물은 지구를 끊임없이 순환합니다. 바다에서 증발하여 구름이 되고, 비나 눈으로 내려 강을 따라 흐르다 다시 바다로 돌아갑니다. 이 순환은 수십억 년간 계속되었으며, 지금 마시는 물은 공룡이 마셨던 바로 그 물일 수 있습니다. 물은 형태를 바꾸고 장소를 옮기지만 사라지지 않으며, 지구의 물 총량은 거의 일정합니다. 지구의 물은 약 13억 8600만 세제곱킬로미터이며, 그중 96.5퍼센트가 바닷물입니다. 담수는 3.5퍼센트에 불과하고, 그나마 대부분은 빙하와 지하수에 갇혀있습니다. 우리가 쉽게 쓸 수 있는 담수는 전체 물의 0.3퍼센트도 안 됩니다. 물 순환은 태양 에너지로 구동됩니다. 태양이 바닷물을 데워 증발시키고, 수증기는 상승하여 식으며 구름이 됩니다. 바람이 구름을 육지로 옮기고, 비나 눈으로 내려 땅을 적십니다. 물은 땅속으로 스며들거나 강을 따라 흐르며, 식물이 흡수하여 다시 증산작용으로 대기로 보냅니다. 결국 모든 물은 바다로 돌아가고 순환이 반복됩니다. 하루에 약 1조 톤의 물이 증발하고 같은 양이 강수로 내립니다. 순환 속도는 저장소마다 다릅니다. 대기 중 수증기는 평균 9일 만에 비로 내리지만, 지하 깊은 곳의 물은 수천 년 머무릅니다. 남극 빙하의 물은 수만 년 전에 얼었고, 심해 물은 수백 년 동안 순환하지 않습니다. 물 순환은 기후를 조절하고 생명을 유지합니다. 증발은 열대 바다의 열을 흡수하여 극지방으로 운반하고, 강수는 담수를 공급하며, 지하수는 가뭄 때 버팀목입니다. 인간 활동이 물 순환을 바꾸고 있습니다. 댐은 강 흐름을 막고, 지하수 과다 채취는 대수층을 고갈시키며, 기후 변화는 강수 패턴을 바꿉니다. 이 글에서는 물 순환의 각 단계, 저장소와 체류 시간, 인간 영향과 미래를 상세히 알아보겠습니다.
물 순환의 단계
증발은 물 순환의 시작입니다. 액체 물이 태양 에너지를 받아 기체 수증기로 변하며, 주로 열대와 아열대 바다에서 일어납니다. 바닷물은 넓고 따뜻하여 증발량이 많으며, 하루 약 1조 1000억 톤이 증발합니다. 호수, 강, 토양에서도 증발하지만 양은 적습니다. 증발은 열을 흡수하여 표면을 식히고, 이 잠열은 수증기와 함께 대기로 올라가 나중에 응결할 때 방출됩니다. 이것이 열대의 열을 극지방으로 운반하는 주요 메커니즘입니다. 증산작용은 식물이 뿌리로 흡수한 물을 잎의 기공으로 증발시키는 과정입니다. 식물은 광합성을 위해 기공을 열어야 하고, 이때 물이 함께 빠져나갑니다. 하루 약 1000억 톤이 증산되며, 열대우림에서 특히 많습니다. 아마존 열대우림은 비가 내린 물의 절반 이상을 증산으로 다시 대기로 보내며, 이것이 비를 다시 만들어 강수를 유지합니다. 삼림 벌채는 증산을 줄여 지역 강수를 감소시킵니다. 승화는 고체 얼음이 액체를 거치지 않고 직접 수증기가 되는 현상입니다. 남극과 그린란드 빙하 표면, 겨울 눈에서 일어나며, 양은 적지만 극지방 수분 순환에 중요합니다. 응결은 수증기가 식어 작은 물방울이나 얼음 결정이 되는 것입니다. 수증기를 포함한 공기가 상승하며 팽창하고 온도가 낮아지면 포화되어 응결합니다. 응결핵이 필요하며, 먼지, 소금, 꽃가루 같은 미세 입자가 역할을 합니다. 수많은 물방울이 모여 구름이 되고, 물방울이 충분히 크고 무거워지면 중력을 이기지 못하고 떨어집니다. 강수는 비, 눈, 우박 등 다양한 형태입니다. 구름 속 물방울이 충돌하며 합쳐져 크기가 커지거나, 얼음 결정이 자라 눈이 되고, 온도가 높으면 녹아 비가 됩니다. 지구 전체로 연간 약 50만 세제곱킬로미터가 내리며, 하루 평균 1조 톤입니다. 분포는 불균등하여 열대우림은 연 3000밀리미터 이상, 사막은 100밀리미터 미만입니다. 침투는 물이 땅속으로 스며드는 것입니다. 토양 유형, 식생, 경사에 따라 달라지며, 모래는 물을 빨리 흡수하지만 점토는 느립니다. 식물 뿌리와 벌레 구멍이 통로를 만들고, 경사가 급하면 흘러내립니다. 침투한 물은 토양 수분이 되어 식물이 사용하거나, 더 깊이 내려가 지하수가 됩니다. 지하수면은 땅속 물로 포화된 지층의 상단이며, 깊이는 장소마다 다릅니다. 일부 지역은 수 미터, 사막은 수백 미터입니다. 지표 유출은 침투하지 못한 물이 지표면을 따라 흐르는 것입니다. 경사를 따라 내려가며 작은 개울을 만들고, 모여서 강이 되어 결국 바다로 갑니다. 빠른 유출은 홍수를 일으키고, 토양 침식을 가속화합니다. 도시 지역은 포장도로가 많아 침투가 적고 유출이 많으며, 하수도로 빠르게 배수됩니다. 하천 흐름은 중력에 의해 일어나며, 산에서 시작하여 평지를 거쳐 바다로 갑니다. 아마존 강은 하루 약 2000억 톤을 대서양에 방류하고, 모든 강이 연간 약 4만 세제곱킬로미터를 바다로 보냅니다. 강은 담수를 운반할 뿐 아니라 영양분과 퇴적물도 운반하여 삼각주와 충적평야를 만듭니다.
