얼음은 물이 상태 변화를 거쳐 만드는 고체 물질이다.[1] 표준 압력에서 물은 0°C 부근에서 얼고, 얼음의 분자 배열은 액체 물보다 더 열린 결정 구조를 이룬다.[1][2] 그 결과 얼음은 밀도가 낮아 물 위에 떠 있으며, 이 성질은 호수와 바다의 결빙 양상을 크게 바꾼다.[2][3]
얼음은 열역학과 물리학의 성질이 한 번에 드러나는 대표적인 자연 현상이다. 얼음이 생기는 조건은 기온, 염분, 압력, 불순물의 양에 따라 달라지며, 바닷물은 담수보다 더 낮은 온도에서 얼기 시작한다.[3] 이 차이는 해빙과 호수 얼음, 그리고 극지방의 계절 변화를 이해하는 데 중요하다.
1. 개요
얼음의 결정 구조는 수소 결합으로 유지되는 규칙적인 배열을 바탕으로 한다.[1] 이 배열은 액체 상태보다 덜 조밀하므로 같은 질량이라도 더 많은 부피를 차지한다.[1][2] 물이 얼면 부피가 늘어나는 이유도 여기에 있다. 겨울철에 파이프가 터지거나 암석 틈이 벌어지는 현상은 이 팽창 성질과 연결된다.
대부분의 물질은 고체가 되면 더 조밀해지지만, 물은 예외적으로 얼 때 가벼워진다.[2] 그래서 얼음은 표면부터 형성되고, 아래쪽의 액체층은 비교적 오래 남는다. 이 특성은 수권 전체의 열 보존과 생물 서식에 유리하게 작용하며, 수생 생물이 겨울을 견디는 데 중요한 완충 장치가 된다.
2. 생성과 형태
얼음은 물이 충분히 차가운 환경에서 핵생성과 성장을 거치며 만들어진다. 대기 중에서는 구름 속 과냉각 물방울이 얼어 눈이나 우박이 되고, 지표에서는 호수, 강, 토양 공극, 해양 표면에서 서로 다른 얼음이 발달한다.[1][3] 조건에 따라 서리, 성에, 강얼음, 해빙, 빙하 얼음처럼 형태가 크게 달라진다.
바닷물의 결빙은 염분 때문에 담수보다 늦게 시작된다.[3] 물이 얼 때 소금은 대부분 남아 주변 해수의 성질을 바꾸고, 이것이 해수의 밀도와 순환에도 영향을 준다.[3] 그래서 얼음의 형성은 단순한 국지적 냉각이 아니라 물순환과 해양 순환을 바꾸는 과정이기도 하다.
3. 지구 시스템에서의 역할
눈과 얼음, 빙권은 태양빛을 되돌려 보내는 알베도가 높아 지구의 복사 균형을 조절한다.[4] 넓은 얼음 표면은 더 많은 에너지를 반사해 지표를 덜 데우고, 반대로 얼음이 줄어들면 어두운 지표나 바다가 더 많은 열을 흡수한다. 이 과정은 기후 시스템의 냉각과 가열을 동시에 좌우한다.[4]
육상 빙하와 계절성 해빙은 얼음이 단순한 고체가 아니라 지구의 담수 저장고라는 점도 보여 준다.[4] 이 얼음이 녹으면 해수면 상승에 기여하고, 산악 지역에서는 하류 수자원과 하천 유량의 계절성을 좌우한다.[4] 따라서 얼음은 기후 변화의 결과이면서, 그 변화를 더 크게 만드는 매개이기도 하다.
4. 활용과 관측
5. 분류와 관측
7. 인용 및 각주
[1] Encyclopædia Britannica, Ice, www.britannica.com(새 탭에서 열림)
[2] U.S. Geological Survey, Water Density, www.usgs.gov(새 탭에서 열림)
[3] NOAA Ocean Service, Can the ocean freeze?, oceanservice.noaa.gov(새 탭에서 열림)
[4] NASA Science, Snow and Ice, science.nasa.gov(새 탭에서 열림)