사막화·대형 산불·가뭄과 홍수
본문2022년 3월 경북 울진과 강원 삼척의 산불은 열흘 가까이 타며 서울 면적의 3분의 1이 넘는 숲을 태웠다. 그 봄은 비가 매우 적어 낙엽과 마른 가지가 바싹 말라 있었다. 숲이 조금 더 마르는 것만으로 산불은 왜 그렇게 크게 번질까? 그리고 기후 변화는 왜 어떤 곳은 더 마르게, 어떤 곳은 더 넘치게 만들며, 사람들은 어떻게 맞서고 있을까?
3.2.1마른 연료와 불
나무와 낙엽이 타려면 먼저 그 속의 물을 증발시켜야 한다. 물을 증발시키는 데 많은 열이 들므로, 젖은 연료는 불이 붙기 어렵고 붙어도 천천히 번진다. 연료가 마를수록 앞쪽 연료를 데워 불붙이는 데 필요한 열이 적어져 불이 빨리 번진다. 그리고 불이 빨리 번지면 넓은 면적이 한꺼번에 타면서 더 많은 열을 내어 앞쪽 연료를 더 빨리 말린다.
불이 번지는 빠르기는 연료 수분이 줄수록 지수적으로 커진다. 불이 일정한 빠르기로 번지면 일정 시간 동안 탄 넓이는 번진 거리의 제곱, 곧 빠르기의 제곱에 비례한다. 그래서 빠르기가 2배가 되면 탄 넓이는 4배가 된다.
그림 1에서 연료 수분을 바꾸어 보자. 수분 20%에서는 불이 1분에 약 6 m 번지지만, 10%에서는 약 28 m로 4배 이상 빨라지고, 같은 시간에 탄 넓이는 20배쯤 된다. 기온이 오르고 비가 적어지면 공기가 건조해져 연료가 더 마르고, 산불이 일어나는 계절도 길어진다. 바람까지 강하면 불씨가 날아가 수백 m 앞에서 새 불이 붙는다.1
3.2.2마르는 땅과 넘치는 물
따뜻한 공기는 땅과 식물에서 물을 더 빨리 빼앗아 가뭄을 심하게 하고, 한번 비가 오면 더 많은 수증기를 한꺼번에 쏟아 홍수를 키운다. 건조한 지역에서 가뭄과 지나친 방목, 개간이 겹치면 땅이 생산력을 잃는 사막화가 일어난다. 사람들은 나무를 심어 사막의 확산을 막는 녹색 장벽을 쌓고, 빗물을 모아 두는 저류지와 투수성 포장을 늘리며, 산불 감시와 숲 가꾸기, 홍수 예보 체계를 강화하고 있다.
3.2.3예제 풀이
불이 바람 방향으로 1분에 20 m 번지고, 옆으로는 그 4분의 1 빠르기로 번져 타원 모양으로 탄다고 하자. 2시간 뒤 탄 넓이를 구하여라. 연료가 더 말라 빠르기가 1.5배가 되면 넓이는 몇 배가 되는가? (타원의 넓이 = \(\pi \times\) 긴반지름 \(\times\) 짧은반지름)
2시간 동안 바람 방향으로 \(20 \times 120 = 2400\) m를 번지므로 타원의 긴지름이 2.4 km, 긴반지름이 1.2 km이다. 옆으로는 4분의 1이라 짧은지름이 0.6 km, 짧은반지름이 0.3 km이다. 넓이는 \(\pi \times 1.2 \times 0.3 \approx 1.13\) km², 곧 약 113 ha이다.
빠르기가 1.5배이면 긴반지름과 짧은반지름이 모두 1.5배가 되므로 넓이는 \(1.5^2 = 2.25\)배인 약 254 ha이다. 즉 연료가 조금 더 마르는 것이 탄 넓이를 두 배 넘게 키운다. 그래서 건조한 봄철에는 작은 불씨도 대형 산불로 번질 수 있어 산불 조심 기간을 정해 입산과 불 피우기를 막는다.
아래 탐구 카드에서 숲이 조금 더 마를 때 산불이 커지는 원리와, 마르는 땅과 넘치는 물에 맞서는 인류의 노력을 살펴보자.
- 대형 산불은 스스로 날씨를 만들기도 한다. 뜨거운 공기가 솟아오르며 거대한 연기 구름(화재 적란운)이 생기고, 그 아래에서 돌풍과 번개가 일어 불을 더 넓힌다.
연료가 마를수록 앞쪽 연료를 불붙이는 데 필요한 열이 줄어 불의 확산 속도가 지수적으로 커지고, 탄 넓이는 그 제곱에 비례하여 커진다. 기후 변화는 땅을 더 마르게 하여 가뭄과 사막화, 산불을 키우고, 한편으로 폭우와 홍수도 키운다. 그래서 처음 질문의 숲이 조금 더 마르면, 불이 두 배 빨리 번지고 탄 넓이는 네 배로 커져 대형 산불이 된다.