물의 저장소와 체류 시간
지구의 물은 여러 저장소에 머물며, 각 저장소의 체류 시간이 다릅니다. 바다는 가장 큰 저장소로 전체 물의 96.5퍼센트인 약 13억 3500만 세제곱킬로미터입니다. 염분이 높아 직접 마실 수 없지만, 증발의 주요 원천입니다. 해수의 평균 체류 시간은 약 3000년이며, 심해 물은 더 오래 머뭅니다. 해류가 천천히 순환시키며, 표층수는 수십 년, 심층수는 수백 년에서 천 년 이상 걸립니다. 빙하와 만년설은 두 번째로 큰 저장소로 담수의 약 69퍼센트인 약 2400만 세제곱킬로미터입니다. 대부분 남극과 그린란드에 있으며, 남극은 90퍼센트를 차지합니다. 만약 모두 녹으면 해수면이 약 70미터 상승합니다. 빙하 물의 체류 시간은 매우 길어 수천 년에서 수십만 년입니다. 남극 빙상 깊은 곳의 얼음은 80만 년 전 것입니다. 지하수는 담수의 약 30퍼센트인 약 1050만 세제곱킬로미터입니다. 땅속 암석과 퇴적물 공간에 저장되어 있으며, 깊이에 따라 얕은 지하수와 깊은 지하수로 나뉩니다. 얕은 지하수는 수 미터에서 수백 미터 깊이이고, 우물로 쉽게 접근할 수 있으며, 체류 시간은 수 주에서 수백 년입니다. 깊은 지하수는 수백 미터 이상 깊이이고, 수천 년에서 수만 년 전에 침투한 화석 지하수입니다. 재생되지 않으며, 과다 채취는 고갈로 이어집니다. 사우디아라비아와 미국 대평원 아래 오갈랄라 대수층이 대표적이며, 농업 관개로 빠르게 소진되고 있습니다. 토양 수분은 식물이 이용 가능한 물로 약 1만 7000세제곱킬로미터입니다. 적은 양이지만 농업에 결정적이며, 체류 시간은 짧아 수 일에서 수 주입니다. 비가 오면 채워지고 증발과 증산으로 빠르게 빠져나갑니다. 호수는 담수의 약 0.3퍼센트인 약 9만 세제곱킬로미터입니다. 대부분 북반구 고위도에 있으며, 캐나다와 러시아에 많습니다. 오대호는 세계 담수 호수의 21퍼센트를 차지하고, 바이칼 호수는 세계에서 가장 깊어 1700미터입니다. 호수 물의 체류 시간은 크기에 따라 며칠에서 수백 년입니다. 바이칼은 약 400년이고, 작은 호수는 수 주입니다. 강은 약 2000세제곱킬로미터로 매우 적지만, 빠르게 흐르며 담수를 운반합니다. 체류 시간은 약 2주로 매우 짧으며, 계속 보충됩니다. 대기는 약 1만 3000세제곱킬로미터의 수증기를 포함합니다. 적지만 빠르게 순환하며, 평균 체류 시간은 9일입니다. 수증기는 증발로 대기에 들어가고 강수로 빠르게 제거됩니다. 열대 지역은 습도가 높아 수증기가 많고, 극지방은 적습니다. 생물권은 식물과 동물 체내의 물로 약 1000세제곱킬로미터입니다. 인체는 60퍼센트가 물이고, 식물은 더 높아 수분 함량이 90퍼센트 이상입니다. 체류 시간은 매우 짧아 며칠에서 수 주입니다.
