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낙뢰

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목차

1. 개요

낙뢰는 구름 속 전하의 분리로 인해 발생하는 강력한 방전 현상으로, 열뢰, 계뢰, 전도뢰의 세 가지 종류가 있다. 적란운 내에서 전하 분리가 일어나 전위차가 커지면 방전이 발생하며, 운내 방전, 운간 방전, 지면으로의 낙뢰가 일어난다. 낙뢰는 지면이나 물체에 전하를 방출하며, 번개가 지면에 도달하기 전에 상승 리더가 발생하여 낙뢰가 완성된다. 낙뢰는 뇌운에서 발생하며, 뇌우, 한랭 전선, 온난 전선과 관련이 있다. 낙뢰는 직접적인 타격, 접촉 부상, 측면 스플래시, 폭발 부상, 접지 전류, EMP와 같은 다양한 방식으로 인체에 부상을 입힐 수 있다. 낙뢰는 시설 파괴, 장비 고장, 야외 활동 중단, 인명 피해를 유발하며, 피뢰침과 같은 낙뢰 방지 시스템이 사용된다. 낙뢰는 농업에도 영향을 미쳐 작물 수확량 증가에 기여하기도 한다.

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  • 번개 - 뇌우
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낙뢰
개요
밤에 번개가 치는 모습
밤에 번개가 치는 모습
설명대기에서 지면으로의 전기 방전 현상
현상
정의대기 중의 전기 방전 현상으로, 주로 뇌우를 동반하며 구름과 구름 사이, 구름과 대기 사이, 또는 구름과 지면 사이에서 발생한다.
원인대기 중의 전하 분리 및 축적
유형구름-구름 번개 (CC)
구름-지면 번개 (CG)
구름-지면 번개 극성음전하 번개 (-)
양전하 번개 (+)
물리적 특성
전류수천에서 수십만 암페어 (kA)
전압수백만 볼트 (MV)
온도30,000 °C (태양 표면 온도보다 높음)
지속 시간수십 마이크로초에서 수 밀리초
위험 요소
직접적인 영향감전
화재
폭발
간접적인 영향통신 장애
전력 시스템 손상
산불
보호
피뢰침건물의 번개 피해를 줄이기 위해 설치
접지전기 설비의 안전을 확보하기 위해 접지 시스템 구축
전자 기기 보호서지 보호 장치 사용
기타 정보
연구번개 발생 메커니즘 및 예측 기술 연구
관련 사고항공기 낙뢰 사고 등
참고 자료GHRC: 낙뢰 특성
번개가 비행기를 칠 때 무슨 일이 일어날까?

2. 종류

낙뢰는 뇌전류 발생 메커니즘에 따라 직격뢰와 유도뢰로 크게 분류된다. 직격뢰는 전류가 커서 더 심각할 것 같지만, 실제로는 사람과 물건 모두에게 심각한 피해를 주며, 경우에 따라 피해 정도가 다르다. 이러한 분류는 낙뢰 피해 방지 대책 수립에 필요하다.

; 직격뢰

: 뇌운에서 물체로 직접 방전이 일어나 뇌전류(직격 전류)가 흐르는 것이다. 직격뢰를 맞은 물체 근처의 다른 물체에 재방전되어 전류가 흐르는 경우, 이를 측격뢰라고 한다.

; 유도뢰

: 직격 전류의 전자기 유도 작용으로 유도 전류가 흐르거나, 뇌운에 축적된 전하 변동 때문에 지면에 축적되어 있던 역전하가 전류가 되는 현상이다.

2. 1. 열뢰

열뢰(熱雷)는 지표면이 강한 햇빛으로 데워져 대기 하층의 기온 감률(減率)이 100m당 25°C~40°C 이상 커지며, 격렬한 상승기류를 생기게 하는 낙뢰이다. 여름철 오후에 육지, 특히 산간에서 가장 많이 발생하는데, 이 경우 상공에 차가운 공기가 들어오면 대기 상태가 한층 불안정해지며 강한 열뢰가 된다.

2. 2. 계뢰

계뢰(界雷)는 한랭전선이 발달한 곳에서 적란운이 발생하여 일어나는 낙뢰이다. 드물게 온난전선의 전선면을 따라 상승해 가는 더운 공기가 불안정해질 때 계뢰가 발생하는 경우도 있다. 일반적으로 전선 가까이에서 발생하는 낙뢰를 말하는데, 이런 경우 지표면의 가열이 있으면 대기의 상태가 한층 불안정해져서 대규모 낙뢰가 발생한다. 이를 열계뢰라고 한다.

2. 3. 전도뢰 (불안정 낙뢰)

전도뢰(顚倒雷)는 강한 더운 공기가 흘러들어 대기의 상태가 불안정해져서 일어나는 낙뢰이다.

3. 낙뢰의 전기

적란운 속에서는 온도 차이(-10℃ 정도)를 중심으로 전하가 분리되어, 구름 위쪽에는 양(+)전하, 아래쪽에는 음(-)전하가 모인다. 구름 아래쪽에 양전하가 모이는 경우도 있다. 이러한 전하 분리 현상에 대해서는 19세기 말부터 여러 학설이 나왔지만, 아직 명확하게 밝혀진 것은 없다. 현재 비교적 많은 지지를 받는 견해는 다음과 같다.


  • 구름 속 얼음 입자들의 충돌로 마찰 전기가 발생하여 큰 입자는 양전기, 작은 입자는 음전기를 띤다. 얼음 입자가 분열할 때도 큰 쪽이 양전기, 작은 쪽이 음전기를 띤다. 온도차가 있는 얼음끼리 마찰해도 따뜻한 쪽이 음전기를 띤다. 작은 입자는 상승 기류로 구름 밖으로 이동하고, 양전기를 띤 입자는 구름 상부에 머무른다.
  • 적란운 속 전장의 영향으로 빗방울 윗면은 음전기, 아랫면은 양전기를 띤다. 빗방울이 떨어질 때 음이온은 밑면에 흡착, 양이온은 반발하여 상승 기류를 타고 위로 올라가고, 음전기를 띤 빗방울은 아래로 떨어진다.


