바닷물은 얼을 수 있나요?

바닷물은 얼을 수 있나요? 해빙이 생기는 원리

바닷물은 얼을 수 있나요? 많은 사람들이 영하의 날씨에도 바다가 바로 얼지 않는 이유를 궁금해합니다. 바닷물 속 염분은 얼어붙는 온도를 변화시킵니다. 이 원리를 이해하면 해빙 형성과 겨울철 바다 결빙 현상을 더 쉽게 파악할 수 있습니다. 극지방 바다가 얼어 있는 이유도 함께 확인해보세요.

바닷물은 얼을 수 있나요?

결론부터 말씀드리면, 바닷물은 얼을 수 있나요? 네, 당연히 얼 수 있습니다. 다만 일반적인 수돗물이나 강물과는 어는 온도와 방식이 다를 뿐입니다. 바닷물은 그 안에 녹아있는 바닷물 어는점 때문에 순수한 물보다 낮은 약 -1.91도에서 얼기 시작합니다. 극지방의 거대한 해빙 형성 원리가 바로 그 증거입니다.

바닷물이 어는 것은 물리적으로 가능하지만, 우리 주변의 바다가 강물처럼 쉽게 얼지 않는 데에는 여러 과학적 이유가 숨어 있습니다. 염분이 물의 결정을 방해하는 바닷물 어는점 내림 현상부터, 끊임없이 움직이는 파도와 바다의 깊은 수심까지 다양한 요소가 복합적으로 작용합니다. 이 글에서는 바닷물이 어는 과학적 원리와 왜 우리가 일상에서 바다가 얼지 않는 이유를 자세히 살펴보겠습니다.

바닷물 어는점: 왜 민물보다 낮은 온도에서 얼까요?

바닷물이 민물보다 더 낮은 온도에서 어는 가장 큰 이유는 바로 소금기, 즉 염분 때문입니다. 이를 과학적으로는 바닷물 어는점 내림 현상이라고 부릅니다. 물이 얼음이 되려면 물 분자들이 서로 단단하게 결합하여 규칙적인 격자 구조를 형성해야 합니다. 하지만 바닷물 속에 녹아있는 소금물 어는 온도 관련 이온들은 물 분자들이 서로 달라붙는 것을 방해하는 방해꾼 역할을 합니다.

전 세계 바다의 평균 염분은 약 3.5% 수준입니다. 이 농도의 바닷물은 보통 -1.9도 정도에서 얼기 시작합니다. 실제로 염분이 높아질수록 소금물 어는 온도는 비례해서 낮아지는데, 염분이 1% 증가할 때마다 어는점은 약 0.28도씩 내려가는 특성을 보입니다. 저도 처음에 이 사실을 알았을 때, 단순히 날씨가 영하라고 해서 바닷물 영하 몇도에서 어나요라는 점이 무척 흥미로웠습니다.

바다가 강물보다 얼기 힘든 3가지 결정적 이유

영하의 한파가 닥치면 한강은 꽁꽁 얼어붙지만, 바로 옆 서해 바다 결빙 현상은 드뭅니다. 단순히 어는점이 낮기 때문만은 아닙니다. 바다는 민물과 다른 독특한 수직 순환 구조를 가지고 있습니다.

1. 끈질긴 대류 현상과 밀도 차이

민물은 4도에서 밀도가 가장 커집니다. 그래서 표면이 0도까지 차가워지면 4도의 물이 바닥에 머물고 표면부터 얼음이 얼기 시작합니다. 하지만 바닷물은 다릅니다. 바닷물은 어는점인 -1.9도 근처까지 계속해서 밀도가 높아집니다. 표면의 물이 차가워지면 무거워져서 아래로 내려가고, 아래의 따뜻한 물이 위로 올라오는 대류 현상이 끊임없이 일어납니다. 바다 전체가 -1.9도에 도달하기 전까지는 좀처럼 얼기 힘든 구조입니다.

