토네이도 원리, 하늘에서 거대한 깔때기가 내려온다고?

토네이도는 어떻게 만들어질까요?

혹시 영화 '트위스터'를 보신 적 있으세요? 집채만 한 소도 날려버리는 거대한 토네이도의 위력, 정말 입이 떡 벌어지죠. 뉴스에서 가끔 보이는 이 무시무시한 회오리바람은 대체 어떤 원리로 만들어지는 걸까요? 그냥 바람이 세게 부는 것과는 차원이 다른 현상 같은데 말이에요. 오늘은 마치 마법처럼 하늘과 땅을 잇는 이 거대한 깔때기, 토네이도의 탄생 비밀을 아주 쉽고 재미있게 파헤쳐 볼게요!

토네이도 탄생의 첫 번째 재료, 슈퍼셀 뇌우

모든 요리에 재료가 필요하듯, 토네이도가 만들어지기 위해서도 특별한 재료가 필요해요. 그 주인공은 바로 '슈퍼셀(Supercell)'이라는 아주 강력한 뇌우(천둥 번개를 동반한 비구름)랍니다. 슈퍼셀은 대기가 아주 불안정할 때 만들어지는데요, 마치 냄비에 물을 끓일 때처럼 아래쪽에는 따뜻하고 습한 공기가, 위쪽에는 차갑고 건조한 공기가 있을 때 생기기 쉬워요.

뜨거운 공기는 위로 올라가려는 성질이 있잖아요? 슈퍼셀 속에서는 이 상승하는 공기의 흐름, 즉 상승기류가 어마어마하게 강력하답니다. 이 강력한 상승기류가 바로 토네이도를 만드는 엔진 역할을 하는 셈이죠. 하지만 이것만으로는 부족해요. 결정적으로 '회전'이 필요하거든요.

보이지 않는 회전의 시작, 윈드 시어의 마법

자, 이제 토네이도의 핵심인 '회전'이 어떻게 시작되는지 알아볼까요? 비밀은 바로 '윈드 시어(Wind Shear)'에 있어요. 조금 어려운 말 같지만, 아주 간단해요. 윈드 시어는 높이에 따라 바람의 속도나 방향이 달라지는 현상을 말해요. 예를 들어, 땅 근처에서는 바람이 천천히 부는데 하늘 위로 올라갈수록 바람이 쌩쌩 부는 거죠.

이게 왜 중요하냐고요? 한번 양손바닥 사이에 연필을 놓고 위쪽 손바닥을 앞으로 더 빠르게 밀어보세요. 연필이 빙글빙글 구르죠? 대기 중의 공기도 똑같아요. 윈드 시어 때문에 거대한 공기 덩어리가 마치 연필처럼 수평으로 회전하기 시작하는 거예요. 아직 우리 눈에는 보이지 않는 거대한 공기 튜브가 하늘에 둥둥 떠다니게 되는 거죠.

수평 회전을 수직으로! 거인의 손길, 상승기류

이제 거의 다 왔어요! 수평으로 누워서 굴러가던 공기 튜브를 누군가 번쩍 들어 세워주기만 하면 되는데요. 이 역할을 하는 것이 바로 아까 말했던 슈퍼셀의 강력한 상승기류예요. 마치 거인의 손길처럼, 이 상승기류가 수평으로 회전하던 공기 튜브의 한쪽 끝을 하늘로 확 끌어올려 버린답니다.

그러면 어떻게 될까요? 맞아요! 옆으로 누워있던 회전축이 똑바로 서면서, 거대한 수직 회오리 기둥인 '메조사이클론(Mesocyclone)'이 만들어져요. 피겨 스케이팅 선수가 팔을 몸에 붙이면 회전 속도가 빨라지는 것처럼, 이 메조사이클론도 점점 가늘고 길어지면서 회전 속도가 무섭게 빨라지기 시작해요.

드디어 땅에 닿다! 토네이도의 완성

이렇게 강력하게 회전하는 공기 기둥의 일부가 비구름 아래로 쑥 내려와 깔때기 모양의 구름을 만들어요. 이것을 '깔때기구름(Funnel Cloud)'이라고 부르죠. 그리고 이 깔때기구름이 마침내 땅에 닿는 순간! 바로 우리가 아는 무시무시한 토네이도가 완성되는 거예요. 토네이도는 그 위력에 따라 F0부터 F5까지 '후지타 등급'으로 나뉘는데, F5 등급은 기차도 날려버릴 만큼 강력하다고 하니 정말 상상초월이죠?

정리해볼까요? 토네이도는 불안정한 대기 속 '슈퍼셀'이라는 뇌우 안에서, '윈드 시어'가 수평 회전을 만들고, 이걸 강력한 '상승기류'가 수직으로 일으켜 세운 뒤, 그 회전이 강해져 땅에 닿으면서 만들어지는 거대한 자연의 작품이었네요! 정말 여러 조건이 딱 맞아떨어져야만 볼 수 있는 특별한 현상이었어요.

그렇다면 이런 질문이 생길 수 있겠네요. '우리나라에서는 왜 미국처럼 거대한 토네이도를 보기 힘들까요?' 그 이유는 바로 토네이도가 좋아하는 드넓은 평야가 우리나라에는 적기 때문이랍니다. 자연의 원리를 알고 나니 무섭기만 했던 토네이도가 조금은 다르게 보이지 않으신가요? 다음에도 더 재미있는 과학 이야기로 찾아올게요!