번개는 지구의 전기회로? 천둥번개 이야기

번개의 생성과정은 아직 확실하게 밝혀지진 않았지만, 일반적으로 ‘뇌운대전’ 현상으로 이해하고 있어요. 구름 중앙 부분은 기류가 상승하고 전하가 쌓이는 곳이에요. 온도가 매우 낮기 때문에 물방울과 얼음입자, 작은 우박이 그곳에서 만들어지지요. 물방울과 얼음입자는 상승기류를 따라 위쪽으로 이동하고 이보다 밀도가 높은 우박은 구름 아랫부분에 모이게 되는데, 그 과정에서 일어나는 충돌 때문에 크기가 큰 우박이 얼음입자 표면에 있는 전자를 빼앗아 모아요.

결국 전자를 빼앗긴 얼음입자들이 모여 있는 구름 윗부분은 양전하, 우박이 모여 있는 아랫부분은 음전하로 나뉘게 되지요. 이렇게 양 끝이 반대 전하로 충전된 구름의 가운데에는 전기장이 만들어져요. 그러면 전하를 가진 입자들 때문에 구름 속에 전류가 흐르기 시작하지요. 전류는 서로 다른 전하로 충전된 구름의 양 끝 사이에서 흐르기도 하고, 구름과 지면에 있는 물체 사이에서 흐르기도 해요. 이 전류의 흐름이 바로 번개지요.

번개가 내리치면, 그때 흐르는 전류로 인해 대기 온도는 3만℃까지 상승하고 기압도 급격히 치솟아요. 이 때문에 공기가 팽창해 폭발이 일어나지요. 이 폭발소리가 바로 천둥이에요. 여러분은 번개가 치고 얼마 후에야 천둥 소리가 들리는 것을 경험한 적이 있을 거예요. 소리의 속도가 빛의 속도보다 느리기 때문이에요. 먼 곳에서 일어난 천둥 번개일수록 번개와 천둥의 시간 차이가 더 벌어지지요.

번개는 같은 곳을 두 번은 물론이고 여러 번도 칠 수 있어요. 미국의 엠파이어스테이트 빌딩은 한 해에만 20~100번 정도 번개에 맞아요. 심지어는 단 24분 만에 8번이나 연달아 번개에 맞은 기록도 있답니다! 다른 고층건물들은 일 년에 25번 정도 번개에 맞지요. 다행히 피뢰침 덕분에 빌딩도 사람도 아무런 손상을 입지 않아요

한 번 내리치는 낙뢰 또는 번개 속에는 일반 축전기에 충전되는 전하량보다 1만 배는 더 강력한 전하가 들어있어요. 하지만 전하는 번개에만 있는 것이 아니에요. 우리를 둘러싼 모든 곳에 전하를 가진 자그마한 입자들이 존재하니까요. 지구의 전리층에도 우주복사로 만들어진 양전하가 가득 차있어요. 우주에서 흘러온 하전입자들이 기체 분자 속의 전자를 밀어내면서 대기가 전하를 띠도록 만든 거랍니다.

전리층과는 반대로, 지구의 지표면은 음전하를 띠고 있어요. 단, 전하를 계속 가지고 있진 않아요. 지표면에 다시 전하가 충전되지 않을 경우, 약 30분 만에 가지고 있던 전하가 모두 사라지거든요. 하지만 그럴 일은 없어요. 바로 천둥번개 덕분이지요. 지표면 1제곱킬로미터 당 매해 평균 6번의 번개가 내리치는데, 그때마다 음전하가 가득히 충전된답니다.

지구라는 커다란 ‘슈퍼축전기’도 같은 방식으로 충전돼요. 이 축전기의 한쪽 판은 전리층이고, 다른 한쪽 판은 지표면이에요. 대기층은 양쪽 판 가운데에 있는 유전체이고, 번개는 양 판을 충전시키는 전기회로 역할을 하지요.

아주 강력한 세기의 전자로 이루어진 번개는 스치고 지나간 물체들을 모두 불태워 버려요.  나무가 낙뢰에 맞는 일이 종종 있는데, 그때 나무 밑에서 비를 피하던 동물이나 사람들도 나무와 함께 불에 타 버리고 말아요.

우리 인간이 번개에 맞으면, 모든 근육이 수축되고 심각한 내출혈이 일어날 수 있어요. 번개로 인해 인체가 손상될 경우, 거의 대부분이 건강에 아주 치명적이거나 장애를 남기지요. 천둥 번개로 피해를 입는 사람의 수는 연간 6000명에서 최대 2만 4000명까지 매해 달라요.

번개에 맞으면 대부분은 처참한 비극을 겪게 되지만, 간혹 상처 하나 없거나 작은 흉터 또는 미미한 화상만 입은 채로 살아남은 사람들도 있어요. 번개가 심장, 척추, 뇌와 같은 인체의 주요 기관을 건드리지 않았을 때 가능한 경우지요. 번개는 사람의 몸을 순간적으로 통과하고 지나가요. 번개에 맞은 사람의 몸에는 나뭇가지 모양의 흉터가 생기는데, 피부 아래에 있는 혈관이 파열된 흔적이랍니다.