찬물이 가라앉는다면 Rice Lake는 왜 바닥부터 얼지 않을까요? 사실 그럴 수도 있었습니다. USGS는 이렇게 설명합니다. 물이 어는점에서 밀도가 가장 높다면 "호수 표면의 아주 차가운 물이 가라앉을" 것이고, 호수는 바닥부터 얼 수 있다는 것입니다. (USGS Water Science School) 물은 그렇게 움직이지 않는데, 이상한 성질 하나 때문입니다. 담수는 0°C(32°F)가 아니라 약 4°C(39°F)에서 밀도가 가장 높습니다. 4°C 아래로 식으면 다시 가벼워집니다.
찬물이 가라앉는다면 Rice Lake는 왜 바닥부터 얼지 않을까요?
사실 그럴 수도 있었습니다. USGS는 이렇게 설명합니다. 물이 어는점에서 밀도가 가장 높다면 "호수 표면의 아주 차가운 물이 가라앉을" 것이고, 호수는 바닥부터 얼 수 있다는 것입니다. (USGS Water Science School)
물은 그렇게 움직이지 않는데, 이상한 성질 하나 때문입니다. 담수는 0°C(32°F)가 아니라 약 4°C(39°F)에서 밀도가 가장 높습니다. 4°C 아래로 식으면 다시 가벼워집니다. 얼면 더욱 가벼워지고, 그래서 얼음은 위에 뜨고 물고기는 겨우내 머리 위에 지붕을 이고 지냅니다. (University of Wisconsin Sea Grant, 6-7쪽)
4°C의 변덕
밀도란 주어진 공간에 질량이 얼마나 들어가느냐입니다. 똑같은 물병 두 개에 온도가 다른 물을 채우면, 밀도가 높은 쪽이 조금 더 무겁습니다.
USGS의 밀도표는 4°C(39.2°F)에서 정점을 찍습니다. 그 온도의 물은 0°C의 물보다 밀도가 높으므로, 가을에 호수가 식어 가면 4°C의 물은 바닥에 가라앉고 더 차갑고 가벼운 물은 위에 남습니다. 어는점까지 식을 만큼 차가워지는 것은 그 표면층이고, 그 아래의 물은 액체 상태로 남습니다. (USGS)
"찬물은 가라앉는다"는 오래된 말이 빠뜨리는 부분이 바로 이것입니다. 물이 어는점에 가까워지기 전까지는 맞는 말이지만, 그 뒤에는 뒤집힙니다.
얼음이 뜨는 이유
얼면서 그 뒤집힘은 더 커집니다. USGS에 따르면 물이 얼음이 될 때 분자들은 액체에서처럼 느슨하게 뒤섞이는 대신 규칙적인 격자 구조로 정렬합니다. 격자가 분자들을 더 멀리 떨어뜨려 놓기 때문에, 같은 질량이라도 얼음이 차지하는 공간이 더 큽니다. 밀도는 약 9퍼센트 낮아집니다. (USGS)
얼음 조각이나 빙산의 약 10퍼센트가 수면 위로 나오는 것도 그래서입니다. 음료에 든 얼음 조각과 저희 부두 앞의 얼음판은 같은 일을 하고 있습니다. 호수에는 깊이, 바람, 눈, 그리고 몇 달간의 날씨가 더해질 뿐입니다.
얼음은 실제로 어떻게 쌓이나
밀도는 얼음이 어디에 생길지를 정합니다. 얼음을 만드는 것은 열의 손실입니다.
Minnesota Department of Natural Resources에 쉬운 말로 된 좋은 설명이 있습니다. 늦가을에 호수는 공기 중으로 열을 내주고, 바람이 불지 않는 낮이나 밤에 얼음이 생깁니다. 호수가 열을 계속 잃는 한 얼음은 계속 두꺼워집니다. (호수 얼음은 어떻게 녹나, Minnesota DNR)
눈은 사정을 바꿉니다. DNR에 따르면 1월과 2월 대부분의 기간 동안 얼음 위의 눈은 햇빛을 반사하는 동시에 호수를 단열하며, 두꺼운 눈층이 있으면 호수가 열을 얻거나 잃는 양이 크지 않습니다. 한편 바닥의 진흙은 여름 동안 저장한 열로 물을 아주 조금 데우고 있습니다. (Minnesota DNR)
그러니 추운 밤 하루가 결빙은 아닙니다. 호수가 어는 과정을 보고 싶다면 별장의 온도계를 한 번 확인하는 것이 아니라 몇 주에 걸쳐 지켜봐야 합니다.