전화기, 모뎀, 컴퓨터 등 전자기기는 전화 잭, 이더넷 케이블, 전기 콘센트를 통해 들어오는 과전류로 손상될 수 있다.[31] 근접 번개, 특히 "정(+)" 번개는 EMP를 생성할 수 있다.

번개 전류는 마이크로초당 약 40kA의 매우 빠른 상승 시간을 가진다. 직류의 형태이지만, 교류처럼 표피 효과가 나타나 전류 대부분이 도체 외부 표면으로 흐른다.[32]

낙뢰는 전기 배선 외에도 구조, 화재, 재산 피해를 일으킬 수 있다. 낙뢰 방지 시스템 산업은 전 세계적으로 거대하며, 다양한 속성을 가진 낙뢰는 직접 또는 간접적인 영향을 미쳐 시설, 공정 파괴, 전자 센서 고장, 야외 활동 중단, 휘발성 물질 발화, 장비 작동 방해 등을 유발할 수 있다.

대부분의 낙뢰 보호 장치는 지상 구조물을 보호하며, 비행 중인 항공기는 예외이다. 대기 중 낙뢰 제어 시도는 제한적인 성공만 거두었다. 채프와 요오드화은 결정은 구름을 직접 처리하기 위해 항공기에서 구름 속으로 살포된다. 채프는 폭풍의 전기적 징후를, 요오드화은 살포는 기계적 힘을 처리하도록 고안되었다.

피뢰침, 전하 전달 시스템 등 수백 가지 장치가 낙뢰 피해 완화 및 경로에 영향을 미치는 데 사용된다.

피뢰침은 도체와 접지 시스템을 통해 접지에 연결된 금속 막대로, 낙뢰 시 접지로의 경로를 제공한다. 벤자민 프랭클린의 이름을 딴 "프랭클린 막대"는 피뢰 시스템에 연결되지 않으면 추가 보호를 제공하지 않는다. "피뢰 도체", "피뢰기", "방전기" 등의 이름도 사용되지만, 다른 제품이나 산업에 통합되었다. 피뢰기는 고전압 전선에 연결되어 낙뢰 시 회로를 개방, 변압기를 보호하는 퓨즈 링크를 의미하기도 한다. 현대 피뢰기는 금속 산화물로 제작되어 정상 전압은 유지하고 비정상적인 서지만 접지로 보낸다.

1962년, 미 공군은 낙뢰로 미사일이 부분 무장된 후 이탈리아와 터키 주피터 MRBM 핵무장 미사일 기지에 낙뢰 방지 타워 배열을 설치했다.

낙뢰 시 전압은 200만~10억 볼트, 전류는 1천~20만, 때로는 50만 암페어에 달한다. 이로 인해 인명 피해, 플라즈마 발생 수준의 열(줄열)에 의한 건물 피해, 전기·기계·통신 설비 손상 및 2차 피해가 발생한다.

낙뢰 전력을 전원으로 이용하는 것은 현재 기술로는 불가능하다. 북한 등에서 시도했지만 실패했다. 에너지가 너무 짧은 시간에 집중되어 2차 전지나 콘덴서에 축전할 수 없기 때문이다.

대기 중 정전 에너지 회수는 가능하다. 지구상에서는 매초 약 100회, 매일 약 860만 회의 낙뢰가 발생한다. 세계적으로 연평균 약 1,000명이 낙뢰 피해를 입고, 약 30%가 사망한다.[81][82]

4. 방전

구름 속에서 전하가 분리되어 전위(電位) 빈도가 3000V/cm 정도에 달하면 방전이 일어난다. 방전에는 같은 구름 속의 양(+)과 음(-)전하 사이에 일어나는 운내 방전(雲內放電), 구름과 다른 구름 사이에 발생하는 운간 방전(雲間放電)이 있다. 방전은 상당히 장거리에 걸쳐 일어나는데, 이 긴 거리에 한꺼번에 방전이 일어나는 것은 아니다.

예를 들어 낙뢰가 일어날 때 방전을 회전카메라로 자세히 관찰하면 처음에 짧은 거리에 불꽃이나고 떨어진다. 그 다음에는 이전보다 긴 거리에 불꽃이 난다. 이와 같은 방전이 몇 차례 되풀이되는 동안 양과 음전하 사이의 방전로가 생겨 단번에 구름에서 지면에 이르는 방전이 발생한다. 그 뒤 지면에서 구름으로 향하는 귀환 뇌격(雷擊)이 일어난다. 이와 같이 방향이 다른 한 덩어리의 방전이 몇 차례 이어지면 하나의 낙뢰가 끝난다.[31]

낙뢰라는 물리 현상은 구름 속의 물방울이나 얼음 입자가 성질의 차이로 인해 양(+)과 음(-)으로 나뉘어 대전(帶電), 축적된 전하에 의해 발생한 강한 전위차를 해소하기 위해 지면・수면이나 지상의 물체 등에 전하의 방출, 즉 방전이 일어나는 현상이다. 구름 속이나 다른 구름 사이에서 방전이 일어나는 현상은 "운방전(雲放電)", "운중방전(雲中放電)", "운간방전(雲間放電)"이라고 불린다.

번개가 지면이나 나무 등에 낙뢰하기 직전의 정지 위치에 도달하면, 낙뢰 장소의 지면이나 나무 등에서 상승 리더(上昇リーダー)라고 불리는 맞이 방전이 발생하고, 이것이 결합하여 낙뢰가 된다.

5. 발생 조건

낙뢰 방전이 일어나려면 적란운 안에 물방울과 빙정이 공존하여 비가 내려야 한다. 낙뢰는 적란운의 꼭대기가 -20℃ 정도까지 도달했을 때 일어난다는 통계 결과도 있다. 또한 적란운이 발달하려면 대기가 상당히 두꺼운 층에 걸쳐 불안정해야 하며, 수증기가 적당히 공급되어야 한다. 산악 지대에서 낙뢰가 발생하기 쉬운 것은 지형에 의해 상승 기류가 만들어지기 때문이다.

