물과 똑같은 밀도 가진 새로운 형태 얼음 발견..."저온 상태 물 더 복잡"

사진 출처 : 크리스토프 잘츠만

액체 상태의 물과 가장 흡사한 새로운 형태의 얼음이 발견돼 학계에 보고됐습니다.

액체 상태의 물이 고체로 바뀐 얼음은 다 같은 것이 아니라 결정 형태가 밝혀진 것만 20종에 달합니다.

여기에다 분자가 일정하지 않아 밀도로 따지는 비정질얼음도 두 가지나 있는데, 물과 밀도가 거의 똑같은 얼음이 추가된 것입니다.

영국 '유니버시티 칼리지 런던'(UCL)의 화학교수 크리스토프 잘츠만 박사가 이끄는 연구팀은 '중밀도 비정질얼음'(Medium-Density Amorphous)으로 명명한 새로운 형태의 얼음을 발견한 결과를 과학저널 '사이언스'(Science)에 발표했습니다.

저널과 대학 측에 따르면 연구팀은 액화 질소로 -200℃까지 냉각된 통에 쇠구슬과 함께 일반 얼음을 넣고 지속해서 흔들어주는 '볼밀링'(ball milling) 방식을 통해 액체 상태의 물과 밀도가 같고 물이 그대로 고체가 된 듯한 MDA를 찾아냈습니다.

볼밀링은 물질을 갈거나 혼합할 때 이용하는 기술로 얼음에 적용된 것은 이번이 처음입니다.

비정질얼음은 일정한 결정을 가진 일반적인 얼음(crystalline ice)과 달리 분자가 정연하지 않은 형태로 지구에서는 극히 드물지만, 극저온의 우주에서는 오히려 더 흔합니다.

지금까지 발견된 비정질 얼음은 고밀도 비정질 얼음(1.13 g/㎤)과 저밀도 비정질 얼음(0.94 g/㎤) 두 종만 있었고 그사이에 다른 얼음은 존재하지 않는 것으로 받아들여져 왔습니다.

하지만 연구팀은 볼밀링 방식을 통해 액체 상태의 물과 같은 1.06±0.06 g/㎤ 밀도를 가진 MDA를 확인했습니다.

연구팀은 액체 상태의 이산화규소(SiO₂)가 그대로 굳어 창문용 유리가 된 것처럼 MDA는 액체 상태의 물이 고체로 정확히 복제된 것일 수 있다고 했습니다.

이번 연구 결과는 저온 상태의 물이 지금까지 여겨온 것보다 더 복잡하다는 점을 시사해주는 것으로 제시됐습니다.

잘츠만 교수는 "물은 인간을 비롯한 모든 생명의 기반이고 이를 찾는 우주탐사가 진행되고 있지만 과학적 견지에서 이해도가 낮다"면서 "이번 결과는 MDA가 두 종만 있다는 고밀도와 저밀도 비정질얼음 사이에 정확히 위치한다는 점을 보여줬으며, 액체 상태의 물과 물이 가진 많은 변칙성에 대한 이해에 큰 영향을 끼칠 수 있다"고 말했습니다.

연구팀은 또 열량측정을 통해 중밀도 비정질 얼음이 온도가 높아져 재결정화할 때 많은 양의 에너지를 발산해 태양계 외곽의 얼음 위성에서 '빙진'(icequakes)과 구조운동을 일으킬 수 있다고 밝혔습니다.

목성이나 토성과 같은 거대 행성의 조석력이 위성의 얼음을 볼밀링처럼 잘게 쪼개는 힘으로 작용해 위성 내부에 미세한 백색 분말처럼 보이는 MDA가 존재할 수 있으며, 온도가 높아져 이 얼음이 재결정화할 때 엄청난 양의 열을 발산함으로써 '가니메데'와 같은 위성을 덮고 있는 수킬로미터에 달하는 얼음이 진동하고 움직일 수 있다고 말했습니다.

가니메데는 목성의 제3 위성으로 반지름이 2천631km로 수성보다 크며 구성물질 중 얼음 성분이 반 이상을 차지하는 것으로 추정됩니다.


YTN 임수근 (sglim@ytn.co.kr)