化学暮らし物質の状態・構成・変化理科

雪の結晶の形は温度と湿度で決まる!雪の結晶ができる原理から観察方法までを農学部卒ライターが徹底わかりやすく解説!

よぉ、桜木建二だ。今回は「雪の結晶の形」をテーマに学んでいくぞ。

諸君は本物の雪の結晶を見たことがあるか?見たことがない人でも、冬が近づくにつれて雪の結晶のイラストやオーナメントなどは見かけると思う。その雪の結晶はどんな形をしていたか考えてみてくれ。おそらく、六角形だったのではないだろうか?この記事では雪ができる仕組みや雪の結晶の分類と結晶の形を決める要素、観察方法などを学習していこう。

高校・大学にて化学も専攻していた農学部卒ライター園(その)と一緒に解説していくぞ。

解説/桜木建二

「ドラゴン桜」主人公の桜木建二。物語内では落ちこぼれ高校・龍山高校を進学校に立て直した手腕を持つ。学生から社会人まで幅広く、学びのナビゲート役を務める。

ライター/園(その)

数学は苦手だけれど、生物と化学が得意な国立大学農学部卒業の元リケジョ。動物の中でも特に犬が好きで、趣味は愛犬をモフること。分かりやすく面白い情報を発信していく。

そもそも雪はどうやってできるの?

image by iStockphoto

水を凍らせることでできる冷たい氷を知っているあなたは、雪も同様に、雨の水が凍って雪になっていると思っているかもしれません。ですが、実は雪が先にできて、地上に降りてくる間に溶けたものが雨となります。夏でも上空では雪の結晶ができており、地上の温度が4度までなら解けずに雪のまま降ってくるのです。この章では、上空の雲でどのように雪が作られるのか学習しましょう。

雪とは

雪はどのようにできているのでしょうか?雪の研究の第一人者である中谷宇吉郎は、雪を以下のように定義しています。

個体から直接気体になり、または気体から直接個体になる現象を一般に昇華作用と呼んでいるが、雪はこの昇華作用によって水蒸気が直接に氷になったものである。即ち昇華による固化という現象によって空気中に生じた氷が地上へ降りて来たものがわれわれのいわゆる雪なのである。

出典:中谷宇吉郎.雪.1994,p.60-61

雪の芯となるもの

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昇華作用が起こる(水蒸気が直接氷になる)には、氷の芯となるものが必要になります。

例えば、あなたが丸いチョコレートのお菓子を作りたいとき、溶かしたチョコレートだけではトロトロで丸い形を作るのは難しいですよね?そんな時は、ピーナッツを使いましょう。ピーナッツを溶かしたチョコレートの中に入れて、周りをコーティングすることで丸いチョコレートを作ることができます。つまりこの例えでは、溶かしたチョコレートは水蒸気、ピーナッツは氷の芯となるものです。

自然界においてこの芯となっているものは、空気中のチリやイオンなどのとても小さな粒子。地上から上昇気流に乗って上空に運ばれた温かい水蒸気は、地上と比べて相当気温が低い雲の中に入ります。水蒸気はチリなどの微粒子との衝突によって氷晶(氷の粒)になり、氷晶に周りの水蒸気がくっついていくことで雪の結晶になるのです。雪の結晶は、ある程度の大きさになると重くなり地上に降ってきます。

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諸君は「過冷却」を知っているか?「過冷却」とは、水の温度が0度以下になっても凍らない状態のことだ。「過冷却」の状態はとても不安定で何か刺激が加われば一気に凍り始める。雲の中は温度が低く水蒸気がそれぞれ「過冷却」状態でただよっているので、雪の結晶の芯となるチリなどの微粒子とぶつかって、一気に凍って氷晶となるんだ。

\次のページで「雪の結晶の形を決めるのは温度と湿度」を解説!/

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