일반적으로 낙뢰는 가까운 거리에서의 뇌우와 관련이 있지만, 구름이 없는 것처럼 보이는 날에도 발생할 수 있다. 이러한 현상은 "청천벽력"이라고 알려져 있으며, 낙뢰는 구름에서 최대 16km 떨어진 곳까지 칠 수 있다.[33]

낙뢰는 진폭 변조(AM) 라디오 신호를 주파수 변조(FM) 신호보다 훨씬 더 많이 간섭하여 지역 낙뢰 강도를 측정하는 쉬운 방법을 제공한다. 표준 AM 중파 수신기를 송신국이 없는 주파수로 맞추고 정전기 속에서 잡음이 발생하는지 들으면 된다. 수신기가 방송국에 맞춰져 있으면 더 강하거나 가까운 낙뢰도 잡음을 발생시킨다. 낮은 주파수는 높은 주파수보다 지면을 따라 더 멀리 전파되므로, 낮은 중파(MW) 대역 주파수(500–600 kHz 범위)는 더 먼 거리에서 낙뢰를 감지할 수 있다. 장파 대역(153–279 kHz)을 사용하면 이 범위를 더욱 늘릴 수 있다.[34]

낙뢰 감지기가 개발되었으며, 낙뢰가 특별한 위험을 초래하는 공원과 같은 곳에 배치될 수 있다. 이러한 시스템은 낙뢰 발생을 선호하는 것으로 여겨지는 조건을 감지하고 주변 사람들에게 적절한 대피를 할 수 있도록 경고한다.

6. 위험성

낙뢰는 매우 강력한 전기 방전 현상으로, 다양한 방식으로 피해를 유발한다. 낙뢰 시 전압은 200만에서 10억 볼트, 전류는 1천에서 20만 암페어, 때로는 50만 암페어에 달한다.[81][82] 이러한 높은 전압과 전류는 사람에게 심각한 부상을 입히거나 사망에 이르게 할 수 있으며, 건물 등에 화재를 일으키는 등 재산 피해의 주된 원인이 된다.

낙뢰 피해는 크게 직격뢰와 유도뢰로 나뉜다.


  • 직격뢰: 뇌운에서 물체에 직접 방전이 발생하여 뇌전류(직격 전류)가 흐르는 것이다. 직격을 받은 물체 근처에 있는 다른 물체에 재방전이 발생하여 전류가 흐르는 경우, 이를 측격뢰라고 한다.
  • 유도뢰: 직격 전류의 전자기 유도 작용에 의해 유도 전류가 흐르거나, 뇌운에 축적된 전하 변동에 의해 지면에 축적되어 있던 역전하가 전류가 되는 것을 말한다.


2002년 일본의 연간 낙뢰 피해 총액은 1000억엔에서 2000억엔으로 추정되며,[86] 손해보험재팬의 데이터에 따르면 연간 피해 건수는 2만 건을 넘는다.[87]

낙뢰는 다음과 같은 다양한 피해를 유발한다.

  • 전기 설비 피해: 송변전 시설 낙뢰로 인한 정전, 통신 시설 낙뢰로 인한 통신 두절 등이 발생한다. 일반 가정에서는 전등선, 전화선, 안테나선, 접지선 등 전선류와 이에 접속된 전기 기기, 가전 제품, 금속제 수도관, 가스관 등이 낙뢰 서지의 경로가 될 수 있다. 가전 제품은 전원 플러그를 뽑아 서지 발생을 예방하는 것이 좋다.
  • 건물 피해: 피뢰 대책이 없는 건물에 직격뢰가 떨어지면 화재가 발생할 수 있다. 건물 근처에 낙뢰가 떨어져도 지붕, 벽, 창유리 등이 파손될 수 있으며, 이로 인해 부상 등 인명 피해가 발생할 수 있다.
  • 기타 피해: 건조한 날씨가 계속되면 나무 내부 수분이 적어져 낙뢰로 인해 발화할 수 있으며, 이는 대규모 산불로 이어질 수 있다.


낙뢰로 부러지고, 줄기가 찢어진 나무.
막대한 열로 인해 줄기 내부의 수분이 순식간에 수증기가 되어 내부에서 파열된다.


낙뢰로 인한 주택 가구 손상


낙뢰로 인한 배전 설비 소손


낙뢰의 영향으로 변형된 다이얼식 전화기


낙뢰로 인한 산불


공항 활주로 아스팔트 포장에 남겨진 낙뢰 흔적

6. 1. 낙뢰가 인체에 미치는 영향

낙뢰는 여러 가지 방식으로 사람에게 부상을 입힐 수 있다.[4][5]

'''직접적인 낙뢰'''

  • 직접적인 타격: 사람이 번개 채널의 일부가 되어 엄청난 양의 에너지가 매우 빠르게 몸을 통과한다. 이로 인해 내부 화상, 장기 손상, 살과 뼈의 폭발 및 신경계 손상이 발생하며, 번개 강도와 의료 서비스 접근성에 따라 즉시 사망하거나 영구적인 부상 및 장애를 유발할 수 있다.
  • 접촉 부상: 사람이 만지고 있는 물체(주로 도체)가 낙뢰에 의해 전기를 띤다.
  • 측면 스플래시: 주 번개 채널에서 "뛰어넘는" 전류의 가지가 사람에게 전기를 통하게 한다.
  • 폭발 부상: 충격파(매우 가까운 경우)로 사람이 튕겨져 나가 둔력 외상을 입거나 청력 손상이 발생할 수 있다.[6]


'''간접적인 낙뢰'''

  • 접지 전류 또는 "단계 전위": 방전 중에 지구 표면 전하가 번개 채널을 향해 이동한다. 접지는 임피던스가 높기 때문에 전류는 더 나은 도체인 사람의 다리를 통해 몸을 통과한다. 거의 즉각적인 방전 속도는 거리에 따라 전위차를 유발하며, 이는 선형 피트당 수천 볼트에 달할 수 있다. 이 현상은 직접적인 타격 효과를 모두 합한 것보다 더 많은 부상과 사망을 초래한다.[7]
  • EMP: 방전 과정은 전자기 펄스를 생성하여 인공 심장 박동기를 손상시키거나 정상적인 생물학적 과정을 방해할 수 있다.
  • 심각한 번개 폭풍에서 200m 이내에 위치한 사람들의 망막에서 시각적 아티팩트가 유도될 수 있다.[8]


'''2차적 또는 결과'''

  • 폭발, 화재, 사고.


