안녕하세요. 원형석 과학전문가입니다.
바다나 강이나 다같이 물로 되어 있습니다.
순수한 물이 얼고 녹는 온도는 0도 C 입니다.
그런데 바닷물에는 소금기가 들어있고, 그 소금기가 들어 있으면 물(소금물)이 어는 온도가 약간 내려갑니다.
즉 3.5%의 소금을 포함한 바닷물의 빙점, 즉 바닷물이 어는 온도는 -1.91℃ 입니다.
보통의 물인 강물이 어는 온도보다 약 2°가량 낮은 온도에서 어는 것입니다.(이것을 소금물의 빙점강하
또는 융점강하라 부른다).
따라서 추운 겨울날 바깥기온이 영하 10℃라던가 영하 15℃쯤으로 내려가면 강물뿐만 아니라 바닷물도
얼것이 예상됩니다.
그런데도 누구나 다 아는 것처럼 우리나라에서는 아무리 추운 날에도 바닷물은 절대로 얼지 않습니다.
강물이 꽁꽁 얼어붙은 날에도 말입니다. 왜 그럴까요?
1. 물의 비중은 4℃때 가장 무겁습니다.
이것을 알려면 먼저 호숫가나 강가의 물이 어떻게 어는가를 먼저 살펴볼 필요가 있습니다.
강물이 어는 것을 살펴보면 강물은 반드시 위로부터 얼지 밑바닥에서부터는 절대 얼지 않습니다.
이것은 물론 호수의 경우에도 마찬가지입니다. 왜 그럴까요?
그것은 물의 특성 때문입니다. 즉, 물은 4℃때 (정확하게는 3.98℃때) 가장 무겁습니다(비중 또는 밀도가
가장 크다고 한다). 쉽게 말해 물의 무게는 4℃보다 3℃, 3℃보다 2℃, 2℃보다 1℃, 1℃보다 9℃ 등
4℃(3.98℃)와 이하에서는 온도가 낮아질수록 가벼워집니다. 한편 4℃(3.98℃)이상에서는 6℃보다 5℃,
5℃보다 4℃, 4℃보다 3.98℃때 등 동도가 낮아질수록 물의 무게는 무거워집니다. 바로 이 점에 호숫가의
물이 수면 윗쪽부터 얼게 되는 비밀이 들어 있습니다.
즉 그 이유는 이렇습니다. 어느 겨울날 밤 바깥 기온이 갑자기 낮아져서 영하의 온도인 -10℃가 되었다 합시다.
그러면 호수표면에 있던 물의 온도는 바깥공기 때문에 그 온도가 내려갑니다. 가령 호숫가의 온도가 주간에
8℃였다면 이 호숫가의 표면의 온도는 8℃에서 7℃로, 7℃에서 6℃, 6℃에서 5℃, 5℃에서 4℃로 내려갑니다.
그런데 온도가 6℃에서 5℃로 내려가면 5℃의 물은 6℃ 때보다 무거우므로 5℃로 온도가 떨어진 물은 곧
호수밑으로 가라앉습니다. 그대신 호수 밑에 있던 6℃이상의 가벼운 물이 위로 올라옵니다. 따라서 호수
전체의 물의 온도가 6℃가 될 때까지 이런 대류현상은 계속됩니다.
호수전체의 물의 온도가 모두 5℃가 되면 이번에는 호수표면에 있던 물의 온도가 다시 4℃로 떨어집니다.
4℃의 물은 5℃의 물보다 무거우므로 밑으로 가라앉고 그 대신 호수 밑에 있던 5℃ 이상의 물이 위로 올라
옵니다. 호수의 물은 이런 대류과정을 되풀이 하는 결과 6℃→5℃→4℃→3.98℃로 냉각이 됩니다.
