지난 21일, 한강에서 올겨울 들어 처음으로 결빙이 관측됐다. 결빙은 얼음의 두께와는 관계없이 얼음이 얼어 강물을 볼 수 없는 상태. 서울이 영하 10도 아래로 내려간 지 나흘째에 결빙이 일어난 것이다.

 

한강의 결빙은 서울 용산구와 동작구를 잇는 한강대교의 동작구 방향에서 2번째와 4번째 교각 사이 상류 쪽으로 100m 지점에 얼음이 언 경우에 인정된다. 이유는 이곳이 한강에서 가장 나중에 얼음이 어는 장소이기 때문. 이곳은 유속(물이 흐르는 속도)이 빨라 얼음이 여간해서는 얼지 않기 때문에 이곳까지 얼음이 언다는 것은 그만큼 날씨가 춥다는 사실을 의미한다.

 

물은 온도가 0도 아래로 내려가면 얼음으로 변한다. 그런데 왜 한강은 기온이 영하 10도가 되어도 여간해서는 얼지 않는 걸까. 그 이유를 알아보자.

 

 

흔들리면 엉겨 붙기 힘든 물 분자

 

 

한강이 쉽게 얼지 않는 이유는 ‘끊임없이 움직이고 있기 때문’이다.

 

고정된 컵 안에 물을 부었다고 상상해보자. 컵 안에 든 물 분자들은 점점 운동을 멈추며 운동 속도가 줄어든다. 온도가 0도 아래로 내려가면 물 분자들은 서로를 끌어당겨 얼음으로 변한다. 운동 속도가 느린 물 분자들이 힘들이지 않고 얼음으로 변하는 것.

 

반면 강물처럼 흐르는 물은 물 분자가 움직이면서 쉽사리 서로를 끌어당기지 못한다. 겨울철에 수도 동파를 방지하기 위해 수도꼭지를 살짝 틀어놓아 물이 졸졸 흐르게 하는 것도 마찬가지 원리. 물 분자가 끊임없이 움직이게 함으로써 얼어붙는 것을 막기 위함이다. 상류에서 하류로 끊임없이 흐르는 한강도 같은 이유로 쉽게 얼지 않는 것.

 

한강이 잘 얼지 않는 것은 ‘대류 현상’에서도 비롯된다. 물이나 공기처럼 흐르는 물질에서 일어나는 대류 현상은 차가운 것은 무거워지면서 밑으로 내려가고 더운 것은 가벼워져 위로 올라가는 현상이다. 겨울철 찬 공기와 마주하는 강물의 위쪽은 금방 차가워지면서 강물의 아래쪽으로 내려간다. 반면 강 밑의 상대적으로 따뜻한 물은 위로 올라간다. 그 결과 물 분자들이 이리저리 움직이면서 쉽게 얼음으로 변하지 못하는 것이다.

 

 

4도가 되면 변신하는 ‘물’

 

그럼에도 불구하고 한강은 왜 얼었을까? 그리고 물 아래가 아닌 위에서부터 얼기 시작한 이유가 있을까?

 

앞에서 보듯 더워지면 가벼워지고 차가워지면 무거워지는 물의 성질은 물의 온도가 4도 이하로 내려가면 갑자기 반대가 된다. 차가워질수록 무거워지지 않고 도리어 가벼워지는 것. 물이 4도를 지나 0도까지 떨어져 얼음으로 변하면 얼음은 물에 비해 가벼워진다. 물 위에 차가운 얼음을 넣으면 물 위에 얼음이 둥둥 뜨는 것도 이런 성질 때문이다.

 

찬 바람에 강물 위쪽의 온도가 4도 아래로 내려가면 이런 물의 특성으로 대류작용이 점점 멈추게 된다. 차가운 강물이 내려가지 않고 도리어 가벼워져 위쪽에 계속 떠 있게 되는 것. 위쪽에서 머무는 강물의 온도가 0도까지 떨어지면 얼음이 언다. 한강이 윗부분부터 어는 이유다.

 

한강이 최근에서야 얼게 된 것은 물의 온도가 4도 이하로 떨어지는 데까지 시간이 걸렸기 때문.

 

▶김보민 기자 gomin@donga.com·김율 인턴기자

도움말=안명환 이화여대 대기과학공학과 교수

 

어린이동아 취재팀 kids@donga.com

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