안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.
한겨울 호수 바닥의 물이 얼지 않는 원리는 4°C에서 물의 밀도가 가장 커지는 물의 이상 팽창 현상과 얼음의 단열 효과 때문입니다. 이와 관련하여 자세히 설명해 드릴게요.
일반적인 물질은 온도가 낮아질수록 가라앉지만, 물은 온도가 내려가다가 4°C에 도달할 때 밀도가 가장 커지고 무게가 가장 무거워지며, 4°C보다 더 차가워져 0°C에 가까워지면 오히려 수소 결합으로 인해 육각형 결정 구조를 형성하며 부피가 늘어나고 밀도가 낮아집니다. 기온이 내려가 수면 근처의 물이 식어 4°C가 되면, 가장 무거워진 이 물이 호수 바닥으로 가라앉습니다. 바닥으로 침전된 4°C의 물 때문에 호수 바닥부터 온도가 차곡차곡 채워져, 전체 수온이 4°C에 도달한 후 수면의 물이 더 낮아지면, 이 물은 4°C 물보다 가벼워지므로 바닥으로 내려가지 못하고 수면에 그대로 머물러 가장 차가운 수면 표면의 물부터 얼기 시작하고, 생성된 얼음 역시 액체 상태의 물보다 밀도가 낮아 물 위에 떠 있게 됩니다.
수면에 형성된 얼음 층과 그 위에 쌓이는 눈은 외부의 매서운 영하의 공기를 차단하는 천연 단열재 역할을 하기 때문에 외부 기온이 영하 수십 도까지 떨어져도 얼음 아래 깊은 바닥 쪽은 약 4°C의 따뜻한 생태 환경을 그대로 유지할 수 있어 물고기와 수중 생물들이 생명을 유지할 수 있습니다.