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학습자료/과학

물위에 떠오른 부분만 봐도 빙산 전체의 크기를 알 수 있어요!

대한민국 교육부 2015. 6. 30. 14:31


물위에 떠오른 부분만 봐도 

빙산 전체의 크기를 알 수 있어요!



눈이 녹지 않고 굳어서 생긴 두꺼운 얼음 덩어리를 ‘빙하’라 합니다. 이 빙하는 바다 근처에서 녹지 않고 떨어져 나와 떠다니기도 합니다. 이렇게 떨어져 나와 바다에 떠 있는 얼음 덩어리를 ‘빙산’이라고 합니다. 지구에 있는 담수의 많은 부분이 이렇게 빙하와 만년설로 얼어 있습니다. 우리는 종종 지구 온난화로 빙하가 녹고 있다는 뉴스를 접하면서 빙하와 빙산이 녹는 모습을 보게 됩니다. 그런데, 어떻게 그렇게 크고 무거워 보이는 빙하와 빙산이 물에 떠 있을 수 있을까요?

 


■ 부피가 커지는 얼음

물은 대부분의 다른 물질과 달리 매우 독특한 물질입니다. 대부분의 물질은 액체에서 고체로 변화될 때 부피가 줄어듭니다. 하지만 물은 액체에서 고체로 변화될 때 부피가 증가합니다. 물을 유리병에 가득 넣은 후 냉장고에 얼렸을 때, 유리병이 깨지는 경우가 있는데, 물이 액체 상태에서 고체 상태로 변하면서 부피가 늘어났기 때문입니다. 물 분자는 한 개의 산소 원자와 두 개의 수소 원자로 이루어져 있습니다. 물의 온도가 내려감에 따라, 불규칙하게 움직이던 물 분자들이 규칙적으로 배열되면서 고체인 얼음이 되는데, 이때 물 분자의 구조적인 특징 때문에 배열된 분자들 사이에 공간이 생기게 되고, 이로 인해 부피가 늘어나게 됩니다. 


▲상태에 따른 물 분자 구조(출처: 에듀넷)



■ 물과 얼음의 밀도

밀도는 질량을 부피로 나눈 값으로 질량이 같을 경우, 부피가 증가하면 밀도가 감소합니다. 뗏목이 물에 뜨는 것은 뗏목을 이루고 있는 나무의 밀도가 물의 밀도보다 작기 때문입니다. 반대로 암석은 물보다 밀도가 크기 때문에 암석을 물에 넣으면 아래로 가라앉습니다. 얼음은 같은 질량의 물보다 부피가 더 크기 때문에 물과 얼음의 밀도를 비교하면 물보다 얼음의 밀도가 작습니다. 이 때문에 얼음은 물 위에 뜨게 됩니다. 


만약 얼음의 밀도가 물의 밀도보다 커서 물에 가라앉는다면 어떤 일이 일어날지 상상해 봅시다. 겨울 호수의 물고기들은 어떻게 될까요? 아마도 물이 얼음으로 얼 때마다 얼음을 피하기 위해 요리조리 도망 다녀야 할 것입니다. 호수 표면의 얼음이 밑으로 가라앉게 될 것이기 때문입니다. ‘빙산의 일각’이라는 말을 본 적이 있지요? 대부분이 숨겨져 있어 바깥으로 나타나 있는 것이 매우 적을 때 쓰는 말입니다. 


이 말 속에는 과학적인 원리가 담겨 있습니다. 얼음의 밀도가 물의 밀도보다 크다면, 바다의 빙산도 바다 깊은 속으로 가라앉았을 것입니다. 하지만 얼음의 밀도가 물의 밀도보다 작기 때문에 빙산은 물에 떠오릅니다. 만약 담수에 빙산을 놓는다면 빙산의 약 90%는 물속에 잠기고 약 10% 정도만 수면 밖으로 보입니다. 담수에서는 왜 빙산의 약 10%만 수면 위로 나오게 되는 것일까요? 이것은 바로 얼음의 밀도가 물의 밀도보다 약 10% 정도 작기 때문입니다.


▲뗏목과 암석과 빙하(출처: 에듀넷)


이것은 아르키메데스가 목욕탕에서 발견한 부력의 원리로도 설명할 수 있습니다. 이 원리는 물속에 들어간 물체의 부피와 같은 양의 물이 물체를 밀어 올리는 힘을 발생시킨다는 것입니다. 이 때 부력의 크기는 물속에 잠긴 물체의 부피에 해당되는 물의 무게와 같습니다. 즉, 물에 잠긴 물체의 부피가 10mL라면 이 물체는 물 10mL의 무게만큼 부력을 받습니다. 물의 밀도는 1g/mL이므로 물 10mL의 질량은 10g이 됩니다. 100g의 얼음을 물속에 넣는 경우를 생각하여 봅시다. 100g의 얼음의 부피는 약 110mL입니다. 물이 100g의 얼음을 떠받치기 위해서는 100ml의 부피만 물에 잠기면 됩니다. 그래서 부피가 110ml인 얼음은 100ml는 물속에, 10ml는 물 밖으로 나오게 되는 것입니다. 


공중에서 본 빙하(그린란드, Sarqarput 해협)(출처: 에듀넷)



[자료출처: 에듀넷]






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