 10만 회 이상 발생.번개는 같은 곳을 두 번 떨어지기도 한다.

번개는 주로 대륙에서 발생하는데, 이유는 바다보다 더 빨리 태양에너지(빛과 열)를 흡수해 뇌운을 형성하기 때문이다. 그래서 고위도보다는 저위도에서 주로 발생한다.

<낙뢰 발생 시 유의사항>
낙뢰 주의보가 발생하면 가급적 외출을 삼간다. 만약 외출 시에는 빠르게 집으로 귀가하거나 실내로 피신한다. 그리고 밖에서 피할 상황이 여의치 않을 땐 산 정상에선 바위 밑, 키 큰 나무 아래로 피하면 안 된다. 또한 넓은 공터나 사방이 뚫린 언덕 역시 위험하다.

 

 

참고로 높은 빌 딩위에 설치된 '피뢰침'을 발명한 사람은 벤저민 프랭클린이다. 프랭클린은 번개 치는 날(1752), 철사와 구리 열쇠를 연(鳶)에 달아 번개가 방전현상으로 일어난다는 사실을 역사상 최초로 밝혀냈다. 그리고 이후 프랭클린은 발견한 현상을 토대로 피뢰침을 발명했다^[각주:3].

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천둥이 들리는 이유

천둥(우레)은 번개가 칠 때 대기 중에 전기 방전으로 발생하는 커다란 소리다. 대기(공기)는 전기가 흐르지 않는 절연체(부도체)인데, 뇌운에서 발생한 방전현상으로 번개가 치면, 이때 번개로 인해 발생한 고열로 공기는 순간 30000K로 가열된다.

천둥은 이렇게 순간 가열된 공기가 순식간에 팽창하여 주변 공기와 충돌할 때 발생하는 굉음이다.

천둥은 소위 말하는 '방전로(번개로 인해 방전된 전기가 지나는 길, 2-20km)를 따라 순간 0.5초 이하, 매우 짧은 시간 동안 발생한다.

한데 간혹 밤하늘이 번쩍이고 잠시 후에 꽝 하는 천둥소리를 들어본 적이 있을 것이다. 천둥소리가 번개와 약간의 시간차를 두고 들리는 이유는 소리보다 빛이 더 빠르기 때문이다.

그리고 천둥은 방전로를 따라 수십 킬로미터를 이동하기 때문에 천둥과 번개 사이에 약간의 시간차가 있다(천둥이 들리는 범위는 대략 30km).

①빛 속도(광속) : 299,792,458m/s로써 초당 약 30만 km 이동한다.
②소리 속도(음속) : 343m/s(시속 1,235km).

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만약 번개와 천둥이 들리는 간격이 짧다면 번개가 내 주변지역으로 떨어질 수 있으니 가급적으로 실내 안으로 피신하길 바란다.

 

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1. ☞번개(벼락) 맞은 대추나무는 행운을 가져다 준다고? [본문으로]
2. ☞세계에서 천둥, 번개가 가장 빈번한 '마라카이보 호수' [본문으로]
3. ☞세상에서 가장 위험했던 실험- 피뢰침 [본문으로]