근처에 임박한 낙뢰의 경고 신호에는 윙윙거리는 소리, 머리카락이나 피부의 정전기 감각, 오존의 매운 냄새, 또는 사람이나 물체 주변에 푸른 안개가 나타나는 것(세인트 엘모의 불) 등이 있다.[9]

낙뢰는 사람에게 심각한 부상을 유발할 수 있으며,[4] 경우에 따라 10~30%가 치명적이며, 생존자의 최대 80%가 장기적인 부상을 입는다. 이러한 심각한 부상은 전류가 너무 짧아 조직이 크게 가열되지 않기 때문에 열 화상으로 인해 발생하는 경우는 드물다. 대신, 신경과 근육은 고전압에 의해 직접 손상되어 세포막에 구멍이 생길 수 있으며, 이를 전기천공이라고 한다.[5]

피부에 접촉하는 금속 물체는 더 나은 자연 도체이고 선호되는 경로이므로 낙뢰의 에너지를 "집중"시켜 녹거나 증발하는 금속으로 인한 화상과 같은 더 심각한 부상을 초래할 수 있다. 아이팟을 착용한 타격 피해자가 그 결과로 더 심각한 부상을 입은 사례가 최소 두 건 보고되었다.[10]

낙뢰가 주변 사람에게 미치는 또 다른 영향은 청각 손상이다. 천둥소리로 인한 충격파는 귀에 손상을 줄 수 있으며, 전화 또는 헤드폰에 대한 전자기 간섭은 유해한 음향 잡음을 유발할 수 있다.

1787년 런던에서 낙뢰로 사망한 남자를 기리는 기념비


내셔널 지오그래픽에 따르면, 2009년에는 전 세계적으로 매년 약 2,000명이 낙뢰로 사망했다.[13]

미국 해양대기청에 따르면, 2012년까지 20년 동안 미국은 연평균 51명의 낙뢰 사망자를 기록하여 홍수 다음으로 기상 관련 사망의 두 번째로 빈번한 원인이 되었다.[14][15] 미국에서는 2009년부터 2018년까지 연평균 27명의 낙뢰 사망자가 발생했으며,[19] 2012년부터 2021년까지는 연평균 23명이 낙뢰로 사망했다.[20]

2005년 현재, 케냐 키시이에서는 매년 약 30명이 낙뢰로 사망하는데, 이는 뇌우의 빈도와 해당 지역의 많은 구조물에 금속 지붕이 있기 때문이다.[22] 2015년에는 호주에서 매년 낙뢰로 5~10명이 사망하고 100명 이상이 부상을 입는다고 보고되었다.[24] 2018년에는 "직접적인 타격이 모든 부상 및 사망의 3~5%만을 차지하는 반면, 낙뢰 후 땅으로 퍼지는 접지 전류는 최대 50%를 차지한다"고 보고되었다.[25] 2021년 현재, "영국에서는 매년 30~60명이 낙뢰에 맞고, 평균적으로 이러한 타격의 3(5~10%)이 치명적"이라고 보고되었다.[26]

인도에서 낙뢰로 인한 사망자 수는 2017년에 2,885명, 2018년에 2,357명이 기록되었다. 미국의 사망자 수는 2019년에 20명이 기록되었다[84]。일본에서는 1994년~2003년 통계(경찰 백서)에 따르면, 연평균 피해자 수는 20명, 사망자 수는 13.8명으로, 피해자의 70%가 사망하고 있다.

1967년에는 니시호타카다케 산에서 고등학교 등산 파티가 낙뢰를 맞아 11명의 사망자를 포함한 사상자를 내는 사고(니시호타카다케 낙뢰 조난 사고)가 발생했다. 고교 야구 연습 경기 중 투구 중인 투수에게 낙뢰가 직격하여 사망한 예도 있다[85]。

벼락 직격(감전)을 받아 심박・호흡이 정지한 경우라도, 안전을 확보한 후, 주변 사람이 신속한 심폐 소생 조치를 하면 구명 가능성은 높아진다.

6. 2. 예방 및 대처

피뢰 설비가 되어 있는 건물 내부는 일반적으로 안전하다. 전기 기기나 전원선, 금속 수도관, 금속 가스관 등으로부터는 1m 정도 떨어져 있는 게 좋다. 서지보호장치(SPD)가 없다면 전원 플러그를 뽑아두는 것이 좋다.[124] 피뢰설비는 외부피뢰와 내부피뢰에 대한 대책을 고려하여야 한다. 외부피뢰는 피뢰침(수평도체) 인하도선, 접지로 구성되며 내부피뢰대책은 등전위 전기차폐 서지보호기 등을 IEC 62305-2를 기반으로 설계 후 시공되어야 한다.

근처에 임박한 낙뢰의 경고 신호에는 윙윙거리는 소리, 머리카락이나 피부에서 정전기 감각, 오존의 매운 냄새, 또는 사람이나 물체 주변에 푸른 안개가 나타나는 것(세인트 엘모의 불) 등이 있다.[9] 그러한 극단적인 상황에 갇힌 사람들 – 더 안전하고 완전히 밀폐된 공간으로 피할 수 없었던 사람들은 "번개 자세"를 취하도록 권장된다. "번개 자세"는 "무릎과 발을 가깝게 하여 땅과 접촉하는 지점이 하나만 있도록 앉거나 웅크리는 것"을 포함한다(앉아 있는 경우 발이 땅에서 떨어져 있고 서 있는 자세가 필요한 경우 발이 닿아야 한다).[9]

미국 국립 낙뢰 안전 연구소(National Lightning Safety Institute)는[35] 미국 시민들에게 뇌우 발생 시 안전을 위한 계획을 세우고 첫 번째 번개나 천둥이 들리는 즉시 이를 시작하도록 권고한다. 이는 비가 실제로 내리지 않고 폭풍이 머리 위로 지나가더라도 대중의 통념과는 달리 번개가 칠 수 있기 때문에 중요하다.[36][37] 천둥 소리가 조금이라도 들린다면 번개 위험이 존재한다.

