첫비 뒤 흙냄새는 어디서 생기고 어떻게 퍼질까?

오랜 건조 뒤 첫비에서 나는 흙냄새는 빗물 자체의 냄새가 아니라, 마른 토양과 돌에 쌓인 휘발성 물질이 빗방울 충격으로 미세한 에어로졸에 실려 공기 중으로 퍼질 때 생긴다. 이 전체 향을 페트리코르라고 부르며, 토양 미생물이 만드는 지오스민과 식물 유래 기름 성분 등이 장소마다 다른 비율로 섞인다.

‘페트리코르’라는 이름은 호주의 연구자 이사벨 조이 베어와 리처드 토머스가 1964년 네이처 논문에서 제안했다. 두 사람은 햇빛에 노출된 암석과 점토에서 건조기에 향을 품은 노란 기름 성분을 추출하고, 습기가 닿으면 특유의 냄새가 되살아나는 현상을 조사했다. 이름은 돌을 뜻하는 그리스어 petra와 신화 속 신들의 피 ichor를 합친 말이다. 오늘날에는 비가 마른 땅에 닿을 때 느껴지는 복합적인 흙 향을 가리키지만, 하나의 순수한 분자 이름은 아니다.

그 향에서 특히 알아보기 쉬운 성분이 지오스민이다. 지오스민은 ‘땅’과 ‘냄새’라는 뜻에서 이름 붙은 휘발성 테르펜계 물질로, 토양에 사는 스트렙토마이세스 같은 방선균을 비롯한 여러 미생물이 만든다. 비가 지오스민을 새로 합성하는 것이 아니라 미생물 활동과 토양 과정에서 이미 생긴 분자를 움직이게 한다. 미국화학회 자료에 따르면 사람은 공기 중 지오스민을 약 5 ppt 수준에서도 감지할 수 있어, 극소량만 떠올라도 흙냄새가 뚜렷해진다.

건조한 동안 토양 입자와 다공성 돌 표면에는 지오스민과 식물에서 나온 여러 휘발성 기름이 흡착되거나 틈에 남는다. 물이 계속 흐를 때보다 오랫동안 비가 없었던 뒤 첫 방울이 더 인상적인 이유가 여기에 있다. 향을 낼 재료가 표면 가까이에 모여 있고, 아직 물로 포화되지 않은 미세한 구멍에는 공기도 들어 있다. 다만 토양 종류, 식생, 미생물 군집과 이전 날씨가 다르므로 모든 첫비가 같은 향을 내지는 않는다.

냄새 분자를 코까지 옮기는 과정은 고속 촬영 실험으로 자세히 드러났다. 빗방울이 물을 잘 흡수하는 다공성 표면에 닿으면 가장자리가 퍼지는 동안 표면의 작은 구멍에서 나온 공기가 물막 아래 갇힌다. 이 공기는 미세한 거품이 되어 위로 올라가고, 수면에서 터질 때 얇은 거품막이 찢어지며 토양 성분을 녹이거나 품은 극소형 물방울을 공중으로 쏘아 올린다. 이 연쇄는 눈으로 따로 구분하기 어려울 만큼 짧은 순간에 진행된다. 바다에서 거품이 터져 소금 에어로졸을 만드는 것과 닮았지만, 여기서는 한 방울 아래의 토양 공극이 작은 분무 장치가 된다.

2015년 네이처 커뮤니케이션스 연구는 16종의 토양과 여러 인공 다공성 재료에 서로 다른 속도의 방울을 떨어뜨려 이 현상을 비교했다. 연구진은 표면의 젖음성, 공극 구조와 충돌 속도의 조합이 에어로졸 생성량을 좌우한다고 밝혔다. 너무 약한 충돌은 거품을 충분히 만들지 못하고, 너무 강한 충돌은 물이 튀고 표면이 빠르게 젖으면서 같은 방식의 미세 거품 분사를 줄일 수 있다. 그래서 가벼운 비나 중간 세기의 방울이 일부 마른 토양에서 향을 효율적으로 띄울 수 있지만, ‘약한 비는 언제나 향이 강하다’는 보편 법칙은 아니다.

공중으로 나온 에어로졸은 매우 작아 바람과 난류를 따라 코 높이까지 이동한다. 물방울이 증발한 뒤에도 휘발성 분자는 공기에 남아 후각 수용체에 닿을 수 있다. 같은 방식은 향기 분자뿐 아니라 토양 입자와 미생물 조각 또는 포자를 옮길 가능성도 있어 환경 과학의 연구 대상이 된다. 페트리코르가 단지 땅에서 가스가 천천히 증발한 결과만은 아니며, 빗방울의 기계적 충격이 운반 수단을 만든다는 점이 중요한 차이다.

비 오기 직전에 맡는 날카롭고 전기적인 냄새는 페트리코르와 구별할 필요가 있다. 뇌우의 하강 기류가 높은 곳의 오존이나 다른 공기 성분을 지상으로 가져오면 첫 방울이 닿기 전에도 다른 냄새를 느낄 수 있다. 반면 전형적인 흙 향은 빗방울이 실제로 마른 땅과 접촉한 뒤 강해진다. 젖은 아스팔트, 숲 바닥, 농경지와 바위 길이 서로 다르게 냄새 나는 것도 각 표면에 축적된 유기물과 미생물, 공극 구조가 다르기 때문이다.

비가 계속되면 표면이 물로 포화되고 축적된 성분이 씻겨 내려가면서 첫 향은 흔히 약해진다. 다음 건조 기간에는 식물과 미생물, 광물 표면의 상호작용이 다시 냄새 재료를 모은다. 첫비의 흙냄새는 따라서 하늘에서 내려온 향수가 아니라 건조기에 땅이 저장한 화학 물질, 빗방울이 가둔 미세 거품, 거품이 터뜨린 에어로졸, 그리고 극미량의 지오스민도 알아채는 인간 후각이 차례로 연결된 결과다.