과냉각 물방울 (supercooled water droplet)
한 줄 정의: 0도 아래에서도 얼지 않고 액체 상태로 남아 있는 구름 물방울입니다.
쉽게 풀면
물은 0도에서 언다고 배우지만, 아주 작은 구름 물방울은 얼음이 시작될 씨앗이 없으면 영하에서도 액체로 남습니다. 이런 물방울을 과냉각 물방울이라 하며, 영하 10~20도의 구름 속에 흔하게 존재합니다. 무언가에 부딪히는 순간 곧바로 얼어붙기 때문에 항공기 날개나 나뭇가지에 얼음을 만듭니다.
왜 중요한가
찬 구름에서 비가 만들어지는 과정과 항공기 착빙 위험이 모두 이 물방울의 존재에 달려 있습니다. 또 구름씨뿌리기로 인공 강수를 시도할 때 목표가 되는 것도 과냉각 물방울이 많은 구름입니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
"항공 관측 결과 영하 12도 층에 과냉각 물방울이 다량 존재해 착빙 위험이 높은 것으로 나타났다."
구름 내부의 상 분포를 관측해 항공 안전 위험을 진단하는 전형적인 서술입니다.
조금 더 깊게 보면
순수한 물방울이 자발적으로 어는 균질 빙결은 대체로 영하 38도 부근에서 일어나므로, 그보다 따뜻한 온도에서 얼려면 빙정핵이 필요합니다. 빙정핵이 부족하면 과냉각 물방울과 빙정이 공존하는데, 얼음에 대한 포화수증기압이 물보다 낮기 때문에 빙정이 물방울의 수증기를 빼앗아 자라는 베르예론 과정이 작동합니다. 과냉각 물방울이 빙정 표면에 직접 얼어붙으면 라이밍이 되어 싸락눈과 우박의 성장으로 이어집니다.
주의할 점
과냉각 상태는 불안정한 평형이라 충격이나 핵이 주어지면 순식간에 얼어붙습니다. 라이밍은 이 물방울이 얼음에 붙어 어는 '과정'을 가리키는 반면, 여기서는 그 재료가 되는 물방울 자체를 뜻한다는 점을 구분해야 합니다.