국립 낙뢰 안전 연구소는 또한 낙뢰 지점까지의 거리를 측정하기 위해 F-B(섬광 대 굉음) 방법을 사용할 것을 권장한다. 번개 섬광과 그로 인한 천둥은 거의 동시에 발생한다. 그러나 빛은 초당 300,000km로 소리의 속도보다 거의 백만 배 빠르다. 소리는 약 340m/초(온도에 따라 다름)의 더 느린 속도로 이동하므로, 번개 섬광은 천둥이 들리기 전에 보인다. 번개와 관찰자 사이의 거리를 결정하는 방법은 번개 섬광과 천둥 사이의 시간을 세는 것이다. 그런 다음 3으로 나누어 거리를 킬로미터 단위로, 5로 나누어 마일 단위로 결정한다. F-B 시간이 25초 이하인 경우, 즉 번개가 8km 또는 5마일 이내에 있는 경우 즉시 낙뢰에 대한 예방 조치를 취해야 한다.

2014년 보고서에 따르면 뇌우가 칠 때 밖에 있을 때 서 있거나, 쪼그리고 앉거나, 누워 있는 것은 중요하지 않다. 왜냐하면 번개가 땅을 따라 이동할 수 있기 때문이다. 이 보고서는 견고한 구조물이나 차량 안에 있는 것이 가장 안전하다고 제안했다.[38]

가장 위험한 활동에는 낚시, 보트 타기, 캠핑, 골프가 있다.[38] 번개에 의해 부상을 입은 사람은 전기를 띠지 않으며, 응급 서비스가 도착하기 전에 안전하게 응급 처치를 할 수 있다. 번개는 호흡을 조절하는 뇌간에 영향을 미칠 수 있다.[39]

'''안전 조치'''

  • 나무와 같은 높은 물체나 기둥, 울타리와 같은 금속 물체 근처에 있지 마십시오.[25][41][26]
  • 차고, 개방형 차고, 지붕이 있는 파티오, 피크닉 쉘터, 해변 정자, 텐트, 창고, 온실, 골프 쉘터 및 야구 더그아웃에서 피난하지 마십시오.[42]
  • 건물이나 차량에서 피난하십시오.[43][41] "하드 탑 차량의 강철 프레임은 번개로부터 당신을 보호할 수 있습니다..."[41]라고 보도되었으며 "차량 내부에서 전자기기를 사용하고 금속 물체를 만지는 것을 피하십시오."[42]
  • 건물 안에 있을 경우 샤워를 포함하여 전기 장비 및 배관을 피하십시오.[44][41][42]
  • 마지막으로 관찰된 번개나 천둥이 발생한 후 최대 30분 동안 위험이 남아 있습니다.[41]
  • "만약 물 위에 있다면, 최대한 빨리 해안으로 가서 넓고 탁 트인 해변에서 벗어나십시오. 물은 더 멀리 떨어진 곳에서 오는 낙뢰를 전달할 것입니다. 연구에 따르면 물과의 근접성은 낙뢰의 일반적인 요인입니다."라고 보도되었습니다.[26][42]
  • "만약 갈 곳이 없다면, 계곡이나 협곡과 같이 가능한 한 낮은 지대로 가야 합니다."라고 보도되었습니다.[41]
  • "...다른 사람들과 함께 무리 지어 있지 마십시오. 친구들로부터 가능한 한 멀리 떨어지십시오."[41]
  • 머리카락이 쭈뼛 서면 번개가 당신 또는 당신 주변에 칠 것입니다. 최대한 빨리 실내로 들어가십시오. 그렇지 않으면 무릎을 꿇고 앞으로 구부리되 땅에 엎드리지 마십시오.[45] 또한 피부에서 정전기의 따끔거림을 느낄 수 있습니다.[46]


옥외에서 벼락으로부터 몸을 보호하기 위해 전주 근처로 피하거나 자세를 낮추는 행동은 "그렇게 하지 않는 경우보다 상대적으로 안전하다"에 지나지 않는다. 기본적으로 "옥외에는 안전한 장소가 없다"라고 생각된다.[100] 대피 행동은 첫째, '''건물''' (특히 철근 콘크리트조 건물) '''이나 자동차 안으로의 대피'''를 목표로 하는 것이 최우선이 된다. 따라서, 바다나 산 등의 레저・레크리에이션, 골프, 옥외에서의 이벤트에 나갈 때 등, 즉시 건물로 피난할 수 없는 장소에 나갈 때는, 그 전부터 일기 예보에 충분히 주의하여, 예정 변경이나 중지를 포함한 판단을 하는 것이 요구되며, 예를 들어 야외 음악 이벤트나 불꽃놀이 등의 중에도 행사장에서 떠나는 선택이 필요하다.

레저로 방문하는 캠프장이나 해안, 골프장, 스포츠 경기 중의 그라운드 등의 트인 장소에서는, 사람에게 벼락이 떨어지기 쉬우므로 주의할 필요가 있다.

그리고 기본적으로는 천둥소리가 들리는 동안은 대피를 계속하는 것이 권장된다. 활동 재개를 규칙화할 때에는, "천둥소리가 30분간 들리지 않는다" 등이 기준으로 사용된다.

자동차, 비행기나 열차 안에 있으면 낙뢰가 직격해도 안의 사람은 보호된다. 다만, 심한 충격이 있어 창문이 깨지거나 일부 설비가 타는 경우가 있다. 또한, 거친 날씨에서의 자동차로의 피난은 돌풍에 의한 전복의 위험도 고려할 필요가 있다.

건물 내에서는, 특히 일반 가옥에서는 배전선 및 테이블 탭, 전원 플러그로 접속하는 가전 제품 및 그것에 접속되어 있는 코드류, 또한 텔레비전의 안테나선은 낙뢰 서지의 영향을 받지만, 이것들로부터 1m 이상 떨어질 수 있다면 인명 보호 관점에서는 충분히 안전하다고 생각된다 (가전 제품 자체의 보호 관점에서는 플러그를 뽑는 것이 유효하다).

