여름마다 먹는 ‘얼음’, 사실 19가지가 넘는 다른 모습이 있다?

우리가 흔히 아는 얼음은 육각형 결정 구조를 가진 ‘아이스 아이에이치(Ice Ih)’입니다. 투명하거나 하얀 색을 띠며, 차갑고 단단한 모습은 너무나 익숙합니다. 하지만 과학자들이 밝혀낸 사실에 따르면, 얼음은 결코 단일한 물질이 아닙니다. 극한의 압력과 온도 조건에서는 전혀 다른 원자 배열을 가진 얼음이 나타납니다. 이를 ‘얼음의 상(Phase)’라고 하며, 현재까지 발견된 것만 19가지 이상입니다. Ice II, Ice VI, Ice IX 같은 이름들은 각각의 결정 구조와 형성 조건에 따라 붙여졌습니다.

이 상들은 마치 다른 세계의 얼음처럼 보입니다. 어떤 것은 더 조밀하게, 어떤 것은 비대칭적으로, 또 어떤 것은 전기적 성질이 다릅니다. 심지어 우주 행성 내부에서는 우리가 지구에서 결코 만들 수 없는 상들도 존재할 수 있습니다. 예를 들어, Ice VII은 초고압 상태에서 만들어지며, 목성의 위성 유로파 내부 깊숙한 곳에 존재할 가능성이 큽니다. 그 구조와 밀도, 그리고 물 분자의 배열은 우리가 얼음이라고 부르는 것과는 완전히 다릅니다.

이 연구가 흥미로운 이유는, 물이라는 단순해 보이는 분자가 조건에 따라 이렇게 다양한 모습을 보인다는 사실입니다. 이는 물리학·화학뿐 아니라 행성과학, 심지어 재료공학에도 중요한 함의를 가집니다. 얼음의 상 변화는 분자의 운동, 수소 결합의 변화, 압력-온도 조건 간의 복잡한 상호작용을 보여주는 생생한 실험실이자 우주 탐사의 단서입니다.

이번 연구 주제는 얼음의 다양한 상을 체계적으로 정리하고, 각 상이 형성되는 조건과 특성을 분석하는 것입니다. 혹시 얼음이 그렇듯, 우리의 자아도 삶의 압력과 온도에 따라 전혀 다른 ‘상(Phase)’으로 변할 수 있지 않을까요? 큐니버시티 연구원 여러분, ‘얼음의 상’에 대해 깊이 탐구하고 그 결과를 논문으로 출간해 보시기 바랍니다.