사진 속 유리잔에는 절반의 물이 담겨 있는 것일까. 굳이 자를 대고 재볼 필요는 없다. 과학적 관점에서 이는 누구도 알 수 없다. 정확히 말해 누구도 절반의 물을 담을 수는 없다.

물은 표면 장력이 매우 강한 물질이다. 하지만 표면에 있는 물 분자는 불안정하다. 따라서 물과 공기가 맞닿는 경계면의 상태는 매우 불분명하다.

일본 분자분광학 연구소의 니혼야나기 사토시 박사는 물, 특히 물과 공기의 접촉면 인 수면을 집중 연구하고 있다. 그는 관찰의 편의를 위해 동위원소 희석법을 적용, 물 분자(H2O)가 진동하지 못하도록 했는데 일부 물 분자들이 다른 물 분자들과 단 일수소결합하고 있음을 발견했다.

“종종 수소결합이 깨질 수도 있어요. 그때는 물 분자가 공기 중으로 날아가게 됩니다.”

사토시 박사에 의하면 이처럼 수소결합이 깨지고 다시 결합하는 작용은 1초에 수십억번이나 일어난다.

“수소 원자는 인근의 수소 원자를 향해 조금씩 다가갑니다. 하지만 물 분자들은 한동안 짝을 짓지 않아요. 그러다가 어느 순간 결합을 허락하죠. 그리고 이렇게 만나고 헤어지기를 끊임없이 반복해요. 자유연애주의자가 따로 없어요.”

영국 해양생물협회(MBA)의 미생물학자 마이클 컨리프 박사는 소금물의 경우 물 표면과 공기의 접촉면을 정확히 구분하는 것이 더 복잡하다고 말한다.

그는 공기와 맞닿은 바닷물 표면의 미세층인 ‘표면 정체막(microlayer)’을 연구 중이다. 머리카락 한 올 두께의 표면 정체막은 6년 전만 해도 생태계적 중요성이 간과됐었다. 하지만 이곳에는 박테리아에 싸여 있는 교질 다당류 (gelatinous polysaccharide)들이 존재하며 이는 아메바의 먹이가 된다.

“욕조에 앉아 물 위에 띄운 고무공을 던지면서 놀고 있다고 상상해 보세요. 어디가 수면이고 어디서부터 수면이 아닐까요? 누구도 알 수 없어요. 파도가 치고, 물방울이 터질 때마 다수면의 모습은 끊임없이 달라집니다.”


<파퓰러 사이언스>