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1. 아래쪽으로 자라는 고드름
2. 위로 자라는 고드름, 역고드름
지구과학산책
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위로 자라는 고드름
역고드름
글 정효상
겨울철에 흔히 보는 고드름은 보통 아래쪽으로 자란다. 그러나, 땅 속이나 그릇 속의 물을 끌어올려 위쪽으로 크는, 즉, 일반적인 고드름과반대 방향으로자라는 역고드름도 있다. 고드름에 대해서 알아보자.

1 아래쪽으로 자라는 고드름
아래쪽으로 크는 고드름은 빙주(氷柱)라고도 한다. 지붕이나 천정에 쌓인 눈이나 얼음이 녹으면서, 혹은 물방울이 떨어지면서 처마 끝에 생기는 막대 모양의 얼음 기둥을 말한다. 아래쪽으로 크는 고드름은 일반적으로 맑고, 바람이 세지 않으며, 기온이 영도를 오르내릴 때 잘 생긴다.

해가 뜨거나 따뜻한 기류가 이동하면 기온이 영상이 되어 주변의 얼음이 일시적으로 녹아 얼음 기둥을 타고 흐르다가 해가 지거나 찬 기류가 와서 다시 영하가 되면 얼어붙으면서 성장하기 때문이다.

녹은 물이 표면 끝을 따라 흐르다가 얼면서 아래쪽을 향해 뻗어나가므로 맨 아래 쪽은 뾰족한 모양이 된다. 고드름이 너무 크게 자라면 스스로의 무게에 의해서 부러지거나 땅에 떨어지기도 한다.

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아래쪽으로 자라는 고드름. <출처: GettyImage>
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연천 지역의 폐터널에서 나타난 역고드름.
2 위로 자라는 고드름, 역고드름
아래로 자라는 고드름은 겨울철에 쉽게 볼 수 있지만, 위로 자라는 고드름은 흔히 볼 수 있는 것은 아니다. 위로 자라는 고드름은 역고드름 또는 승빙(乘氷)이라고 한다.

우리나라에서는 전라북도 진안군 마이산(馬珥山)에서 형성되었다는 기록이 처음 나타났고, 최근에는 경기도 연천군에 있는 터널에서 자주 발생하여 뉴스에 나오기도 한다. 위로 자라는 역고드름은 지면에서 자라는 것과 용기 속의 물 표면과 같은 수면 위에서 자라는 것으로 나누어 볼 수 있다.

땅에서 자라는 역고드름
먼저 땅에서 자라는 역고드름을 살펴보자. 땅에서 자라는 역고드름이 생기는 원인은 2가지이다. 하나는 천정 등 위쪽에서 떨어지는 낙수물이 지면에 얼은 빙주 위에 계속 떨어져 자라는 것이다. 다른 하나의 원인은 지면의 얼음 표면의 물분자가 지하의 물 분자를 마치 펌프처럼 빨아올리기 때문이다.

낙수물이 떨어져 생긴다는 것이야 쉽게 이해할 수 있지만, 지면의 얼음이 지하의 물을 빨아올린다는 점은 쉽게 생각하기 어렵다.이 같은 현상은 물 분자의 특이한 성질인 삼투압과 열분자 압력으로 설명을 한다.

지상에 빙점 이하인 얼음이 형성될 때, 지하에 물을 저장하는 용기와 같은 웅덩이가 있을 때 이곳의 상대적으로 따뜻한 물은 지상의 차가운 물보다 더 많은 자유에너지를 갖고 있게 된다.

이 자유에너지의 차이로 발생하는 열분자 압력에 의해 지하의 물이 상승하여 지상의 빙주 속에 들어가고 이로 인해 역고드름이 성장하게 되는 것이다. 이는 겨울철 땅 속에 서리가생겨 성장하면서땅 표면을 뚫고 상승하는 것과 유사한원리이다.

이렇게 위에서 설명한 2가지 원인으로 생겨난, 땅에서 위로 성장하는 역고드름이 서로 상존하며 형성된 곳이 연천 지역의 터널 속이다.

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위쪽으로 향해 크는 연천 지역 폐터널의 역고드름, 높이가 2~3미터에 달하는 큰 것도 있다.

용기 등의 수면에서 생기는 역고드름
다음은 용기의 물이나 호수 같은 수면 위에서 형성되는 역고드름을 살펴보자. 용기 속의 물이 얼면, 용기의 어느 가장자리부터 얼게 되고, 표면 부근이 얼게 되면서 구멍이 생기게 된다. 이때 물속의 얼음 때문에 부피가 팽창하게 되고, 물이 계속 얼게 되면 구멍을 통해 밑에 있는 물을 밀어 올리는 힘을 가한다.

이때 얼음표면 아래에서 밀려 올라온 물은 구멍을 통하여 흘러나오면서 얼게 된다.이 과정을 통해 구멍이 뚫린 얼음기둥이 성장하는데, 결국 얼음이 얼어 구멍을 막게 되면 성장을 멈추게 된다.대부분은 얼마 성장하지 못하고 구멍이 막히므로 눈에 띄지 않지만조건이 잘 맞으면 상당한 시간 동안 얼음 기둥이 성장하여눈에 띄게 되는 것이다.

