눈의 결정은 사람 지문처럼 모두 모양이 다르다

[CBS노컷뉴스 감일근 기자]

눈의 결정 (사진=캘리포니아공과대학교, 케네스 리브레히트 물리학 교수)

눈의 계절이 왔다. 하늘에서 하얗게 내리는 눈, 온 세상이 흰색으로 뒤덮인 모습은 사람의 감성을 자극하기에 충분하다. 그래서 첫눈이 내리면 사람들은 가슴 설레며 흥분하기도 하고, 영화의 소재로 자주 등장하기도 한다.

그런가 하면 차량 정체와 같은 불편을 초래하고, 때로는 자연 재해를 일으키는 골칫거리가 되기도 한다.

며칠 전 첫눈이 내릴 때만 해도 설레는 마음으로 반겼던 눈이지만 일부 지역에서 폭설로 피해가 발생하고, 한파까지 겹치면서 어느새 지겨운 존재로 전락하고 있다.

겨울이면 항상 만나게 되는 익숙한 존재이지만 무심히 지나치게 되는 눈에 대한 흥미로운 과학적 사실들이 있다.

◈ 제각기 다른 모양

현미경으로 본 눈의 결정 (사진=캘리포니아공대, 케네스 리브레히트 물리학 교수)

물리학자들에 의하면 모양이 같은 눈의 결정은 존재하지 않는다. 사람의 지문이 모두 다른 것처럼 2㎜ 정도 크기의 눈송이 모양도 제각기 다르다는 것.

눈송이는 구름 속의 물방울이 얼어서 만들어진 6각형의 결정구조다. 온도가 낮아지면 수증기가 얼어서 6개의 가지를 가진 씨앗 결정체가 만들어지고 이것이 커져서 눈송이가 된다.

결정이 만들어질 때 구름 내부에서 서로 부딪히며 뒤섞이게 된다. 이때 기온에 따라 부딪히는 강도가 달라지는데 이것이 눈 결정체의 모양에 많은 영향을 미친다.

가장 단순한 형태의 6각형 결정들의 경우 비슷해 보이기도 하지만 복잡한 모양의 결정들은 저마다 독특한 모양새를 뽐내게 된다.

◈ 삼각형도 있다


대부분의 눈송이 결정체는 매력적인 6각형의 무늬를 갖고 있다. 그러나 간혹 삼각형의 결정 구조를 갖는 것도 있다.

한때 물리학자들 사이에 미스터리가 되기도 했지만 2009년 연구에서 그 원인이 규명됐는데 눈송이 씨앗의 결정이 비대칭을 이루기 때문이었다.

결정이 비대칭일 때 눈송이가 땅으로 떨어지면서 불규칙적으로 흔들리게 된다. 그 결과 결정체의 보다 큰 쪽 면이 구름 내부에서 빠르게 흐르는 공기와 부딪혀 더 커지게 돼 삼각형 모양이 만들어지는 것.

이 작용으로 모레 시계 모양이나 바늘 모양의 눈송이가 만들어지기도 한다.

전형적인 눈 결정은 6개의 가지를 가진 6각형의 균형 잡힌 모양이지만 실제로 그런 모양을 찾기는 쉽지 않다. 눈 결정을 이루는 6개의 가지들이 각기 다른 모양으로 성장하기 때문에 불균형을 이루는 것이 오히려 일반적이다.

◈ 다양한 종류


학술지 '물리학 진전에 관한 보고서'에 2005년 실린 연구에 의하면 눈결정의 모양은 구름 속의 온도와 습도에 의해 결정된다.

6각형의 눈 결정은 결빙 온도인 섭씨 0도 주변에서 만들어지기 시작한다. 기온이 낮아지면 눈 결정은 바늘 모양으로 변하고, 육각형의 기둥이나 속이 빈 기둥모양이 된다. 그보다 기온이 더 내려가면 결정이 훨씬 더 커진다.

눈의 종류에는 여러 개의 눈 결정이 엉겨 붙어 만들어진 함박눈이 있다. 1.5㎞ 상공에서 기온이 영하 10도 이하의 비교적 따뜻한 공기에서 만들어진다. 습기가 많고, 눈결정은 대표적 형태인 육각형이다.

기온이 더 내려가 영하 20도 아래로 떨어지면 싸락눈이 내린다. 흰색의 얼음알갱이 모양으로, 기둥모양의 결정을 갖는다.

습도와 기온이 낮고 바람이 강할 때 내리는 '가루눈'과 비와 섞여 내리는 진눈깨비도 있다.

◈ 붉은색, 푸른색의 눈

캐나다 국립공원인 피델리티 산 (사진=Parks Canada)

흰색 대신 붉은색 초록색 등의 색상을 가진 눈이 있다. 엄밀히 말해 하늘에서 내리는 눈은 아니고 쌓여 있는 눈이다. 주로 극지방에서 봄과 여름에 볼 수 있다.

수천 년간 불가사의로 남아있던 이 색깔 눈은 19세기 후반 조류학자 로버트 코다가 현미경 관찰을 통해 단세포 미생물인 조류(물속에 생육하며 광합성에 의해 독립영양생활을 하는 구조가 단순한 식물)의 작용으로 생기는 현상임을 밝혀냈다.

섭씨 10도 이하에서 가장 성장을 잘하는 조류는 겨울 동안 눈 밑에서 잠을 잔다.

봄 해빙기가 되면 깨어나 토양과 나무, 곤충 등으로부터 나오는 영양분을 흡수한다. 조류는 이 영양분을 연료로 해서 편모로 불리는 꼬리 모양의 구조를 이용해 눈의 표면 위로 올라온다. 눈의 윗부분에 도달하면 조류는 꼬리를 잘라내게 되는데 이 잘린 부위의 색상이 마치 눈의 색상처럼 보이게 되는 것이다.

조류는 흰색의 눈을 붉은색, 노란색, 푸른색, 초록색 등 다양한 색상으로 변화시키며, 그린란드와 남극, 알래스카, 일본, 유럽, 중국, 북미, 히말라야 등지에서 발견된다.

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