2. 엄청난 수심과 방대한 양

바다는 강이나 호수와 비교할 수 없을 정도로 깊고 방대합니다. 이 엄청난 양의 물을 어는점 이하로 냉각시키려면 막대한 양의 열을 빼앗아야 합니다. 얕은 해안가는 가끔 얼기도 하지만, 수심이 깊은 먼바다는 겨울 한 계절의 추위만으로는 전체 온도를 낮추기에 역부족입니다. 끓는 물 한 냄비보다 커다란 솥의 물을 식히는 게 훨씬 오래 걸리는 것과 같은 이치입니다.

3. 멈추지 않는 파도와 조석 현상

물 분자들이 결합하여 얼음 결정이 되려면 정적인 상태가 유리합니다. 그러나 바다는 파도와 해류, 조석 현상으로 인해 한시도 가만히 있지 않습니다. 끊임없이 뒤섞이는 움직임은 얼음 결정이 형성되는 것을 물리적으로 방해합니다. 하지만 그럼에도 불구하고 엄청난 한파가 닥치면 바다도 결국 굴복하게 됩니다.

바닷물이 얼어 만든 얼음은 짤까요?

많은 분이 오해하시는 부분인데, 바닷물이 얼어붙은 해빙은 사실 거의 짜지 않습니다. 물이 얼음으로 변하는 과정에서 물 분자들은 오직 다른 물 분자들과만 결합하려 합니다. 이 과정에서 염분(소금 이온)은 얼음 결정 밖으로 밀려나게 됩니다. 이를 배출 현상이라고 하며, 빠져나온 소금기는 얼음 사이의 미세한 통로인 브라인 채널(Brine Channels)을 통해 아래쪽 바다로 흘러내려 갑니다.

실제로 갓 생성된 해빙의 염분은 약 1% 미만이며, 시간이 지나 오래된 해빙은 염분이 0.1% 이하로 떨어져 거의 민물에 가까워집니다. 극지방 탐험가들이 해빙을 녹여 식수로 사용했다는 이야기는 과학적으로 타당한 사실입니다. 하지만 주의할 점도 있습니다. 얼음 자체는 짜지 않아도 얼음 표면에 바닷물 얼음 짠맛이 농축된 바닷물이 묻어있을 수 있으므로 직접 맛을 보는 것은 권장하지 않습니다.

민물 얼음 vs 바닷물 얼음(해빙) 차이점 비교

민물(강, 호수) 얼음

• 섭씨 0도에서 결빙 시작

• 투명하고 단단하며 공기 방울이 적음

• 완전한 민물 상태

• 표면의 물이 0도가 되면 즉시 얼기 시작 (대류 중단)

바닷물 얼음 (해빙)

• 약 섭씨 -1.9도에서 결빙 시작

• 불투명하며 내부에 소금물이 빠져나간 미세한 통로가 존재

• 생성 과정에서 염분의 70-80% 이상이 배출됨

• 상당히 깊은 층까지 온도가 내려가야 결빙 가능 (지속적인 대류)

서해안 가로림만의 바다 결빙 목격담

충남 서산에 거주하는 박 모 씨는 2021년 초 역대급 한파가 몰아쳤을 때 집 앞 가로림만 바다를 보고 깜짝 놀랐습니다. 늘 출렁이던 바닷물이 갯벌과 함께 거대한 얼음 덩어리로 변해 있었기 때문입니다.

박 씨는 처음엔 바다가 얼 리가 없다고 생각했습니다. 하지만 직접 가까이 가서 확인해보니 파도 모양 그대로 얼어붙은 얼음 조각들이 갯벌 위를 뒤덮고 있었고, 배들은 얼음에 갇혀 꼼짝도 못 하고 있었습니다.

사실 가로림만은 수심이 얕고 조수 간만의 차가 커서 한파가 지속되면 해안가의 짠 물이 얼음으로 변하기 쉽습니다. 그는 영하 15도 이하의 기온이 일주일 넘게 지속되자 바다도 결국 얼 수 있다는 것을 체감했습니다.

며칠 후 날씨가 풀리자 얼음은 금방 녹아 사라졌지만, 박 씨는 바다가 얼면 마치 북극의 풍경처럼 변한다는 사실과 자연의 위력을 실감하며 당시의 사진을 기록으로 남겼습니다.