건물로 대피할 수 없는 경우에는 4~20m의 전주, 전선이나 철탑의 "보호 범위" 내, 즉 올려다본 각도가 45° 이상이고, 그 물체의 발치에서 수 m(자료에 따라 차이가 있지만 2~4m 정도) 떨어진 곳에서 자세를 낮추는 것이 차선책이 된다. 이는 그 물체가 양도체이고 완전히 접지(어스)되어 있다는 것을 전제로 한다. 따라서 접지가 불완전한 금속 기둥이나 펜스 근처에 있으면 측격뢰를 받을 위험이 있어 안전하지 않다. 또한, 같은 원리로 수목은 넓게 퍼진 가지와 잎에서 측격뢰를 받을 우려가 있으므로 가까이 가지 않는 것이 좋다. 과거에는 "수목을 올려다보는 범위의 뿌리에서 약간 떨어진 곳에서 자세를 낮춘다"는 것이 대피 행동 중 하나로 꼽혔지만, 나무 아래에서 비를 피하다 낙뢰로 사망하는 사례가 끊이지 않아, 현재는 오히려 피해야 할 행동으로 여겨진다.

야외 활동 시 대피 장소가 되는 오두막 종류, 특히 기둥과 지붕만 있는 동자 중에는 낙뢰로부터의 방호가 불완전한 것이 있다. 패러데이 케이지와 같이 금속제 낙뢰 방호 설비가 갖춰진 곳이 가장 안전하며, 골프장 등에서는 이 종류의 대피 오두막 설치가 바람직하다.

또한 대피 경로로서, 철탑 송전선이나 전주 배전선을 올려다보아 45° 이상이 되는 띠 모양의 범위는 가공 지선의 보호 범위가 되어 상대적으로 안전하다고 여겨진다.

대피할 수 있는 장소가 전혀 없는 불가피한 경우에는, 두 발을 모아 무릎을 굽히고, 또한 발끝으로 서서 접지 면적을 줄이고, 상반신은 앞으로 숙이고, 폭풍으로 고막이 파열되는 것을 막기 위해 엄지손가락으로 귀의 구멍을 막고, 나머지 손가락으로 머리를 감싸 내리는 자세를 취하는 방법이 있다.(일본 대기 전기 학회의 Q&A에 따름. 참고: [https://www3.nhk.or.jp/news/special/saigai/basic-knowledge/basic-knowledge_20220905_01.html#mokuji2 "번개 웅크리기" - NHK 방재]) 몸을 최대한 낮추기 위해 땅에 엎드리는 방법이 있지만, 이쪽은 근방의 낙뢰에 의한 보폭 전압(두 발의 전위차)의 영향과, 땅과 체표면 사이의 연면 방전에 의한 심실 세동의 위험성이 상대적으로 높아 바람직하지 않다고 여겨진다. 단, 공포를 느낄 정도의 험한 날씨 아래에서 이러한 자세를 계속 유지하는 것은 어려우며, 이러한 사태가 일어나지 않도록 사전에 대비하는 것이 바람직하다.[101]

또한, 몸에 지니고 있는 금속 제품에 대해서는, 벗어 놓은 경우에도 마찬가지로 뇌격을 받고, 전류는 금속 조각에만 집중되지 않고 인체에 흐르기 때문에, 특히 벗을 필요는 없다고 여겨진다. 오히려, 몸에서 물체를 높이 내미는 것이 위험성을 높이므로, 우산, 낚싯대, 등산 시의 피켈 등을 몸보다 높게 하지 않는(내리는) 것이 권장된다. 또한, 고무제 장화나 레인코트를 입고 있어도 위험성은 감소하지 않는다. 과거에는, 우산을 쓰고 있다가 낙뢰를 받은 경우에 우산의 뼈대가 우연히 전류를 바이패스하여 (지퍼 효과) 체내의 전류가 경감된 사례도 있지만, 항상 일어나는 것은 아니며, 우산을 쓰는 것은 절대로 피해야 한다.

번개로부터의 긴급한 대피 시에 참고가 되지만, 뇌운이 가까워지고 있는 중, 더욱 낙뢰의 위험이 높아지고 있음을 나타내는 현상이 경험적으로 몇 가지 알려져 있다. 예를 들어, 머리카락이 곤두서는 현상, 피부가 따끔거리는 감각, 입안에서 이상한 맛을 느끼는 것 등이 꼽힌다. 이들은 지전위의 변화에 기인하는 것이 아닐까 생각된다.[102]

7. 낙뢰 관련 사건 사고 (대한민국)

주어진 원본 자료에는 1940년부터 2024년까지 대한민국에서 발생한 낙뢰 관련 사건 사고에 대한 기록은 나타나 있지 않다.

8. 낙뢰 관련 사건 사고 (국외)


