산불 뒤 토양이 비에 약해지는 핵심 이유는 숲이 하던 완충과 흡수 기능이 동시에 떨어지기 때문이다. 불이 나뭇잎과 지표의 낙엽·부식층을 태우면 빗방울이 맨흙을 직접 때리고, 스며들지 못한 물은 표면 유출수로 바뀌어 흙과 재를 끌고 내려간다.

정상적인 숲에서는 나뭇가지와 잎, 바닥의 낙엽층이 빗물의 충격을 나눠 받고 흐름을 늦춘다. 산불로 이 덮개와 토양을 결합하던 유기물이 사라지면 흙 알갱이가 쉽게 떨어져 나가고, 경사면을 흐르는 물이 작은 물길에 모이며 침식 속도가 빨라진다. 미국 지질조사국은 사면과 계곡의 느슨한 토사가 유출수에 섞이면 토석류로 커질 수 있다고 설명한다.

불의 열이 토양의 물받이 성질을 바꾸는 것도 원인이다. 유기물이 연소한 뒤 얕은 토층에서 물을 밀어내는 발수성이 강화되거나 흙 알갱이가 뭉친 구조와 토양 속 빈틈이 달라지면 빗물이 침투하는 속도가 낮아질 수 있다. 다만 모든 산불 피해지가 같은 형태의 방수층으로 변하는 것은 아니다. 발수성은 연소 강도와 토양 종류, 수분 상태, 산불 뒤 경과 시간에 따라 달라지며 재도 토양 속 빈틈을 막거나 빗방울 충격을 줄이는 등 조건별로 다른 영향을 준다.

서울대 연구진이 2026년 3월 국제학술지 Water, Air, & Soil Pollution에 발표한 대전-금산 산불 피해지 연구에서는 수관 연료가 연소된 고강도 구역의 상부 5cm에서 강한 발수성이 이어졌고 유출과 침식도 증가했다. 반면 잎이 열로 고사한 저강도 구역은 발수성이 약했고, 떨어진 낙엽이 지표를 덮어 유출과 침식의 뚜렷한 증가가 나타나지 않았다. 연구진은 소규모 조사구와 2023년 5월부터 9월까지의 짧은 관측 기간을 연구 한계로 제시했다.

산불 뒤 토사 유출 위험은 발수성 하나가 아니라 지표 덮개의 소실, 토양 구조 변화, 경사와 지질, 비의 강도와 지속시간이 겹치는 정도에 따라 달라진다. 특히 짧고 강한 비는 토양이 충분히 젖기 전에도 표면 유출을 급격히 키울 수 있다. 식생과 낙엽층이 회복되고 발수성이 약해지면 빗물 침투는 늘고 유출은 줄어든다.