어떤 온도에서 공기가 포함할 수 있는 수증기의 양은 한정되어 있습니다. 만약, 공기가 포함할 수 있는 수증기의 양을 초과하면(=공기의 수증기압이 포화수증기압을 초과하면), 증발보다 응결이 더 활발해져서 공기속의 물방울이 증가하게 됩니다.
'공기가 포함할 수 있는 수증기의 양을 꽉 채운 상태'을 포화라고 합니다. 포화는 공기 속에 수증기가 꽉 차서 더 이상 들어갈 수 없는 상태를 말합니다. 따라서, 공기가 수증기 포화 상태를 넘어서면 증발보다 응결이 더 활발해지는 것입니다. 수증기의 포화 상태를 넘어서는 일을 과포화라고 합니다.
** 부연 : 포화되면서 응결이 시작된다고 이해해선 안됩니다. 불포화 상태에서도 응결이 일어납니다. 다만 증발율(단위 시간 동안의 증발량)보다 응결율(단위 시간 동안의 응결량)이 작을 뿐입니다. 포화 상태에서는 응결율과 증발율이 같으며, 과포화 상태가 되면 응결율이 증발율을 초과하게 됩니다.
공기가 과포화되어 응결이 우세해지는 데에는 다음의 두 가지 요인이 있습니다.
첫째, 공기 속으로 수증기가 공급된다. 공기 속으로 수증기가 지속적으로 공급되다 보면 공기는 과포화되고 결국 응결이 더 활발해져서 많은 물방울을 만들게 됩니다.
둘째, 공기의 온도가 낮아진다. 공기는 온도가 높을수록 더 많은 양의 수증기를 포함할 수 있습니다. 수증기를 포함할 수 있는 용량이 증가한다는 뜻입니다. 수증기를 포함할 수 있는 용량(포화수증기압)이 1200인 공기가 1000 만큼의 수증기를 포함하고 있다고 해볼까요. 이 공기의 온도가 낮아져 포화수증기압이 1200에서 950으로 낮아진다면 이 공기는 초과되는 50만큼의 수증기를 응결시켜 내보내야 합니다.
이처럼 공기 속의 수증기가 응결하여 물방울을 만드는 두 가지 요인을 알아보았습니다 : "수증기의 공급 및 기온의 하강에 의한 포화". 기온의 하강에 의하여 공기가 포화되는 온도를 이슬점이라고 합니다.
안개의 종류도 이 두 가지 요인에 따라 구분할 수 있습니다.
1. 수증기의 공급이 주요 원인인 안개
1) 증발 안개
찬 공기가 따뜻한 수면으로 이동할 때 생기는 안개입니다. 찬 공기는 포화수증기압이 낮아서 많은 양의 수증기를 포함할 수 없는 상황인데, 따뜻한 수면에서 다량의 수증기가 공급되면 찬 공기는 금새 포화되어 안개를 형성합니다.
2) 전선 안개
온난 전선이든 한랭 전선이든 구름에서 떨어지는 빗방울은 찬 공기를 지나 떨어집니다. 이 때 빗방울에서 증발이 일어난 후 그것이 찬 공기로 공급되면 찬 공기는 쉽게 포화되어 안개를 형성합니다.
2. 기온의 하강(냉각)에 의해 형성된 안개
기온의 하강으로 인해 포화수증기압이 작아져서 실제 수증기압과 같아지면 공기는 포화됩니다. 구름을 형성하는 과정과 같이 직접적인 열 손실 없이 부피의 팽창으로 인한 단열 냉각에 의해 형성되는 활승 안개, 그리고, 열 손실에 의해 형성되는 복사 안개 및 이류 안개가 있습니다.
1) 복사 안개
밤과 낮의 온도 차이가 심한 계절에 지표면이 심하게 냉각되면, 지표면에 인접한 공기는 지표면에 열을 잃어 냉각됩니다. 이것은 열의 출입에 의해 냉각되는 것이므로 단열 과정이 아닙니다. 결과적으로 공기의 온도가 이슬점까지 낮아지면 포화됩니다. 구름과 활승 안개의 경우 상승하면서 단열 변화만으로도 공기의 기온이 변화할 뿐 아니라 이슬점도 변화하지만, 복사 안개와 이류 안개는 기류의 상승과 하강 없이 열 손실에 의해 냉각되며, 그 때문에 이슬점의 변화도 일어나지 않습니다.
2) 이류 안개
따뜻하고 습한 공기가 찬 지면으로 이동하면, 찬 지면에 의해 냉각되면서 과포화되어 안개를 형성합니다. 다음은 경기도 시흥시 하상동의 강창방죽들에 형성된 이류 안개입니다.
이 안개가 형성된 과정에 대한 설명을 보시려면 아래의 두 링크를 클릭하세요.
http://skyobserver.net/zbxe/6854
http://skyobserver.net/zbxe/6857
3) 활승 안개
지구 대기압이 고도가 높아질수록 낮아지기 때문에 상승하는 공기는 팽창하고, 그 결과 냉각됩니다. 만약, 습한 공기가 산의 경사면을 따라 상승해 올라간다면 공기는 냉각되어 포화됨으로써 안개를 형성합니다.
푸른행성의 과학, http://www.skyobserver.net/
