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얼음의 힘, 얼음의 세계로 떠나자!

『얼음』은 설빙물리학의 대가가 들려주는 아름답고 다양한 얼음의 세계를 담은 책입니다. 집에서 만든 얼음에는 왜 공기가 들어가는 걸까 하는 것에서부터 왜 얼음에는 색깔이 들지 않는 것인지 그리고 얼음에 의해 생기는 해류와 그것이 떠받혀주는 생명과 지구환경에 대해서까지 어렵지 않게 따라갈 수 있습니다. 집에서 쉽게 볼 수 있는 얼음 한 조각의 길고 긴 여행을 이해하고, 독특한 성질을 배우게 됩니다.

색깔 있는 얼음을 만들 수 있을까요?
작은 얼음의 커다란 힘!
컵 속에서부터 하늘로 바다로 얼음의 여행을 떠나봅시다.

이 책은 우리 가까이 있는 얼음 한 조각이 어떻게 만들어졌는지를 아는 것으로부터 시작된다. 자유롭게 움직이던 물 분자가 0도가 되면서 서로 정글짐처럼 이어지면서 얼음이 된다. 그 과정에서 물 분자 이외의 것들은 다 밀어낸다. 얼음에는 물 분자만으로 규칙적으로 손을 잡고, 물 분자 이외의 것을 밀어내는 성질이 있는 것이다.

보석처럼 투명하면서도 색깔이 있는 얼음을 만들기 위해 잉크를 물에 풀어 얼려보니, 잉크와 얼음은 완전히 나뉘어져 굳어졌다. 이것은 물이 얼음으로 변할 때 물 속에 녹아있던 잉크가 밖으로 떠밀려난 결과이다. 주스를 얼리면 색깔 얼음이 되는 것처럼 보이지만 실제로는 물만 얼고 얼음이 밀어낸 주스의 내용물은 따로 모여 있었다. 세계의 여러 과학자들이 색깔 있는 얼음을 만들려고 시도했지만 결국 실패할 수밖에 없었던 것은 바로 이 얼음의 외고집 성질 때문이다.

무엇이든 밀어내는 얼음의 이 외고집 성질은 지구 규모 해류의 움직임에도 커다란 원동력이 되고 있다. 남극이나 북극에서 바다의 물이 얼 때 얼음이 밀어낸 대량의 염분이 계기가 되어 해양심층류라는 심해를 도는 거대한 해류가 태어나는 것이다. 이렇게 재미있고 신기한 색깔 얼음 이야기는 해양심층류가 지구를 1000년 이상에 걸쳐 도는 장대한 이야기로까지 나아간다.

투명하고 아름다운 다양한 얼음 그림과 함께 설빙물리학의 대가가 들려주는 얼음 이야기를 따라가다 보면, 집에서 만든 얼음에는 왜 공기가 들어가는 걸까 하는 것에서부터 왜 얼음에는 색깔이 들지 않는 것인지 그리고 얼음에 의해 생기는 해류와 그것이 떠받혀주는 생명과 지구환경에 대해서까지 어렵지 않게 따라갈 수 있다. 이런 방식으로 수업을 한다면 아이들은 자신과 세계가 어떻게 연결되어 있는지를 오감으로 실감할 수 있을 것이다.

이 책은 목차가 없습니다.

물이 얼음이 되면, 공기는 여러 가지 형태로 모습을 드러냅니다. 보이지 않았던 공기가 모습을 드러내는 건 얼음만의 특별한 성질 때문입니다.
물이 얼음으로 바뀔 때, 어떤 일이 벌어지는지 함께 살펴봅시다.

물의 분자들

물속은 쉬는 시간의 학교 운동장 같습니다. 잘 보세요, 이쪽저쪽으로 뛰어다니는 아이들이 많이 있지요?
이 아이들이 ‘물의 분자’이고, 사이사이의 풍선은 ‘공기의 분자’입니다.

분자라는 건, 우리 주변에 있는 것을 반으로 쪼개고, 또 반으로 쪼개고……, 그렇게 해서 점점 더 잘게 나눠지고 나눠진 작디작은 것을 말합니다. 우리 눈에는 물과 얼음은 다른 걸로 보이지만, 둘 다 물의 분자가 모인 것입니다. -p.5-6

얼음 정글짐 친구 속에 끼어들려면 물 분자와 크기가 같고 팔 두 개와 다리 두 개가 있어야 합니다. 그리고 두 팔과 두 다리가 물 분자와 같은 각도로 벌어져 있어야 합니다. 그래서 많은 공기 분자가 많이 물에 녹아 있어도 얼음 정글짐 친구로 받아주지 않고 밀어냅니다. 그런데 공기 분자가 얼음 속으로 숨어드는가, 아니면 얼음 바깥으로 떠밀려나는가 하는 건 얼음이 얼마나 빠르게 만들어지는가에 달려 있습니다. -p.9

투명한 얼음을 만들자
투명한 얼음 만드는 요령 3가지

1 물에 들어있는 공기를 줄인다
물에 들어있는 공기를 완전히 없앨 수는 없지만, 끓이면 대부분의 공기는 보글보글 방울이 되어 물에서 나가버립니다. 끓인 물은 잠시 식힌 다음 다른 그릇에 옮겨 뚜껑을 덮습니다. 그러고 나서 냉장고에 넣고 하룻밤 놓아 둡니다.

