자연 상태에서 일어나는 얼음의 형성

자연에서 얼음이 형성되는 과정

추운 겨울이 되면서 주변에 있는 호수, 연못 자그마한 웅덩이들 얼어 있는 경우를 본 적이 있다. 겨울이 되면 호수 위의 공기는 매섭게 차갑다. 증발도 줄어든다. 표면의 배타 구역은 제자리에서 움직이지 않으면서 상대적으로 안정한 배타 구역 덮개를 형성하고 있다. 마치 수조에 뚜껑을 덮어놓은 것과 비슷하다. 배타 구역 덮개는 위쪽의 찬 공기가 적외선을 방출한다. 반면 이 덮개는 아래쪽에 있는 따뜻한 물로부터 적외선을 받는다. 꽤 많은 적외선을 받아 배타 구역은 자랄 수 있다.
수심이 깊은 곳에서 유래한 적외선 때문에 물 표면에 배타 구역이 형성되고 전하가 분리된다. 양성자가 침입해 오면서 얼음이 형성되며, 이런 과정이 반복되면서 얼음이 두꺼워 진다. 다시 풀어서 말하면, 아래쪽에 쌓인 히드로늄 이온은 어디로 이동할 수 없다. 덮개가 막고 있기 떄문이다. 이들의 농도가 역치를 넘어 적당히 높으면 양성자가 빠져나와 배타 구역을 침범한다. 양성자는 배타 구역 상층부의 음전하가 가장 많은 영역에 도달한다. 양성자에 의해 호수의 상층부에서부터 얼음이 얼기 시작한다. 적외선이 계속 유입되기 때문에 배타 구역은 지속해서 자란다. 이런 방식으로 얼음이 두꺼워 진다. 여기서도 협동성이 얼음을 균일하게 만든다. 공기가 차가울수록 얼음의 두께가 두꺼워진다고. 얼음이 적당히 두꺼워서 적외선 기울기가 줄게 되면 얼음은 안정화된다. 얼음 형성의 원리는 실험이나 자연계나 일관성 있게 작용한다.

여기서 드는 문득 그럼 이 얼어가는 과정에서 물고기는 어떻게 살 수 있겠냐는 생각이 들 수 있다. 얼음이 얼면 이 물고기들은 어디로 가고 물속에 사는 이들은 어떻게 되는지 한번은 궁금증을 가졌을 수도 있다. 수면 예선부터 결빙이 시작된다. 위에서부터 아래로 결빙하는 것은 자연스러운 현상이다. 만약 결빙이 바닥에서부터 시작된다면 물고기들도 얼고 있는 물을 피해 힘들었을 것이다. 하지만 다행 서러 게도 얼음은 항상 물 표면에서 시작해서 아래로 진행하기 때문에 물고기는 살 수 있다. 그럼 이러한 부분까지 알아봤으니 이제 에너지 부분에서 궁금증과 해결을 다시 보자.
우선은 왜 얼음 형성의 에너지하고 예상에서 벗어나는 것이다. 이에 대한 답은 얼음 형성에는 에너지가 꼭 필요하다. 전하의 분리에 의해 생겨난 전위차 에너지가, 양성자의 양전하가 배타 구역의 음의 한전과 결합할 때 전달되는 것이며 그 결과 얼음이 형성된다. 얼음 형성의 지학은 배타 구역 형성의 에너지하고 부합한다. 이 과정 모두 에너지가 필요로 한다.
비정상적으로 보이는, 잠열(latent heat)이라 칭하는 에너지의 특징을 보자. 사람들은 물이 얼음으로 변할 때 방출하는 열을 잠열이라고 생각한다. 이렇게 방출된 열은 주변 환경을 덥히지만 물 자체는 일정한 온도를 유지한다고 믿는다.
하지만 얼고 있는 물방울의 적외선 이미지를 보면 주변이 데워진다는 증거가 없다. 그렇지만 얼음으로 변화는 상태의 물이 '가열'된다.
잠열이라 불리는 현상은 양성자 괘도의 다른 표현에 지나지 않을 것이다. 적외선 섬광으로 나타나는 '열'은 별다른 의미가 없을 것이다. 전통적으로 잠영은 물에서 얼음으로 변화는 물리적 전리를 표현하는 방식이다. 그런 관점에서 물이 얼음으로 변할 때 열이 한 번 터져 나온다. 하지만 시각적으로 이런 현상은 관찰되지 않는다.

하나의 실험을 통해 잠열이 나타나는 때와 얼음이 변화는 물리적 전이 사이에 큰 시간의 격차가 있다는 게 알 수 있다. 물을 차가운 금속판에 놓아두면 어는 물방울은 적외선 섬광을 내놓는다. 이 섬광은 약 0.5초 지속된다. 수직으로 세워놓은 모세관 안의 물에서는 이 시간이 좀 더 지체된다. 적외선 방출은 위쪽으로 향하며 마지막으로 모세관 꼭대기에 도달한다. 하지만 1.5초가 지나도록 꼭대기에서 부피가 팽창되는 현상은 관찰되지 않는다. 이러한 지체 현상은 잠열의 발생과 얼음의 형성이 동시에 진행된다는 통상적인 기대에 어긋난다. 새로 제시된 모델에 따르면 얼음 형성은 두 단계 과정이다. 첫째, 양성자가 배타 구역으로 흘러들어 적외선 섬광을 만들어 낸다. 둘째, 이런 양성자가 배타 구역의 평면 사이에 끼어들면서 판을 밀쳐낸다. 얼음은 이렇게 언다. 촉발 단계가 구조적 변화보다 앞서 진행되는 것이다. 적외선 이미지가 암시하는 것이 바로 그것이다. 조금 복잡한 글이다 보니 이 부분은 다시 추가해서 알아보려고 한다.

전문 서적을 참고하여 작성하였습니다.