  • 1660년대: 1660년, 일본 오사카 성의 화약고에 낙뢰가 떨어져 폭발로 인해 성에 불이 났다.[47] 1665년에는 다시 낙뢰가 성의 본탑에 떨어져 화재가 발생했고, 결국 성은 기단까지 불탔다.[47]
  • 1769년: 이탈리아 브레시아에서 특히 치명적인 낙뢰 사고가 발생했다. 낙뢰가 성 나자레 교회에 떨어져 지하 벙커에 보관되어 있던 90톤의 화약에 불이 붙었고, 폭발로 인해 최대 3,000명이 사망하고 도시의 6분의 1이 파괴되었다.[47]
  • 1901년: 미국 시카고에서 낙뢰로 11명이 사망하고 1명이 하반신 마비가 되었다.[48]
  • 1902년: 낙뢰가 프랑스 에펠탑의 상단을 손상시켜 상단을 재건해야 했다.[49]
  • 1916년 6월 9일: "존슨"이라는 이름의 남성 1명이 미국 텍사스주 샌안토니오 근처 자택에서 낙뢰로 사망했다.[50]
  • 1970년 7월 12일: 스웨덴 중부의 오를룬다 라디오 송신기의 중앙 기둥이 낙뢰로 인해 기초 절연체가 파괴되어 무너졌다.
  • 1976년 7월 18일: 축제 중 갑작스러운 낙뢰로 이탈리아 아펜니노 산맥의 알페 디 카테나이아에서 9명이 사망했다.[51]
  • 1980년 6월 30일: 케냐 비에고 초등학교에서 낙뢰 사고로 학생 11명이 사망했다. 현재의 니아미라 카운티에서 발생한 이 사건으로 다른 학생 50명이 부상을 입었고, 다른 학생들은 정신적 외상을 입었다.[52]
  • 1994년 11월 2일: 낙뢰 사고로 이집트 두룬카의 연료 탱크가 폭발하여 469명이 사망했다.[53]
  • 2005년 10월 31일: 오스트레일리아 워터폴 웨이 근처 도리고, 뉴 사우스 웨일스의 펀브룩 농장에서 낙뢰 사고로 젖소 68마리가 죽었다. 다른 3마리는 일시적으로 몇 시간 동안 마비되었지만 나중에 완전히 회복되었다. 낙뢰가 나무에 떨어졌을 때 소들은 나무 근처에서 비를 피하고 있었다. 이 현상을 지면 전위 상승이라고 하며, 대형 동물을 죽일 수 있을 정도로 상당하고 치명적인 전기 충격을 유발할 수 있다.[54]
  • 2007년 7월: 낙뢰 사고로 파키스탄 북서부의 외딴 산간 마을인 우샤리 다라에서 최대 30명이 사망했다.[55]
  • 2011년 6월 8일: 미국 미시시피 주 캠프 셸비에서 훈련 캠프 한가운데에 낙뢰가 떨어져 공군 사관생도 77명이 병원으로 이송되었다.[56]
  • 2013년 2월: 남아프리카 공화국 어린이 9명이 학교의 크리켓 경기장에서 발생한 낙뢰 사고로 입원했으며, 경기장 안의 어린이 5명과 귀가하던 소녀 4명이 부상을 입었다.[57]
  • 2016년 5월~6월: 독일 프랑크푸르트 근처의 록 암 링 페스티벌이 해당 지역의 낙뢰로 인해 최소 80명이 부상을 입어 취소되었다.[58] 같은 시기에 프랑스에서 어린이 11명과 독일에서 성인 3명이 부상을 입었고, 폴란드 남부에서 1명이 사망했다.[59]
  • 2016년 8월 26일: 노르웨이 중부의 하르당에르비다에서 야생 순록 무리가 낙뢰에 맞아 323마리가 죽었다. 노르웨이 환경청 대변인 캬르탄 크누트센은 이전에는 이런 사망자 수를 들어본 적이 없다고 말했다. 그는 여러 차례 낙뢰가 있었는지 알지 못하지만 모두 "한순간"에 죽었다고 말했다.[60]
  • 2017년: 미주신경성 실신에 대한 심장 모니터로 이식형 루프 레코더를 사용한 십 대 남성에게서 낙뢰가 심전도 스트립에 처음으로 실시간으로 기록되었다.[61]
  • 2018년: 르완다의 제칠일 안식일 교회에서 낙뢰로 최소 16명이 사망하고 수십 명이 부상을 입었다.[62]
  • 2021년: 잉글랜드 블랙풀의 들판에서 낙뢰로 9세 소년이 사망했다.[63]
  • 2021년: 4월, 인도 전역에서 최소 76명이 낙뢰로 사망했는데, 이는 주말 동안 발생한 것이다. 라자스탄의 인기 관광지인 아메르 성의 망루에서 23명이 사망했고, 우타르 프라데시에서 42명이 사망했는데, 그중 14명이 알라하바드에서 사망했다. 마디아 프라데시에서 11명이 사망했는데, 그중 2명은 양을 돌보다 나무 아래에서 피난을 하다가 사망했다.[64][65][66]
  • 2021년: 8월 4일, 방글라데시 차파이나와브간지 지구의 십간지 우파질라에서 낙뢰로 17명이 사망했는데, 16명은 그 자리에서 사망했고 다른 1명은 다른 사람들을 보다가 심장마비로 사망했다.[67][68][69][70]
  • 2022년: 8월 4일, 미국 워싱턴 D.C. 라파예트 광장의 나무에 낙뢰가 떨어져 3명이 사망하고 다른 1명이 부상을 입었다.[71]
  • 2022년: 8월 5일, 쿠바 마탄자스의 석유 저장 시설에서 낙뢰가 연료 탱크에 떨어져 화재와 일련의 폭발이 발생하여 최소 1명이 사망하고 최대 125명이 부상을 입었다. 또한 소방관 17명이 실종되었다고 보고되었다.
  • 2022년: 8월 18일, 미국 플로리다 주 윈터 스프링스에서 낙뢰가 나무에 떨어져 여성 1명이 사망하고 2명이 입원했다.[72]
  • 2023년: 9월 18일, 멕시코 관광객 1명과 현지 해먹 판매상 1명이 멕시코 미초아칸의 해변에서 낙뢰에 맞아 사망했다.[73]


비행기는 일반적으로 낙뢰를 맞아도 손상되지 않으며, 일반적인 상업용 항공기는 1년에 최소 한 번 이상 낙뢰를 맞는다.[3] 하지만, 때로는 낙뢰의 영향이 심각할 수 있다.

  • 1963년 12월 8일: 미국 팬 아메리칸 항공 214편이 심한 뇌우 속에서 메릴랜드주 엘크턴 외곽에서 추락하여 탑승자 81명 전원이 사망했다. N709PA로 등록된 보잉 707-121기는 산후안-볼티모어-필라델피아 노선의 마지막 구간을 비행 중이었다.
  • 1969년 11월 14일: 미국 아폴로 12호의 새턴 V 로켓과 이온화된 배기 가스가 발사 36.5초 후에 낙뢰 방전 경로의 일부가 되었다. 방전은 차량의 금속 외피와 프레임워크 "통과"했지만, 로켓의 인화성 연료에 불을 붙이지는 않았다.
  • 1971년 12월 24일: 페루 LANSA 508편, 리네아스 아에레아스 나시오날레스 소시에다드 아노니마(LANSA)가 운항하는 록히드 L-188A 일렉트라 터보프롭기(등록번호 OB-R-941)가 페루 리마에서 페루 푸칼파로 향하던 중 낙뢰로 연료 탱크에 불이 붙어 추락하여 승무원 6명과 승객 86명 중 85명을 포함한 91명이 사망했다. 유일한 생존자는 율리아네 쾨프케로, 좌석에 묶인 채 아래 아마존 열대 우림으로 떨어졌으며, 놀랍게도 추락에서 살아남아 10일 동안 정글을 걸어 현지 어부에게 구조되었다.
  • 2012년 11월 4일: 남아프리카 공화국 허니 베이 해안에서 비행 중이던 비행기가 폭발했다는 보도가 있었다. 그러나 실제로는 그렇지 않았으며, 비행기가 낙뢰 방전 경로의 일부가 되어 관찰자들이 비행기와 주변 하늘이 밝은 분홍색으로 보였다고 보고했다.[74]
  • 2019년 5월 5일: 러시아 아에로플로트 1492편, 수호이 슈퍼제트 100기가 이륙 시 낙뢰를 맞아 전기 시스템이 손상되었고, 조종사들이 비상 착륙을 시도해야 했다고 기장은 전했다. 비행기는 활주로에 거칠게 착륙하여 화재가 발생해 비행기를 덮쳤다. 탑승자 78명 중 41명이 사망했다.[75]
  • 로이 설리번 국립공원 레인저는 1983년에 사망했으며, 7번의 낙뢰를 생존하여 기네스 세계 기록을 보유하고 있다.[76] 그는 몸 전체에 여러 부상을 입었다.[77]

