안녕하세요. 메이저맵 에디터 초코칩🍪 입니다.

지난 주 첫 눈이 내렸죠.🌨️

주변이 눈으로 하얗게 뒤덮인 풍경을 보며 눈사람도 만들고 사진으로 추억을 남긴 친구들도 많았을텐데요. 반면 폭설로 꽉 막힌 도로와 미끄러운 빙판길 때문에 "내일 학교는 어떻게 가지?" 걱정부터 앞선 친구들도 있었을 거예요.

그런데 이 펑펑 쏟아지는 눈송이❄️ 하나하나에 놀라운 과학 원리가 숨어있다는 사실, 알고 계셨나요?

오늘은 [화학1] 과목에서 배우는 분자의 세계를 통해 눈이 만들어지는 원리를 알아보고, [지구과학1] 과목의 관점에서 "지구 온난화로 기온은 오르는데, 왜 눈은 더 많이 올까?" 라는 역설적인 현상을 알아보려고 해요.

겨울철 설레는 손님이자 동시에 불청객인 '폭설', 여러분의 수행평가나 탐구 보고서 퀄리티를 높여줄 [지구과학1]과 [화학1] 탐구 주제, 지금부터 알아볼까요?

눈이란 무엇이고, 어떻게 만들어질까?

많은 친구들이 "비가 내리다 얼면 눈이 되는거 아니야?"라고 생각하곤 해요.

하지만 이것은 우박이나 진눈깨비에 더 가까운 설명이고, 실제로 눈은 조금 다른 방식으로 만들어져요.

눈은 구름 속 수증기(기체)가 액체를 거치지 않고 바로 얼음(고체)으로 변하는 승화 과정을 거쳐 빙정(첫 얼음 씨앗)이 만들어지면서 시작돼요.

이 작은 빙정과 아직 얼지 않은 물방울이 차가운 구름 속에 함께 존재하는데요. 이 때 공기 중의 수증기들은 물방울보다 빙정 쪽에 더 잘 달라붙어요. 빙정이 점점 자라 무거워지고, 구름이 이 무게를 버티지 못할 만큼 커지면 아래로 떨어지기 시작해요. 지표면 근처에서 녹지 않으면 눈이 되고, 따뜻한 공기를 만나면 비가 되는 것이죠.

그렇다면 왜 우리는 눈을 왜 '육각형' 모양으로 그릴까요? 이것은 [화학1] 과목에서 배우는 수소결합 내용과 관련이 있어요.

물 분자와 수소결합이 만들어내는 실제 결정구조 때문이에요.

물 분자는 산소 1개와 수소 2개로 이루어져 있으며(H₂O), 이 원자들이 이루는 각도는 약 104.5°입니다.

물 분자들이 서로 수소결합 하며 물분자 6개가 원형으로 배열된 가장 안정적인 구조라고 해요.

그래서 구름 속에서 얼음이 자랄 때 자연스럽게 육각형 판의 형태를 가지게 되는 것입니다.

🔍 고민해 볼 만한 주제탐구

"눈은 왜 액체단계를 거치지 않고 승화가 일어날까?"

▶ 성취기준

[12화Ⅰ06-01] 고체·액체·기체의 상태 변화에서 에너지의 출입을 탐구하고 설명한다.
[12화Ⅰ06-02] 기체의 성질과 온도·압력·부피의 관계를 이해한다.

▶ 과목명: 화학1

▶ 탐구내용

구름 속에서 수증기 → 얼음으로 바로 변하는 이유(승화)
포화수증기압 차이가 빙정 성장에 미치는 영향
기온·기압 조건에 따라 강수가 눈/비로 결정되는 원리

▶ 관련학과: 기상학과, 환경과학과, 지구과학과, 화학공학과

▶ 심화탐구 키워드: 승화, 포화수증기압, 응결, 승화

폭설의 기준

앞에서 눈에 대해 자세히 알아봤다면, 이번에는 거시적인 관점으로 살펴볼까요?

겨울철 뉴스에서 '대설 주의보'나 '대설 경보'라는 말을 들어본 적 있을 거예요. 기상청에서는 명확한 기준을 가지고 특보를 발표하는데요.

대설 주의보: 24시간 동안 새로 쌓인 눈이 5cm 이상 예상될 때 (5cm는 손가락 두세마디 정도의 높이이고, 학교 운동장이 하얗게 덮이는 정도라고 해요.)
대설 경보: 24시간 동안 새로 쌓인 눈이 20cm 이상 예상될 때 (20cm는 성인 발목을 거의 덮어 운동화가 눈에 묻히는 정도라고 해요.)

