겨울 호수는 왜 위에서부터 얼까?

Why do lakes freeze from the top down?

겨울 호수는 왜 바닥이 아니라 위에서부터 얼음이 덮일까요?

무슨 일이 일어났나

물은 식을수록 무거워지다가, USGS 에 따르면 약 4 °C 물이 0 °C 물보다 밀도가 커서 4 °C 물이 바닥으로 가라앉습니다(NIST WebBook 999.97 대 999.84 kg/m³).

그래서 겉의 물이 4 °C 아래로 식으면 더는 가라앉지 않고 겉에 머물다 0 °C 에서 얼고, USGS 설명처럼 얼음은 물보다 밀도가 작아 물 위에 뜹니다.

시뮬레이터(대류 모형 — 시간 눈금도 모형)에서 모형 시간 2 시간 뒤 얼음은 14.4 cm(화면 144 mm), 얼음 바로 밑 물은 0 °C, 바닥 물은 4.10 °C 입니다.

USGS 는 물이 어는점에서 가장 무거웠다면 호수가 바닥부터 얼 수도 있었다고 설명합니다.

📸 진짜 모습

국제 우주 정거장에서 내려다본 몽골 북쪽의 흡스굴 호 — 넓은 호수 겉이 얼음으로 덮여 있습니다. — 국제 우주 정거장에서 내려다본 몽골 북쪽의 흡스굴 호 — 넓은 호수 겉이 얼음으로 덮여 있습니다.
출처: NASA/JSC · 퍼블릭 도메인 · NASA 그림 창고 원본 ↗

💡 생활 속 예시

한겨울 강에서 얼음낚시를 할 수 있는 것은 얼음 밑에 얼지 않은 물이 남아 있기 때문입니다.
음료수 잔에 넣은 얼음이 늘 위에 떠 있는 것도 얼음이 물보다 가볍기 때문입니다.
얼음 틀에 물을 가득 얼리면 가운데가 볼록 솟는데, 물이 얼면서 부피가 커지기 때문입니다.

확인된 값

물은 0 °C 보다 4 °C 일 때 더 무겁다(밀도가 크다) — 그래서 아래로 가라앉는다: 4 °C 출처
얼음은 물보다 가벼워(밀도가 작아) 뜬다 (USGS): 얼음이 뜸 출처
물이 어는점에서 가장 무거웠다면 호수는 바닥부터 얼었을 것 (USGS): 바닥부터 얼었을 것 출처
물 밀도 4.01 °C (NIST WebBook): 999.97 kg/m³ 출처
물 밀도 0.01 °C (NIST WebBook): 999.84 kg/m³ 출처

교육과정에서는

한국 2022 · 과학(중학교) · 물질의 상태 변화
잉글랜드 · KS3 Physics: Particle model
일본 · 小学校第4学年 A (2) 金属，水，空気と温度

출처

이어서 보기

같은 단원 · 온도와 열

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