컵에 넣은 얼음은 왜 가라앉지 않을까요?

물은 얼면 사이가 조금 벌어져요. 같은 양의 물이 더 넓은 자리를 차지하고, 무게는 그대로예요. 얼면 부피가 대략 9퍼센트 커진다고 알려져 있어요. 그래서 같은 크기로 비교하면 얼음이 물보다 가벼워요. 가벼운 쪽이 위로 떠올라요.

대부분의 물질은 고체가 액체보다 무거워 가라앉아요. 물이 고체인데도 뜨는 건 드문 성질이에요. 「얼음은 애초에 다른 가벼운 재료」라는 생각은 오해예요. 냉장고 얼음도 그 컵의 물과 같은 물질이에요. 하얗게 보이는 건 얼음 속 작은 공기 때문인 경우가 많아요. 떠 있는 건 그 하얀색 때문이 아니에요.

집에서도 바로 보여요. 물을 담은 컵에 얼음을 넣으면, 얼음이 잠긴 만큼만 물이 밀려 올라요. 얼음이 전부 잠기진 않아요. 위쪽 한 칸은 공기 쪽에 남아 있어요.

그 얼음이 녹아도 컵이 넘치지 않는 경우가 많아요. 물 밖에 나와 있던 부분이 녹으면서, 자기가 밀어 올렸던 자리를 다시 채우기 때문이에요. 물을 이미 넘칠 듯 채워 두고 얼음을 더 넣으면, 넣는 그 순간에는 넘칠 수 있어요. 위스키 온더록스처럼 얼음을 넣는 음료도 같은 원리로 떠 있어요. 소금물에서는 액체 밀도가 달라져 뜨는 높이가 조금 달라질 수 있어요.

겨울 연못의 얼음도 같은 일이에요. 담수는 약 4°C에서 가장 무거워요. 더 식으면 오히려 가벼워져 수면에 머물고, 그 층이 먼저 얼어요. 그래서 얼음이 바닥으로 가라앉지 않고 수면에 머물러요. 아래쪽은 상대적으로 덜 차가워 생물이 겨울을 나기 쉬워요. 바닷물은 소금 때문에 이 패턴이 조금 달라요.

음료를 식히려고 넣는 얼음도 마찬가지예요. 떠 있는 동안 찬 면이 음료와 맞닿아 있어요. 다 녹으면 그 자리는 다시 물이 되고, 단맛이 조금 옅어질 수 있어요.