하얀 눈 속에 숨겨진 정교한 결정…눈송이는 왜 육각형일까

하늘에서 내려오는 눈은 멀리서 보면 평범한 하얀 가루처럼 보이지만, 눈송이 하나를 확대하면 정교한 기하학적 구조가 드러난다. 여섯 방향으로 뻗은 가지와 그 위에 반복되는 미세한 무늬는 물 분자가 얼음으로 성장하는 과정에서 자연스럽게 형성된 결과이다.

자연과 지구의 다양한 현상을 소개하는 소셜미디어 계정 Earth는 10일 

X에 눈 결정의 확대 사진 두 장을 공개하며 눈송이의 독특한 구조를 소개했다.

Earth는 게시물에서 “눈은 하나의 결정을 자세히 들여다보기 전까지 평범한 하얀 가루처럼 보인다”며 “많은 눈 결정은 떨어지는 동안 마주하는 온도와 수분 조건에 따라 형태가 결정되는 여섯 갈래 구조로 발달한다”고 설명했다.

공개된 사진에는 여러 눈 결정이 겹쳐 있는 모습과 여섯 방향으로 가지가 뻗은 단일 눈 결정의 모습이 담겼다. 특히 단일 결정에서는 중심에서 뻗어 나온 가지마다 작은 가지들이 반복적으로 형성된 구조를 관찰할 수 있다.

눈 결정이 대체로 육각형을 이루는 이유는 물 분자의 배열 방식에 있다.

물 분자는 산소 원자 하나와 수소 원자 두 개로 이루어져 있으며, 얼음이 형성될 때 물 분자 사이에 수소결합이 만들어진다. 일반적인 대기 조건에서 형성되는 얼음은 물 분자들이 육각 대칭을 갖는 결정 구조로 배열되는 특성이 있다.

이러한 분자 수준의 배열이 눈 결정의 성장 방향에도 영향을 미쳐 육각판이나 여섯 갈래 가지를 가진 형태가 나타난다.

그러나 모든 눈송이가 똑같은 모양으로 만들어지는 것은 아니다.

눈 결정은 구름 속에서 수증기가 작은 얼음 결정 표면에 달라붙으면서 성장한다. 이때 주변 온도와 수증기의 과포화 정도에 따라 결정이 자라는 방향과 속도가 달라진다.

어떤 조건에서는 얇고 넓은 육각판이 만들어지고, 다른 조건에서는 길쭉한 기둥이나 바늘 모양의 결정이 형성된다. 수증기가 충분하고 가지가 빠르게 성장할 수 있는 조건에서는 나뭇가지처럼 복잡하게 갈라진 수지상 결정이 나타나기도 한다.

눈 결정이 지상으로 떨어지는 동안 통과하는 대기의 온도와 습도 조건도 일정하지 않다. 성장 과정에서 주변 환경이 변하면 가지의 굵기와 길이, 세부 무늬도 달라질 수 있다.

하나의 눈 결정에서 여섯 갈래 가지가 서로 비슷한 모습을 보이는 것은 각 가지가 같은 결정 구조를 바탕으로 성장하면서 대체로 유사한 환경 변화를 겪기 때문이다. 다만 미세한 성장 조건의 차이로 완벽하게 동일한 형태가 만들어지는 것은 아니다.

우리가 흔히 보는 눈은 이러한 개별 얼음 결정이 단독으로 떨어지거나 여러 개가 서로 달라붙어 형성된 것이다. 따라서 육안으로는 불규칙한 흰색 덩어리처럼 보이지만, 개별 결정을 확대하면 다양한 기하학적 형태를 확인할 수 있다.

눈 결정의 구조는 자연의 아름다움을 보여주는 데 그치지 않는다. 결정의 성장 과정은 대기 중 온도와 수증기 조건이 얼음의 형태에 어떤 영향을 미치는지 이해하는 데 중요한 연구 대상이다.

또한 눈 결정의 크기와 형태는 구름의 미세물리 과정과 강설 특성을 연구하는 데 활용된다.

Earth가 공개한 사진은 일상적으로 접하는 눈 속에도 분자 수준의 물리 법칙과 복잡한 자연 현상이 담겨 있음을 보여준다. 

하늘에서 내려오는 작은 눈송이 하나가 대기 환경의 변화에 따라 서로 다른 형태로 성장하는 자연의 결정체인 셈이다.