9. 낙뢰 관련 연구

2020년 미국 남부에서 발생한 번개는 미시시피, 루이지애나, 텍사스 상공 768km에 걸쳐 발생했지만, 구름 사이에서 발생하여 지면에 닿지는 않았다. 이는 감지된 가장 긴 번개 기록이었으나, 2022년 1월 세계 기상 기구는 이 기록이 깨졌음을 확인했다.

현재 뇌방전 자체를 막는 것은 아니지만, 다음과 같은 연구가 진행 중이다.


  • 뇌 스트리머에 의한 유뢰: 피뢰침에 별도 회로로 뇌 스트리머를 발생시켜 뇌를 유도하는 방법이다.
  • '''기타:''' 뇌방전이 낙뢰로 이어지기 어렵게 하는 "소뢰 장치"에 대한 연구도 진행 중이며, 특허도 취득되었지만 아직 연구 단계에 있다.


일본공업대학 초고압 방전 연구 센터에서는 300만 볼트 임펄스 전압 발생 장치를 이용한 인공적인 낙뢰 실험이 진행되고 있다.[117] 전력중앙연구소 전력기술연구소 시오바라 실험장에서는 1200만 볼트 임펄스 전압 발생 장치로 실험이 진행되고 있다.[118]

9. 1. 피뢰침

피뢰침(또는 피뢰 보호기)은 낙뢰가 구조물에 떨어질 경우 접지로의 선호되는 경로를 제공하기 위해 도체와 접지 시스템을 통해 접지에 연결된 금속 스트립 또는 막대이다. 이러한 제품의 종류는 종종 "피날" 또는 "공중 단자"라고 불린다. 유명한 발명가 벤자민 프랭클린을 기리기 위해 만들어진 피뢰침 또는 "프랭클린 막대"는 단순히 금속 막대이며, 과거의 경우처럼 피뢰 시스템에 연결되지 않으면 구조물에 추가적인 보호 기능을 제공하지 않는다.[124] 다른 이름으로는 "피뢰 도체", "피뢰기" 및 "방전기"가 있지만, 수년에 걸쳐 이러한 이름은 낙뢰 보호와 관련된 다른 제품 또는 산업에 통합되었다.

전형적인 뾰족한 팁의 피뢰침


낙뢰는 지면과 상공의 전위차로 인해 발생한다. 따라서 적절한 위치에 피뢰침을 설치하여 공중 방전을 유도하고, 건물 및 기기에 미치는 영향을 최소화하며, 지면과 상공의 전위차를 미리 줄이는 조치가 취해진다. 건축기준법 제33조에서는 "높이 20미터를 넘는 건축물에는 유효하게 피뢰 설비를 설치해야 한다. 단, 주변 상황에 따라 안전상 지장이 없는 경우에는 예외로 한다."라고 규정하고 있다.

피뢰침에는 보호 범위가 있으며, 그 범위를 벗어나는 곳은 보호할 수 없다. JIS A 4201에서는 규정된 "보호각"이나 "회전 구체" 등을 사용하여 범위를 정한다. 국회의사당이나 기타 문화재와 같이 길거나 높은 형태의 건물은 피뢰침만으로는 충분한 보호 범위를 확보하기 어려울 수 있어, 옥상 도체 등을 사용하여 넓은 보호 범위를 확보하기도 한다. 또한, 뇌 스트리머를 발생시켜 보호 범위를 넓힌 것[107] 등 새로운 피뢰침 개발이 계속되고 있다.

그러나 피뢰침이 뇌 피해를 완전히 막는 것은 아니다. 일반적인 피뢰침을 빌딩 등에 설치하더라도 설치 위치에 따라 피뢰침이 아닌 건물의 모서리에 낙뢰가 발생할 수 있으며, 피뢰침의 보호 범위 안에 있더라도 뇌의 직격을 받는 경우가 있다. 따라서 JIS A 4201 등에서는 다른 방법을 조합하도록 규정하고 있다.

9. 2. 레이저 유뢰

뇌운을 향해 강력한 펄스 레이저를 쏘아 번개의 통로가 되는 플라스마를 발생시켜, 번개를 안전한 장소로 유도하는 실험이 성공하였다. 송전선 철탑에 낙뢰로 인해 발생하는 정전을 방지하는 수단으로 기대되고 있다[108].

9. 3. 로켓 유뢰

로켓에 전선을 연결하여 발사해, 구름 상하에 생긴 전위차를 전선을 통해 방전시킴으로써 낙뢰를 방지한다. 전선은 줄 열에 의해 증발한다.[109][110]

10. 낙뢰와 농업

고대부터 논에 낙뢰가 치면 수확량이 증가하여 번개의 어원이 되었다. 이는 낙뢰로 인한 방전으로 질소 산화물이 생성되어 아질산염으로 변화하여 벼의 양분이 되기 때문이다. 마찬가지로 낙뢰가 친 버섯 재배 목에서는 버섯 수확량이 증가한다고 고대 그리스의 플루타르코스의 저서인 『식탁 담론집』에도 기술될 정도로 오래전부터 전해져 왔는데[111][112], 이는 버섯 재배 목 내의 질소가 번개의 고전압에 의해 아질산염 등의 질소 화합물이 생성되어 균사의 양분이 되기 때문이다. 이를 인공적으로 실시하여 수확량을 늘리려는 시도가 이루어지고 있다.[113][114][115][116]

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