그리고 얼음은 바닥부터 녹습니다
대부분의 사람이 한 번도 들어 보지 못한 이야기입니다. 3월 무렵 공기가 따뜻해지고 햇볕이 강해지면 위의 눈이 녹고 빛이 얼음을 뚫고 들어오기 시작합니다. DNR은 얼음이 온실 유리처럼 작용한다고 설명합니다. 아래의 물이 따뜻해지고, 얼음이 바닥부터 녹기 시작합니다. (Minnesota DNR)
두께가 약 1030 cm(412인치)로 줄어들면 얼음은 "캔들(candles)"이라고 불리는 길쭉한 수직 결정으로 바뀝니다. 캔들 얼음은 빛이 그대로 통과해서 어둡게 보입니다. 결정들 사이로 녹은 물이 차오르면 결정들이 흩어지기 시작하고, 바람이 일면 얼음판 전체가 부서집니다. DNR은 캔들이 호수 한쪽으로 날려 가 기슭에 쌓이면서 서로 부딪쳐 짤랑거리는 소리를 내는 경우가 많다고 말합니다. (Minnesota DNR)
얼음이 풀릴 때 그 소리를 들어 보셨다면, 이제 그것이 무엇인지 아시게 되었습니다.
HBW에서 보는 것
Gores Landing의 기슭에서는 매년 겨울 이 이야기의 윗부분이 보입니다. 호수에 얇은 얼음이 덮이고, 얼음이 두꺼워지고, 눈이 오고, 봄에는 모두 다시 흘러갑니다. 보이지 않는 것은 그 얼음이 얼마나 세게 밀 수 있느냐입니다.
Rice Lake의 얼음에는 역사가 있습니다. 1850년대에 철도 다리가 Harwood에서 Tic Island를 거쳐 호수를 가로질렀는데, 개통한 지 며칠 되지 않은 1855년 1월 1일, 얼음이 다리 경간들을 어찌나 세게 밀었는지 하나가 제방 위로 4피트나 미끄러져 올라가고 철제 레일이 두 겹으로 휘어졌습니다. 얼음이 다리를 위험하게 만들었고 1860-61년에 숨통을 끊었습니다. (Cobourg and District Historical Society; Ontario Heritage Trust) 전체 이야기는 Rice Lake를 가로지르던 기차에 있습니다.
다리는 사라졌지만 옛 철도 노반과 가교의 잔해는 Tic Island 근처에 아직 그 아래에 남아 있어서, 얼음이 풀린 뒤 몇몇 곳에서는 수면 바로 몇 인치 아래에 있습니다. 믿을 수 있는 고정된 수심은 없습니다. 그래서 얼음이 풀리고 보트가 다시 들어가는 때에, 저희는 그 구간에서 속도를 줄이고 수심 측정기(sounder)를 보시라고 말씀드립니다. Rice Lake 보팅 가이드에 호수를 안전하게 운항하는 방법이 더 있습니다.
얼음이 덮여 있다고 해서 안전하다는 신호는 아닙니다
얼음이 어떻게 생기는지 안다고 해서 어떤 얼음이 내 몸무게를 견딜지 알 수 있는 것은 아닙니다. "얼음은 언제 안전한가?"라는 질문에 대한 Minnesota DNR의 답은 "확실한 답은 정말로 없다"입니다. (얼음 안전, Minnesota DNR)
Rice Lake의 얼음을 찾는 모든 분이 알아야 할, 해당 페이지의 내용입니다.
- 얼음의 강도는 겉모습, 나이, 두께, 기온, 눈이 덮였는지 여부로 판단할 수 없습니다.
- 얼음은 좀처럼 고르게 얼지 않습니다. 한 곳은 30 cm(1피트) 두께인데 몇 피트 떨어진 곳은 2
5 cm(12인치)밖에 되지 않을 수 있습니다.
- 흐르는 물 위의 얼음은 위험한 경우가 많습니다. Otonabee가 호수로 들어오는 곳을 생각해 보세요.
- 기슭 가까운 얼음이 더 먼 곳의 얼음보다 약할 수 있습니다.
- 새 얼음은 보통 오래된 얼음보다 강합니다. 맑은 새 얼음 약 10 cm(4인치)는 걸어가는 한 사람을 지탱할 수 있지만, 오래되고 일부 녹은 얼음은 30 cm(1피트) 이상이어도 지탱하지 못할 수 있습니다.
(Minnesota DNR)
DNR은 100퍼센트 안전한 얼음이라는 것은 없다고도 말합니다. 이 과학 수업을 즐기기에 가장 좋은 곳은 기슭입니다.
출처
전화: 905-342-2153
주소: 5369 Harris Boat Works Rd, Gores Landing, ON
웹사이트: harrisboatworks.ca | mercuryrepower.ca