2 천천히 얼린다
열이 전해지지 않는 그릇을 준비합니다.(스티로폼 컵이나 내열종이컵을 5, 6개 겹쳐 써도 좋겠지요) 하룻밤 냉장고에 놓아 둔 물을 거기에 조심조심 따르고 나서 스티로폼으로 만든 뚜껑을 덮어 냉동실에 넣습니다,

3 물을 휘저어 공기가 나가게 한다
1~2시간 지나면 물은 얼기 시작합니다. 물은 얼음으로 변하면 공기가 물속에서 떠밀려나기 때문에 때때로 물을 나무젓가락으로 조용히 휘저어 공기를 날아가게 합니다. 이때 수면에 얼음이 생겨 있다면 깨버려도 상관없습니다. 쉬지 않고 휘저을 수는 없지만, 30분에서 1시간에 걸쳐 한 번씩은 휘저어 주세요. 얼음 두께가 1~2센티미터가 되면 공기가 많이 녹아 있는 중심부 물을 버리고 새로운 물을 넣으면 더욱 좋습니다. 한가운데 공기를 내보낸 구멍이 남지만, 주변에 생긴 얼음은 투명해집니다. -p.14

색깔 있는 얼음을 만들 수 있을까?
오렌지 색 얼음이라면 본 적 있다고 하는 사람이 있을지도 모르겠습니다. 오렌지 주스를 얼리면 오렌지 색의 덩어리가 됩니다. 표면을 숟가락으로 살짝 긁어봐 주세요. 유리 조각처럼 자잘한 얼음이 많이 모여 있습니다. 이것이 오렌지주스 안의 물이 얼어서 된 얼음입니다. 그 하나 하나는 무색투명합니다. 안타깝게도 색깔은 들어가 있지 않습니다. 핥아 보면 그다지 달지도 않습니다.
이번엔 컵 바닥에 고여 있는 주스를 마셔 보세요. 아주 진하고 매우 단 맛이 납니다. 수분이 거의 없는 진한 오렌지주스가 얼음에 밀려나 컵 밑바닥에 고여 있었던 것입니다.
해수욕이나 소풍을 갔을 때, 페트병에 보리차를 얼려 갖고 간 적이 없나요? 조금씩 녹여서 마셔 보면, 처음에 마시는 한 모금이 보통 때 마시던 보리차보다 진한 느낌이 들 것입니다. 이것도 위와 같은 이유로 보리차가 진해져서 그런 것입니다. -p.20-21

비나 눈. 그것은 높은 곳에 있는 구름 속에서 만들어진 작은 얼음 알갱이가 내려온 것입니다. 땅 가까운 곳이 추우면 눈이 되고, 따뜻하면 녹아서 비가 됩니다.
구름 속에서 얼음이 만들어질 때도 거의 대부분의 먼지나 때는 얼음에서 밀려나갑니다. 막 만들어진 빗물이 깨끗한 것은 얼음의 외고집 성질과 관련이 있는 것입니다.
한여름에도, 소나기구름 속에서는 비가 되기 전의 작은 얼음 알갱이들이 춤을 추고 있습니다. 혹시라도 얼음이 여러 가지 것들을 녹여 구름 속에서 색깔 있는 얼음을 만든다면……
분홍 비 같은 게 내릴 수 있을지도요. -p.25-26

겨울의 북극해는 단면얼음으로 뒤덮여 있습니다. 얼음이 만들어질 때 많은 염분이 밀려납니다. 염분을 많이 품고 있는 바닷물은 그린란드 앞바다에서 겨울의 차가운 공기와 세찬 바람으로 차가워지기 때문에 더욱 더 무거워져서 아래로 아래로 내려가 잠깁니다. 이 차갑고 염분이 짙은 바닷물은 두께 1000미터에서 2000미터나 되는 거대하고 무거운 물의 덩어리가 되고, 그 일부가 대서양으로 흘러들어 갑니다. 여기서부터 세계의 깊은 바다를 순환하는 커다란 흐름이 시작됩니다.
깊은 바다의 밑바닥을 흐르는 이 거대한 해류를 ‘해양심층류’라고 부릅니다. 대서양으로 흘러나온 해양심층류는 적도를 넘어 깊은 바다의 밑바닥을 흘러 남극 가까운 곳까지 나아갑니다. -p.33