온도가 0℃ 아래로 내려가면 물은 얼기 시작한다. 물병에 물을 담아 냉장고의 냉장실에 넣어두면 병의 가장자리 부분부터 얼기 시작하여 병 안의 물 전체가 얼게 된다. 그러면 냇가나 호수의 물은 어떤 과정을 통해 얼까?
물은 특이하게도 온도가 4℃일 때 가장 무겁다. 차가운 공기와 만나는 호수 표면의 물 온도가 내려가 4℃가 되면 아래쪽의 물보다 무거워지기 때문에 아래로 내려간다. 이렇게 호수의 물 전체가 4℃가 될 때까지 물은 아래 위로 위치 교환을 계속한다.
호수의 물 전체가 4℃가 되면 위치 교환은 멈추게 되고 표면의 온도가 0℃가 되면 표면부터 얼기 시작한다. 날씨가 추워져 점점 온도가 내려갈수록 얼음의 두께는 두꺼워지지만 어느 정도 두께로 얼면 그 얼음의 단열 효과로 아래 부분은 얼지 않고 있어서 물고기가 겨울을 지낼 수 있게 해준다.
평균기온이 영하 23℃인 남극대륙은 평균 2,000m의 두꺼운 얼음으로 덮여있다. 그러나 얼음의 압력과 땅의 열에 의해 얼음 속 아주 깊은 곳에 호수가 형성되어 미생물이 살기도 한다. 가장 두꺼운 얼음의 두께는 4,000m 정도나 된다고 한다.
자연의 이치는 참으로 오묘하다.
만약 물이 4℃에서 가장 무겁지 않고 온도가 내려갈수록 무거워진다면 표면에서 생긴 얼음은 가장 밑바닥으로 가라앉고 다시 표면이 얼어 가라앉는 과정을 되풀이 할 것이다. 만약 호수의 물이 모두 얼어붙는다면 호수에 살고 있는 물고기들은 모두 사라졌을 것이다.
□ 탐구응용 퀴즈
1. 남극의 얼음이 다 녹으면 바다는 어떻게 될까?
2. 요즘 하천의 물이 잘 얼지 않는 까닭을 생각해보자?
□ 1번 답 : 남극의 얼음이 다 녹으면 해수면이 약 60~70m가 높아질 것으로 예측하고 있다.
□ 2번 답 : 깨끗한 시냇물은 잘 얼고 소금이 섞여있는 바닷물은 잘 얼지 않는다. 즉, 불순물이 섞여있는 물은 어는점이 내려간다. 오염된 하천의 물에는 불순물이 많아 잘 얼지 않는다.
/ 전관수(국립중앙과학관 이공학전시연구팀장)
소년조선일보ㆍ국립중앙과학관 공동기획