인간 영향과 미래
물 순환의 변화
인간 활동이 물 순환을 크게 바꾸고 있습니다. 댐은 전 세계 5만 개 이상이며, 강 흐름을 조절하고 홍수를 방지하지만 자연 순환을 교란합니다. 물을 저수지에 가두어 증발을 증가시키고, 하류 수량을 줄이며, 퇴적물이 쌓여 삼각주에 도달하지 못합니다. 나일 강 아스완 댐은 이집트 삼각주 침식을 가속화했고, 중국 싼샤 댐은 양쯔강 하류 생태계를 바꿨습니다. 관개는 농업 용수로 전 세계 담수 사용의 70퍼센트를 차지합니다. 지하수와 강물을 끌어다 농지에 뿌리며, 대부분은 증발하거나 증산으로 대기로 갑니다. 효율이 낮아 물 낭비가 심하고, 과도한 관개는 토양 염류화를 일으킵니다. 물이 증발하며 염분이 남아 토양을 오염시키고, 중앙아시아 아랄 해는 관개로 유입 하천이 줄어 면적의 90퍼센트가 사라졌습니다. 세계 최대 환경 재앙 중 하나입니다. 지하수 고갈은 심각한 문제입니다. 전 세계 인구의 절반이 지하수에 의존하지만, 채취 속도가 재충전 속도를 초과합니다. 인도, 중국, 미국에서 특히 심각하며, 대수층 수위가 해마다 수 미터씩 낮아집니다. 멕시코시티는 지하수 과다 채취로 땅이 가라앉고 있고, 연간 수십 센티미터 침하하며 건물이 기울고 파이프가 파손됩니다. 도시화는 물 순환을 바꿉니다. 콘크리트와 아스팔트는 물을 흡수하지 못해 침투가 줄고 유출이 증가합니다. 지하수 재충전이 감소하고, 빗물은 하수도로 빠르게 흘러 홍수 위험이 커집니다. 도시 열섬 효과는 증발을 증가시키고, 대기 오염은 응결핵을 제공하여 강수 패턴을 바꿉니다. 삼림 벌채는 증산을 줄입니다. 나무는 많은 물을 증산하여 대기 수분을 유지하는데, 벌목하면 증산이 급감하고 지역 강수가 감소합니다. 아마존 벌채는 브라질 남동부 가뭄을 악화시키고 있으며, 열대우림이 사바나로 변할 임계점이 우려됩니다.
기후 변화와 물 순환
기후 변화는 물 순환을 가속화하고 불균등하게 만듭니다. 온난화로 증발이 증가하고, 따뜻한 공기는 더 많은 수증기를 머금어 강수 강도가 커집니다. 습한 지역은 더 습해지고, 건조한 지역은 더 건조해지는 양극화가 일어납니다. 극한 기상이 빈번해지며, 폭우와 가뭄이 모두 증가합니다. 빙하가 녹고 있습니다. 전 세계 대부분의 빙하가 후퇴하며, 히말라야, 안데스, 알프스 빙하가 수십 년 내 대부분 사라질 수 있습니다. 수억 명이 빙하 녹은 물에 의존하여 여름 건기에 물을 공급받는데, 빙하가 사라지면 물 부족이 심각해집니다. 그린란드와 남극 빙상도 녹으며 해수면 상승에 기여합니다. 해수면 상승은 21세기 말까지 0.5~1미터 예상되지만, 최악의 경우 2미터 이상 가능합니다. 저지대 해안과 섬이 침수되고, 수억 명이 이주해야 할 것입니다. 방글라데시, 몰디브, 키리바시는 국가 존재가 위협받습니다. 강수 패턴이 바뀌고 있습니다. 아열대 건조 지대가 극 쪽으로 확장되며, 지중해, 남아프리카, 호주 남부가 더 건조해집니다. 몬순이 불규칙해지고, 남아시아와 동아프리카 수억 명의 농업과 식수에 영향을 줍니다. 영구 동토층이 녹으며 메탄을 방출하고, 수문 패턴을 바꿉니다. 시베리아와 알래스카 땅이 물렁해지고, 습지가 생기거나 물이 빠져나갑니다. 물 안보는 21세기 최대 도전입니다. 2050년까지 세계 인구의 절반이 물 부족 지역에 살 것으로 예측되며, 물을 둘러싼 갈등이 증가할 것입니다. 중동, 북아프리카, 중앙아시아가 특히 취약합니다. 해결책은 물 효율 향상, 재활용, 빗물 수집, 해수 담수화 등이지만, 비용과 에너지가 많이 듭니다. 근본적으로는 기후 변화를 늦추고, 지속 가능한 물 관리가 필요합니다. 물은 생명입니다. 물 순환을 이해하고 보호하는 것이 미래 인류의 생존에 필수적입니다.