봄마다 산이 바짝 마르는 이유, 과학으로 밝혀보았습니다

봄이 오면 산이 바짝 마릅니다. 등산길에 나서보면 흙먼지가 일고, 바람 한 줄기에 산 전체가 타오를 듯한 느낌이 듭니다. 언론도, 정부도 "기후변화 때문"이라고 말하지만, 정말 그것 때문일까요? 이제는 감각이 아니라, 데이터를 바탕으로 한 과학적 설명이 필요합니다.

그래서 저는 직접 땅을 들여다보기로 했습니다.

실험에 사용된 토양 함수율 센서 장비 토양의 함수율과 온도를 실시간으로 전송하여 클라우드에 저장하는 장비 — **▲실험에 사용된 토양 함수율 센서 장비** 토양의 함수율과 온도를 실시간으로 전송하여 클라우드에 저장하는 장비 한무영

빗물은 어디로 갔을까? 직접 측정해봤습니다

2022년 가을부터 경기도 광주시 야산에 '물모이'라는 빗물 저장 웅덩이를 만들고, 함께 토양 함수율과 온도 데이터를 실시간으로 수집했습니다. 측정 장소는 해발 153.6m 지점이며, 계곡부와 경사면을 따라 총 6개의 센서를 설치했고, 깊이도 10cm, 30cm, 45cm로 나누어 10분 간격으로 클라우드에 기록했습니다. 센서 전송 장치는 나무에 부착했습니다.

나무에 부착된 센서 수집 장치 센서가 연결되어 클라우드에 전송됨 — **▲나무에 부착된 센서 수집 장치** 센서가 연결되어 클라우드에 전송됨 한무영

실측 데이터가 말해준 사실들

1. 비가 와도 땅속으로는 물이 잘 안 들어간다
빗물이 땅속으로 스며들 것 같지만, 대부분은 경사면을 따라 흘러내리며 흙 속으로 충분히 들어가지 못합니다. 경사면의 얕은 층조차 함수율이 낮고, 비가 와도 30cm 아래로는 거의 도달하지 않습니다. 수분이 지하수에 도달하기 전에 표면 부근에서 증발하는 것입니다. 비가 왔을때 경사면에서는 함수율이 잠깐 오르다가 몇 시간 내로 다시 떨어졌습니다. 반면 물모이가 물을 모아둔 계곡 근처에서는 함수율이 높게 유지되었습니다

2. 초봄에 경사면의 토양 함수율이 갑자기 떨어진다
2023년 1월 중순부터 2월 초 사이, 경사면 함수율이 급격히 감소했습니다. 반면 수분이 풍부한 계곡부는 변화가 없었습니다. 이 시기에는 낮에는 영상, 밤에는 영하의 기온을 오가며 토양 속 수분이 얼고 녹기를 반복합니다.

강수에 따른 경사면 토양함수율 변화 그래프 (2022.10-2023.3). 강수와 기온에 따라 땅속의 함수비가 변화하는 것을 볼 수 있다. — **▲강수에 따른 경사면 토양함수율 변화 그래프 (2022.10-2023.3).** 강수와 기온에 따라 땅속의 함수비가 변화하는 것을 볼 수 있다. 한무영

현장에서의 관찰: 얼음기둥 현상

현장에 가보니 흙을 들쳐보았을 때 길이 1~2cm의 얼음기둥이 토양 표면에 가득히 생성되어 있었습니다. 이는 동상(frost heaving)이라 불리는 현상으로, 토양 속 수분이 모세관 현상으로 상부층으로 올라간 후, 영하의 기온을 만나 얼음기둥을 만든 것입니다. 이로 인하여 토양의 함수율을 낮아 지는 것이라고 볼 수 있습니다. 이 얼음은 온도가 높아지면 녹아서 땅속으로 흡수되든지, 대기중으로 증발해버립니다.