서해안에 폭설이 자주 내리는 이유

우리나라 겨울철 일기도를 보면 유독 서해안(충청, 호남 지방)에 폭설이 잦은 것을 볼 수 있어요.

이에 대해서는 [지구과학1]에서 배우는 <기단의 변질> 이라는 과학 원리로 살펴보도록 해요.

겨울이 되면 시베리아 대륙에서 매우 차갑고 건조한 공기(시베리아 기단)가 우리나라 쪽으로 내려옵니다.

이 차가운 공기가 상대적으로 따뜻한 서해바다 위를 지나게 되고, 따뜻한 바다에서 수증기와 열을 공급받은 대기 하층이 불안정해지면서, 수직으로 솟구치는 거대한 적란운(눈구름)이 만들어지게 되어요.

이 눈구름이 편서풍을 타고 서해안으로 들어와 엄청난 양의 눈을 뿌리게 되는 것이죠.

바다의 공기와 온도 차이가 클수록 눈구름은 강력하게 발달하게 된답니다.

그렇다면, 지구 온난화가 점점 심해지고 있는데 왜 폭설이 내릴까요?

"지구가 뜨거워지는데 눈이 많이 온다고?" 직관적으로는 이해가 잘 안 될 수 있지만, 과학적으로 보면 지구 온난화는 폭설의 재료를 더 많이 공급하는 역할을 해요.

1. 수증기 공급의 증가 (연료 증가) : 기온이 오르면 바닷물 증발량이 늘어나 대기 중의 수증기량이 많아져요. 즉, 눈이 될 수 있는 '재료'가 풍부해지는 것이죠.

2. 대기 정체 (제트기류의 약화) : 북극이 따뜻해지면 북극의 찬 공기를 가둬두던 '제트기류'가 힘을 잃고 구불구불해져요. 이렇게 되면 북극의 찬 공기가 중위도까지 깊숙이 내려오게 되는데, 이 찬 공기가 풍부한 수증기와 만나면 마치 폭탄처럼 눈을 쏟아붓는 '기습 폭설'이 만들어지게 됩니다.

결국, 지구 온난화는 단순히 따뜻한 겨울만을 의미하는 것이 아닌, 극단적인 날씨를 불러온다는 사실을 기억해야겠죠?

🔍 고민해 볼 만한 주제탐구

"지구 온난화로 기온은 오르는데 왜 폭설은 더 심해질까?"

▶ 성취기준

[12지Ⅰ02-02] 지구 시스템 내 에너지 흐름을 이해한다.
[12지Ⅰ03-02] 대기와 해양의 상호작용을 기후와 연결하여 설명한다.

▶ 과목명: 지구과학1

▶ 탐구내용

해수면 온도 상승 → 수증기량 증가의 기후 시스템적 해석
기온 상승이 강수량 증가(폭설 포함)에 미치는 영향
폭설 증가가 단순히 “추워서”가 아니라 “수증기 재료 증가”라는 과학적 근거
극단적 기상 현상 증가의 기후 변화 맥락

▶ 관련학과: 기후과학과, 대기과학과, 환경과학과

▶ 심화탐구 키워드: 수증기량 증가, 해수면 온도 상승, 기후 시스템, 극한 기후

"제트기류 약화로 인한 한파와 폭설 매커니즘 분석"

▶ 성취기준

[12지Ⅰ03-04] 기압의 분포와 대기의 수평·수직 운동을 이해한다.
[12지Ⅰ03-05] 기류(편서풍, 제트기류)의 형성과 변화를 설명한다.

▶ 과목명: 지구과학1

▶ 탐구내용

북극 온난화 → 극-중위도 온도 차 감소 → 제트기류 약화
제트기류가 휘어지며 한기가 한국까지 내려오는 원리
차가운 공기 + 많은 수증기 → 폭설을 촉진하는 조건
최근 국내 ‘기습 폭설’ 사례 분석

▶ 관련학과: 기후과학과, 대기과학과, 환경과학과

▶ 심화탐구 키워드: 제트기류, 기압 배열, 폭설 메커니즘, 한파

마무리하며

오늘 우리가 함께 살펴본 눈과 관련된 이야기, 어떠셨나요?

손톱보다 작은 눈 결정체에 숨겨진 비밀부터 지구 온난화가 오히려 폭설을 부르는 기후의 역설까지,

그저 햐앟고 예쁘다고만 생각했던 눈 속에 이렇게 방대한 과학 원리가 숨어 있다는 사실이 놀랍지 않나요?

지구과학1, 화학1 과목에서 수행평가나 탐구주제 보고서를 만들어야 할 때, 기후나 기상 분야에 관심이 있다면 오늘 글을 참고해 보고서를 만들어보는건 어떨까요?