그냥 쌓인 눈 대비 밟힌 눈은 왜 잘 안녹나요?
안녕하세요
요즘 날씨가 추워서 눈이 오락가락 하는데요
눈이 쌓여잇다사 녹는걸 보면 안 밟은 눈은 금방녹던데요
밟힌눈은 더 늦게녹는데 그 원리가 무엇인가요?
안녕하세요.
신선하게 쌓인 눈(Accumulater Snow)은 수많은 눈 결정(Snow Crystal)들이 느슨하게 쌓여 있는 상태입니다. 이때 눈 사이에는 많은 공기층이 포함되어 있으며, 공기는 열전도율(Thermal Conductivity)이 매우 낮기 때문에 외부의 열이 쉽게 전달되지 않습니다. 이러한 공기층이 단열(Insulation) 역할을 하여, 신선한 눈이 상대적으로 빨리 외부 온도에 반응하여 녹게 됩니다.
반면, 눈을 밟으면 눈 결정이 압축되어 밀도가 증가하고, 공기층이 줄어들면서 더 단단한 얼음 상태에 가까운 구조로 변화하게 됩니다. 압축된 눈은 공기층이 적기 때문에 외부의 열이 내부로 쉽게 전달되지 않으며, 열이 머무르기 어려운 구조를 형성하게 됩니다. 이러한 특성 때문에 밟힌 눈은 열이 더디게 전달되며, 결과적으로 녹는 속도가 느려집니다.
또한, 밟힌 눈은 단순히 밀도가 높아지는 것뿐만 아니라, 압력에 의해 일부 눈 결정이 녹았다가 다시 얼어붙으면서 얼음처럼 변하게 됩니다. 눈은 헬름홀츠 자유에너지(Helmholtz Free Energy)의 원리에 따라 외부의 압력이 가해지면 녹는점(Melting Point)이 일시적으로 낮아지게 됩니다. 즉, 사람이 눈을 밟을 때 발에 의해 가해지는 압력으로 인해 눈이 순간적으로 녹을 수 있으며, 이후 온도가 낮아지면서 다시 얼어붙는 과정이 반복됩니다. 이 과정에서 눈은 점점 더 단단하고 밀도가 높은 얼음층으로 변하여, 처음보다 훨씬 낮은 온도에서도 녹지 않는 특성을 가지게 됩니다.
끝으로, 표면 반사율(Albedo)의 차이도 중요한 요소입니다. 깨끗한 신선한 눈은 태양광을 약 80~90% 정도 반사하는 높은 반사율을 가지고 있습니다. 하지만 밟힌 눈은 밀도가 높아지고 표면이 매끄럽거나 얼음처럼 변하면서, 태양광을 더 많이 흡수하게 됩니다. 그러나 이러한 흡수율 증가에도 불구하고, 앞서 설명한 밀도 증가와 공기층 감소로 인해 실제 열전달이 원활하지 않아 쉽게 녹지 않는 결과를 초래합니다.
이러한 연구와 심도 있는 내용들을 접하고 싶으시다면 Snow and Ice Physics (Colbeck, 1997, Cambridge University Press) 또는 The Physics of Ice and Snow (Petrenko & Whitworth, 2002, Oxford University Press) 등의 책에서 다루어지고 있으며, Jounal of Glaciology와 같은 저널을 추천드립니다.