봄철 급속 건조의 원인 중 하나인 동상 (frost heaving) 현상 땅속의 수분이 표면에서 얼어붙어 땅을 말리고 있다 — **▲봄철 급속 건조의 원인 중 하나인 동상 (frost heaving) 현상** 땅속의 수분이 표면에서 얼어붙어 땅을 말리고 있다 한무영

냉동실에 오래 둔 떡을 보면 수분이 빠져 성에가 생기고, 떡이 푸석해지는 동결 탈수 현상을 본 적 있을 겁니다. 함수율 센서로 측정하면, 얼음 형성 과정에서 함수율이 줄어드는 것을 확인할 수 있습니다.

봄철 산이 마르는 과학적 메커니즘

봄철 산이 건조한 이유는 실측 데이터로부터 이른봄 함수율 급감을 확인하고, 얼음기둥 형성으로 인한 증발 증가를 관찰하였습니다.

그 외에 봄철 식물 생장으로 수분 흡수가 있습니다. 봄이 되면 식물들은 겨우내 쉬었던 생장 활동을 시작합니다. 특히 수목들은 뿌리로부터 수분을 흡수하여 수관부로 끌어올리고, 이를 통해 잎을 틔우고 광합성을 준비합니다. 고로쇠 수액이 봄철에 올라오는 것이 이를 보여주는 대표적인 사례입니다. 이때 흡수된 수분은 대부분 다시 기공을 통해 수증기로 대기 중에 방출되므로, 토양 내 함수율은 빠르게 줄어듭니다.

이 세 가지 요소가 동시에 작용하며 경사면의 함수율을 극단적으로 낮추고, 산불 발생 위험을 높입니다. 이것은 기후변화만으로 설명되지 않는, 현장 기반의 과학적 메커니즘입니다.

해법은 물을 잠시 붙잡는 것

산 전체를 촉촉하게 유지할 수는 없지만, 사람이 자주 다니는 경사면이나 도로변, 건물 주변 등 위험도가 높은 곳만이라도 함수율을 유지하면 큰 차이를 만들 수 있습니다. 이 부분에서 대부분의 화재가 시작되기 때문에, 근처에 있는 물이 있다면, 초동진화에 커다란 역할을 하게 되어 깊은 산에 불이 번지기 전에 예방할수 있습니다.

물모이에 모인 물 비가 오면 물모이 근처에 물이 모이고 토양을 촉촉하게 해준다. 모인 물은 산불진화대에 소방용 물을 공급하고 산에 사는 생명체들에 물을 공급해준다 — **▲물모이에 모인 물** 비가 오면 물모이 근처에 물이 모이고 토양을 촉촉하게 해준다. 모인 물은 산불진화대에 소방용 물을 공급하고 산에 사는 생명체들에 물을 공급해준다 한무영

그 방법이 바로 '물모이'입니다. 빗물을 잠시 붙잡아 서서히 토양에 스며들게 하고, 지표면 함수율을 유지할 수 있는 자연 기반 해법입니다. 물모이에 고인 물은 산불 진화 시 소방용수로도 쓰이고, 산속 생태계에도 유익합니다.

결론

우리는 해마다 반복되는 산불을 당연하게 받아들이고 있습니다. 그러나 봄철 산의 건조는 인위적인 환경 변화와 자연 현상이 복합적으로 작용한 결과입니다. 이제는 수십억 원짜리 헬기보다 앞서, 한 평의 산에 물 한 줌을 붙잡는 실천이 필요한 때입니다.

산불 예방은 과학의 영역이며, 그 시작은 데이터와 관찰입니다. 이러한 과학적 추론을 보다 정밀하게 검증하고, 최선의 산불 예방 대책을 찾기 위해서는 다양한 조건에서의 현장실험과 기후 챔버와 같은 환경 통제 실험시설을 활용한 지속적인 연구와 실험이 필요합니다. 다양한 온도, 습도 조건에서의 함수율 변화, 식물 생장 반응, 동상 발생 조건 등을 통제된 환경에서 재현하고 분석할 수 있어야 합니다.

동시에, 사회적으로도 물모이를 만드는 시민 실천 운동이 확대되어야 합니다. 빗물을 산에 남기고, 지역 곳곳에 물을 저장하는 일이 산불 예방뿐 아니라 생태 복원, 토양 침식 방지 등에도 도움이 되기 때문입니다.

덧붙이는 글 이 글을 쓴 한무영씨는 서울대 건설환경공학부 명예교수입니다.

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