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마산의 팔용상 돌탑 지역에서 나타난 역고드름 현상.
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역고드름 형성 개념 모델. <출처 : [ An Investigation of Laboratory-Grown “Ice Spikes”], Libbrecht, K. G. and K. Lui>
역고드름은 과냉각된 물이 얼 때 잘 생긴다. 물은 0℃에서 언다고 흔히 알고 있지만, 물이 0℃ 이하가 되면 다 얼어버리는 것은 아니다. 물이 어는 과정을 보면 0℃ 이하에서도 액체 상태를 유지하다가 어떤 계기가 있으면 갑자기 얼음 결정이 나타나기 시작하며 얼면서 온도가 다시 어는 점인 0℃로 올라가는 것이 정상이다.

이렇게 물이 0℃ 이하에서 액체 상태를 유지하는 경우를 과냉각 상태라고 한다. 물 자체의 청정과 혼탁 등 몇 가지 요인에 따라 과냉각화 정도가 다른데, 심지어 영하 40℃ 이하까지도 과냉각되어 액체 상태를 유지하는 경우도 있다.

아주 큰 과냉각 상태에서 물 표면이 얼 때는 아주 갑자기 표면을 덮는 얇은 얼음판이 생기기 쉬운데, 이런 판이 생길 때는 조그만 구멍을 남기는 경우가 있다. 이렇게 되면 이 구멍 때문에 앞서 설명한 것처럼 역고드름이 형성되는 것이다.

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바람이 불 때(왼쪽)와 바람이 없을 때(오른쪽) 기온에 따른 역고드름(Ice spike)의 형성 확률분포.
<출처 : [ An Investigation of Laboratory-Grown “Ice Spikes”], Libbrecht, K. G. and K. Lui>
역고드름의 발생에 관한 연구에 따르면 역고드름은 용기 주변의 환경은 안정되고, 약한 바람이 있고, 기온이 약 -7 ℃~ -10 ℃ 범위에서 잘 형성된다. 바람이 없을(풍속이 0.5 m/s 미만) 때에는 약간 더 높은 온도(약 -5 ℃~ -10 ℃)에서 형성되지만, 발생 확률이 바람이 약간 있을 때 보다 훨씬 낮다.

역고드름의 형태도 환경에 따라서 끝이 뾰족한 것, 볼록한 것, 오목한 것 등 다양하다. 또한 수직으로도 성장하기도 하고 기울어져 성장하기도 한다. 같은 기상 조건이라도 물의 혼탁 상태와 용기의 종류에 따라 역고드름의 발생 여부가 결정된다. 용기표면의 역고드름은 야외에서 자연스럽게 일어나기도 하지만, 조건을 잘 맞추면 냉장고 속에서 인위적으로만들 수 있다.

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냉장고에서 성장한 역고드름.
<출처 : [ An Investigation of Laboratory-Grown “Ice Spikes”], Libbrecht, K. G. and K. Lui>

참고문헌: 서강대 화학과 이덕환 교수, ‘거꾸로 솟는 고드름의 정체‘, 2005.;Dr. James R. Carter, Professor Emeritus Geography-Geology Department, Illinois State University, Normal IL 61790-4400, “Ice Formations with Daily (Diurnal) Freeze/Thaw Cycles” ; Libbrecht, K. G. and K. Lui, 2004: An Investigation of Laboratory-Grown “Ice Spikes". Norman Bridge Laboratory of Physics, 264-33. Paper cond-mat/0310267 at the arXiv.org e-Print archive (2003). Accepted by the Journal of Glaciology. ; 변희룡, 서동일, 임병환, 2004: 자연 형성되는 ‘솟는 고드름’ (乘氷)의 관측과 연관된 추론, 한국기상학회지 40, 2, 2004, p. 203-216.



글
정효상 | 조선대학교 대기과학과 교수
연세대학교 천문기상학과를 졸업하고, 기상장교로 군복무를 마쳤다. 미국 위스콘신-메디슨 주립대학교와 텍사스 A＆M 주립대학교에서 각각 석사와 박사 학위를 받았다. 기상청 국립기상연구소장과 제 21대 한국기상학회 회장을 역임하였다. 현재 조선대학교 대기과학과 교수이다.
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2012.05.17
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의견 159
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일단쩔고 (macr****)
BEST저것도 정력제라고 잘라서 팔진 않겠지.
2012-12-05 22:20 | 신고
답글 0102
저승사자 (whxo****)
BEST군대있을때 똥탑생각나네.. 똥을누면 얼어붙고, 누고,얼고, 하다보면 탑이된다. 그러면 엉덩이 닿기전에 곡괭이로 깨야되는데, 얼어서 냄새는 덜하지만, 똥이라 토나온다. 금방싼똥 있으면...ㅈㅈ...
2013-08-13 20:37 | 신고
답글 151
강현민rga (ny11****)
BEST우리집 냉장고에도 생긴거구나
2013-01-02 00:56 | 신고
답글 041
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