앗! 세상에 이런 얼음이?

2013.08.12 00:26

 

물에 얼음이 뜬다는 당연한 사실이 자연에서는 아주 특이한 현상이다
물에 얼음이 뜬다는 당연한 사실이 자연에서는 아주 특이한 현상이다

뜨거운 여름, 물 위에 둥둥 띄운 얼음과 함께 마시는 냉수는 한여름 무더위를 한 방에 날려줄 정도로 시원하다. 그런데 ‘물에 얼음이 뜬다’는 당연한 사실이 자연에서는 아주 특이한 현상이다. 대부분의 물질은 고체가 액체보다 무거워 가라앉기 때문이다. 

  

물에 가라앉는 얼음

물은 얼면서 부피가 9% 늘어난다. 물 분자의 결정구조가 육각형으로 바뀌면서 물보다 분자들 사이의 거리가 멀어져 밀도가 낮아지고 물에 뜨는 것이다. 자연에서 볼 수 있는 얼음의 결정구조는 육각형뿐이다.

 

그런데 실험실이나 특수한 상황에서는 다양한 얼음을 만들 수 있다. 지금까지 발견한 얼음의 결정구조는 20가지나 된다. 이들 중에는 오각형 결정구조의 얼음처럼 밀도가 물보다 높아 가라앉는 얼음도 있다.

 

실험실 밖에서도 얼음을 가라앉게 만들 수 있다. 물의 밀도를 1이라고 하면 알콜은 0.79, 얼음은 0.92 정도여서, 알콜이 50% 이상 들어간 위스키 같이 독한 술에 얼음을 넣으면, 술의 밀도가 얼음보다 낮아서 얼음이 바로 가라앉는다.

 

희한하고 신기한 얼음

얼음은 자연에서 그 자체로도 신기하고 희한한 모습을 만들어낸다. 공기 중 수증기가 희한하게도 꽈배기 모양의 얼기도 하고, 강이나 호수의 표면이 얼면서 박테리아 같은 불순물을 중심으로 서리가 꽃처럼 핀 모습을 보이기도 하며, 과냉각된 비가 내려 땅이나 나무, 풀 같은 곳에 닿는 순간 바로 얼어버리면서 장관을 연출하기도 한다. 과냉각은 물이 영하 이하에서도 얼음으로 바뀌지 못하고 액체를 유지하는 현상을 말한다.

 

15m 높이의 얼음은 마치 거대한 파도가 그대로 언 듯한 모습을 보여주기도 한다. 두꺼운 얼음층이 가시광선에서 붉은 빛을 흡수해 파도처럼 얼음을 파랗게 만든 것이다.

 

꽈배기 얼음. 신비로운 자연의 모습을 그대로 보여 주는 얼음이다. 공기 중 수증기가 얼어서 만들어지는 서리가 희한하게도 꽈배기 모양으로 만들어졌다. - timpeartrice 제공
꽈배기 얼음. 신비로운 자연의 모습을 그대로 보여 주는 얼음이다. 공기 중 수증기가 얼어서 만들어지는 서리가 희한하게도 꽈배기 모양으로 만들어졌다. - timpeartrice 제공

 

호수와 강에 핀 얼음꽃. 강이나 호수의 표면이 얼 때 박테리아 같은 불순물을 중심으로 서리가 꽃처럼 피는 현상이 나타나기도 한다. - 미국워싱턴대학교 제공
호수와 강에 핀 얼음꽃. 강이나 호수의 표면이 얼 때 박테리아 같은 불순물을 중심으로 서리가 꽃처럼 피는 현상이 나타나기도 한다. - 미국워싱턴대학교 제공

 

얼음비를 맞은 나무. 과냉각된 비가 내려 땅이나 나무, 풀 같은 곳에 닿는 순간 바로 얼어버렸다. 과냉각은 물이 영하 이하에서도 얼음으로 바뀌지 못하고 액체를 유지하는 현상을 말한다. - Matthew Bietz 제공
얼음비를 맞은 나무. 과냉각된 비가 내려 땅이나 나무, 풀 같은 곳에 닿는 순간 바로 얼어버렸다. 과냉각은 물이 영하 이하에서도 얼음으로 바뀌지 못하고 액체를 유지하는 현상을 말한다. - Matthew Bietz 제공

 

두꺼운 얼음층이 붉은 빛을 흡수해 얼음이 파랗게 보이는 얼음이 마치 15m 높이의 거대한 파도가 그대로 언 듯하다. 프랑스 남극기지의 과학자 토니 트라뷰일리옹이 2004년에 남극에서 찍은 사진을 자신의 홈페이지에 공개하면서 알려졌다. - Tony Travouillon 제공
두꺼운 얼음층이 붉은 빛을 흡수해 얼음이 파랗게 보이는 얼음이 마치 15m 높이의 거대한 파도가 그대로 언 듯하다. 프랑스 남극기지의 과학자 토니 트라뷰일리옹이 2004년에 남극에서 찍은 사진을 자신의 홈페이지에 공개하면서 알려졌다. - Tony Travouillon 제공

 

세계에서 가장 오래된 스웨덴의 키루나 유카스야르비 얼음 호텔. - Ruben Laguna 제공
세계에서 가장 오래된 스웨덴의 키루나 유카스야르비 얼음 호텔. - Ruben Laguna 제공

 

얼음은 수소를 저장하거나 폐수를 처리하는 데 사용할 정도로 쓰임새가 다양하다. 수소는 폭발성이 강한데 얼음에 가두면 안정적으로 이용할 수 있고, 얼음결정화 기술로 폐수를 처리하면 기존 방법보다 에너지를 50% 이상 줄일 수 있다.

 

거꾸로 자라는 고드름, 불타는 얼음…

사람들은 눈과 얼음으로 호텔을 운영하기도 한다. 스웨덴의 키루나 유카스야르비 얼음 호텔은 세계에서 가장 오래된 얼음 호텔이다. 1990년 한 조각가가 얼어붙은 강에 이글루를 지었는데, 여기서 한 부부가 순록 털을 깔고 하룻밤을 지내면서부터 얼음 호텔이 시작됐다고 한다. 방 온도가 영하 4~9℃인데도 바깥 기온이 영하 30~40℃여서 아늑한 편이며, 하룻밤 숙박비는 무려 40~50만 원이다.

 

어린이과학동아 8월 15일자 특집 ‘앗! 세상에 이런 얼음이?’에서는 물에 가라앉는 얼음 말고도 거꾸로 자라는 고드름, 불타는 얼음, 에너지 저장과 청소에 이용되는 얼음 같이 기존의 상식을 깨는 희한한 얼음들을 만날 수 있다. 또 매끄러운 표면인데도 얼음 위에서는 스케이트를 탈 수 있지만 대리석 위에서는 탈 수 없는 이유도 알 수 있다.

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