알고 보면 더 신비로운 얼음과 눈에 관한 과학상식 5가지

겨울이면 흔하게 만나는 이 차갑고 하얀 물의 또 다른 얼굴 속에는, 알고 나면 얼음 한 조각도 다시 보게 되는 과학이 얼어 있습니다

우리는 냉장고 속 얼음부터 겨울날 내리는 눈까지 얼어붙은 물을 참 자주 만납니다. 너무나 익숙해서 그저 차갑고 하얀 물이라고만 생각하기 쉽지만, 얼음은 사실 물이라는 물질이 보여주는 아주 특별하고 예외적인 모습입니다. 그 안에는 물고기를 겨울에도 살아남게 하는 비밀부터 눈송이가 왜 여섯 갈래인지에 대한 답까지, 알고 나면 감탄하게 되는 과학이 가득 담겨 있습니다. 오늘은 알고 나면 얼음과 눈이 조금 다르게 보일, 다섯 가지 과학상식을 소개합니다.

1. 물은 얼면 오히려 부피가 커집니다

세상의 거의 모든 물질은 얼어서 고체가 되면 부피가 줄어들고 무거워집니다. 그런데 물은 정반대로 얼면 부피가 약 9퍼센트나 늘어납니다. 물 분자들이 얼면서 서로 손을 잡듯 규칙적인 육각형 구조로 배열되는데, 이 구조가 오히려 분자 사이에 빈 공간을 만들어 내기 때문입니다. 그래서 얼음은 물보다 가벼워 물 위에 뜨게 됩니다. 겨울에 얼어붙은 호수의 표면만 얼고 그 아래 물속에서 물고기가 살아남을 수 있는 것도, 얼음이 물 위에 떠서 아래쪽을 이불처럼 덮어 주기 때문입니다.

2. 눈송이는 언제나 여섯 갈래입니다

하늘에서 내리는 눈송이를 확대해 보면 저마다 모양은 다르지만 한 가지 공통점이 있습니다. 바로 여섯 개의 팔을 가진 육각형이라는 점입니다. 이는 물 분자가 얼 때 산소와 수소가 육각형 구조로 결합하려는 성질을 갖고 있기 때문입니다. 눈송이가 구름 속에서 만들어지며 떨어지는 동안 온도와 습도에 따라 팔의 모양이 조금씩 다르게 자라지만, 여섯 갈래라는 기본 뼈대만은 변하지 않습니다. 세상에 똑같은 눈송이는 하나도 없다고 하면서도 모두가 여섯 갈래인 이유가 바로 여기에 있습니다.

3. 얼음이 미끄러운 이유는 아직도 완전히 밝혀지지 않았습니다

얼음판 위에서 미끄러지는 것은 누구나 겪어 본 일이지만, 정작 얼음이 왜 그토록 미끄러운지는 오랫동안 과학자들을 고민하게 만든 문제였습니다. 오랫동안 압력을 받으면 얼음 표면이 살짝 녹아 물의 막이 생겨 미끄럽다고 여겨졌지만, 최근 연구에 따르면 얼음 표면에는 압력과 상관없이 원래부터 아주 얇은 물 같은 층이 존재한다는 사실이 밝혀졌습니다. 이 표면 층의 분자들은 안쪽 얼음처럼 단단히 붙잡혀 있지 않아 자유롭게 움직이며 미끄러움을 만듭니다. 스케이트가 매끄럽게 나아가는 순간에도, 아직 과학이 다 풀지 못한 신비가 발밑에 깔려 있는 셈입니다.

4. 뜨거운 물이 찬물보다 빨리 얼 때가 있습니다

상식적으로는 찬물이 뜨거운 물보다 먼저 얼 것 같지만, 어떤 조건에서는 뜨거운 물이 오히려 더 빨리 얼어붙는 신기한 현상이 나타납니다. 이 현상은 그것을 관찰한 학생의 이름을 따 음펨바 효과라고 불립니다. 뜨거운 물이 증발하면서 양이 줄어들거나, 물에 녹아 있던 기체가 빠져나가거나, 물 속에서 온도가 도는 방식이 달라지는 등 여러 원인이 복합적으로 작용하는 것으로 추정됩니다. 다만 아직도 완벽하게 설명되지는 않아, 얼음이라는 익숙한 대상 속에 여전히 풀리지 않은 수수께끼가 남아 있음을 보여 줍니다.

5. 오래된 얼음은 파란빛을 띱니다

빙하나 오래 눌린 두꺼운 얼음을 보면 유리처럼 투명한 것이 아니라 은은한 파란빛을 띠는 경우가 많습니다. 이는 하늘이 파란 것과 비슷한 이유로, 빛이 두꺼운 얼음을 통과하는 동안 붉은 계열의 빛은 얼음에 흡수되어 사라지고 파란 계열의 빛만 살아남아 우리 눈에 도달하기 때문입니다. 특히 오랜 세월 무거운 압력에 눌린 빙하 속 얼음은 내부의 공기 방울이 빠져나가 더욱 촘촘하고 투명해지는데, 그럴수록 파란빛이 더 선명하게 드러납니다. 남극이나 빙하 지대의 얼음이 보석처럼 푸르게 빛나는 것은 바로 이 때문입니다.

---

얼음과 눈은 겨울이면 누구나 만나는 흔한 존재지만, 그 차갑고 하얀 표면 아래에는 물이라는 물질의 예외적인 성질이 고스란히 담겨 있습니다. 얼면 오히려 가벼워지는 신비, 언제나 여섯 갈래로 피어나는 눈송이, 아직 완전히 풀리지 않은 미끄러움의 비밀, 뜨거운 물이 먼저 어는 뜻밖의 현상, 그리고 세월이 빚어낸 파란빛까지. 다음에 얼음 한 조각이나 창밖에 내리는 눈을 마주하게 된다면, 그 안에 얼어 있는 이 놀라운 과학을 한 번쯤 떠올려 보면 어떨까요.