¿Por qué el ADC requiere 3 cables en lugar de 2?

Estoy muy confundido acerca de ADC. Me disculpo si estas preguntas suenan tontas. Yo uso ATMEGA328P para ADC.

1. ¿Por qué se requiere el terminal negativo para que ADC tome medidas, si el pin ADC ya es negativo por sí mismo?

2. ¿Por qué el ADC solo toma medidas cuando hay resistencia entre el suelo y el pin de entrada del ADC? Si quito la resistencia de 1k, las mediciones ya no funcionan, ¿por qué el ADC no toma esto, a menos que haya una resistencia presente?

Si tomo el cable VCC y GND entre mis dedos en manos separadas y dejo que el cable ADC 'flote', obtengo una onda: (no foto-celda, solo cables pelados, GND en mi mano izquierda VCC en mi mano derecha y entrada ADC flotando en el aire)

¿Qué representa esta onda? Si no tengo el VCC y el GND, entonces el ADCH solo muestra una salida aleatoria, por lo que la ola no se produce por sí sola. Mi vref se establece en AREF de 4v.

Si conecto el ADC a un recipiente de aluminio, veo lo que parece ser una onda cuadrada, ¿es posible que esté captando algún tipo de señal de un dispositivo aleatorio, como por ejemplo un chip wifi? ¿O no sin el amplificador operacional?