얼음낚시를 할 때 호수 아래쪽의 물이 얼지 않고 기온보다 따뜻하게 유지되는 이유를 물이 4도에서 부피가 가장 작고 밀도가 가장 커지는 특성과 연관 지어 설명해 주세요.

Question

얼음낚시를 할 때 호수 아래쪽의 물이 얼지 않고 기온보다 따뜻하게 유지되는 이유를 물이 4도에서 부피가 가장 작고 밀도가 가장 커지는 특성과 연관 지어 설명해 주세요.

Answer 1

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

겨울철 기온이 영하로 내려가도 호수 아래쪽의 물이 얼지 않고 비교적 따뜻하게 유지되는 것은 물이 가진 독특한 밀도 변화 특성 때문입니다. 일반적인 물질은 온도가 낮아질수록 부피가 줄어들고 밀도가 커지지만, 물은 4도에서 부피가 가장 작고 밀도가 가장 커지는 예외적인 성질을 가지고 있습니다.

​날씨가 추워지면 호수 표면의 물이 먼저 식으면서 밀도가 높아져 아래로 가라앉고, 아래에 있던 따뜻한 물이 위로 올라오는 대류 현상이 일어납니다. 이 과정은 호수 전체의 물 온도가 밀도가 가장 큰 4도가 될 때까지 반복됩니다. 결국 밀도가 가장 높은 4도의 물은 호수 바닥에 차곡차곡 쌓이게 됩니다.

​이후 표면의 물 온도가 4도보다 더 낮아지면 물은 오히려 부피가 늘어나고 밀도가 작아져 가벼워집니다. 따라서 가벼워진 찬 물은 아래로 내려가지 못하고 표면에 머물다가 0도에 이르러 얼음으로 변합니다. 이렇게 표면에 얼어붙은 얼음은 외부의 차가운 공기를 막아주는 훌륭한 단열재 역할을 하게 됩니다.

​결과적으로 표면의 얼음이 지붕처럼 냉기를 차단해 주기 때문에, 그 아래쪽 깊은 곳은 밀도가 가장 커서 가라앉았던 4도의 물이 얼지 않고 그대로 유지됩니다. 이 덕분에 한겨울에도 물고기들이 얼지 않은 물속에서 생명을 유지할 수 있고, 우리는 표면의 얼음을 뚫고 얼음낚시를 즐길 수 있습니다.