教えて館長!雪と氷のQ&A

皆さまから寄せられた雪や氷の質問・疑問に、古川館長がお答えしました!

古川義純先生

古川 義純(ふるかわ よしのり)先生

中谷宇吉郎雪の科学館 館長 / 北海道大学 名誉教授


日本結晶成長学会の会長や、北海道大学の低温科学研究所の所長などを歴任し、国際宇宙ステーション「きぼう」で氷の成長の宇宙実験を行ったことでも知られています。

Q1

雪に色はある?

雪の色は当たり前に白いと思っていますが本当に白いのでしょうか。雪に色がないのはなぜですか?(yo-yoさん/東京都・45歳)

雪と言えば白いものの代表格ですが,雪を作っているものは小さな氷の粒ですので,それ自体は無色透明です。氷の粒がたくさん集まると白く見えるのですが,その理由は簡単ではありません。

光が氷の小さな粒に当たると,いろいろな方向に反射します。反射した光は,またすぐそばにある氷の粒に当たり,さらにいろいろな方向に反射します。このような過程を繰り返すと,雪全体では光を様々な方向に乱反射することになります。

一方,光は波の性質を持っていますので,太陽からの光はいろいろな波長の光の集合体です。いろいろな波長の光が均等に混じり合っていると,私たちの目には白く見えます。したがって,小さな氷の粒の集合である雪は,太陽からくる様々な波長の光を乱反射させるので,白く見えるのです。

私たちの身の回りには,雪以外にも白く見えるものはたくさんあります。例えば,空に浮かぶ雲は,無数の小さな雲粒が集合してできています。この雲粒は,水滴ですので無色透明ですが,これらに太陽光が当たると雪と同じように乱反射するので白く見えます。

雪の科学館の中庭の「グリーンランド氷河の原」では,人工の霧を見ることができます。霧が白く見えるのも,雲の白と同じしくみなのです。

Q2

雪の結晶パターン

雪の結晶には色々なパターンがあるのはなぜですか。(224さん/神奈川県・12歳)

雪の結晶は,ひとつひとつ形(パターン)が異なっているとよく言われます。とても不思議ですね。これは,雪の結晶がどのようにしてできるのかに関係しています。

雪の結晶は,上空の雲の中に目に見えないほどの小さな氷の粒である雪の赤ちゃんが生まれることから始まります。この雪の赤ちゃんは,雲の中を落下しながら,周りの水蒸気を吸収して徐々に大きく成長します。そして,雲の下にいる私たちの目に触れる頃には,目に見えるほどの大きさになっているのです。

この時に,雪の結晶がどんな条件で大きくなったかで結晶の形は違ってくるのです。雲の中を落ちてくる結晶は,ひとつひとつその道筋が異なりますので,結晶ができる条件も結晶ごとに異なるはずですね。

私たちが目にする結晶は,すでに長い道筋をたどって成長してきたものですので,いろいろなパターンの結晶が観察されるのです。

Q3

雪質について

粉雪や玉雪など降雪における雪の状態の差は、どのような構造の差として観察されるのでしょうか。またその差は如何にして生まれるのでしょうか。(きすけさん / 岐阜県・30歳)

粉雪や玉雪というのは,降雪における雪の呼び方としては科学の世界で使われる言葉ではありませんが,前者はかなり小さな雪粒がバラバラで降っている状態,後者は多数の雪粒がくっついて一塊になって降っている雪を示すと思われます。

上空の雲の中で生まれた雪の結晶は,雲の中で水蒸気を集めて落下しながら成長し,やがて地上に達します。このとき,地表付近の気温がまだ充分に低く氷点下の場合は,雪の結晶はそのままバラバラの状態で地上に達します。これが粉雪の正体です。

一方,地上付近の気温が0℃前後になると,雪の結晶の表面は薄い水の膜で覆われた状態になります。このような結晶が落下の途中で衝突すると,水膜を通して互いにくっつき,少し大きな雪粒になります。このような雪粒どうしの衝突が繰り返し起きると,最後には数百個もの雪の結晶が一塊になった巨大な雪粒が生成されます。これは,いわゆるボタン雪と呼ばれるもので,大きなものは数センチにも達し,降っている時には玉のように見えますので,これを玉雪と呼んでいるものと思います。

それでは,なぜ気温が高いと雪粒どうしがくっつき合うのでしょうか。氷の粒である雪は0で溶けます。したがって,温度がプラスになると雪は半分溶けて濡れた状態になります。さらに,気温がマイナスであっても0に近いと,氷の表面は薄い水の膜で覆われていると考えられています。雪粒の表面にこのような水膜が存在すると,雪粒どうしが衝突すると,水膜を通してくっついてしまうのです。海岸で砂の像を作る時に乾いた砂ではうまく作れませんが,湿った砂では簡単に作ることができます。これも,砂粒の表面に水の膜があると砂粒どうしがくっつき易くなるからです。積もった雪でも,気温が低いとパウダースノーになったり雪だるまが作りにくくなったりします。これも雪粒の表面での水膜と関係しているのです。

Q4

透明な氷のつくりかた

一度、沸騰させた水で氷を作ると透明度が高くなるのはなぜですか?他に、透明な氷をつくる良い方法はありますか?(かほくのアマビエさん / 石川県・38歳)

通常,水には空気が大量に溶け込んでいますので,それを凍らせると空気は気泡として氷の中に取り込まれてしまいます。このため,氷は白く濁って透明度が低くなってしまうのです。

水を冷やす前にいちど沸騰させると,水に溶けた空気は追い出されてしまいます。このため,気泡として取り込まれる空気の量が少ないので透明度が高くなるのです。透明な氷を作る工夫はこの他にもいろいろありますが,どの方法も氷に取り込まれる気泡の数を減らす工夫です。

まず,水をゆっくり冷やすと,氷ができる速度も遅くなります。このため凍る時に気泡が発生してもすぐに逃げてしまい,氷には取りこまれないようになります。家庭の冷凍庫で氷を作るときは,沸騰させた水を使うことはもちろんですが,製氷皿の下に熱を伝えにくいものを敷く,あるいはタオルで製氷皿を包むなどをすると,氷がゆっくり出来ますので気泡の少ない透明な氷になります。しかし,氷を作るのにかかる時間は大幅に延びてしまいます。

また,凍る時に発生した気泡が逃げやすくするためには,水の容器全体を均等に冷やすのではなく,ある一定の方向に凍らせることも有効です。氷屋さんで売っている氷は,全く気泡がなく非常に透明です。これは,工場でできるだけ時間をかけて,一定方向からゆっくり凍らせることで,気泡を入りにくくしているのす。

また,水をかき混ぜるなどの方法で,発生した気泡を素早く取り除いてしまうなどの工夫もされています。

Q5

電子レンジに氷をかけたらどうなる?

コップに氷を入れて電子レンジで溶かそうとしましたが少ししか溶けませんでした。なぜですか?(ひなさん / 石川県・6歳)

ひなさん,とてもおもしろいことに気がつきましたね。ちょっとむずかしいお話になりますが,がまんしてください。

まず,水や氷は,目には見えないほどのものすごく小さな粒(水分子と言いいます)がたくさんあつまってできています。水のなかでは,この粒つぶがグチャグチャに詰まっているのですが,氷のなかでは粒つぶが順番にきれいにならんでいます。

この粒つぶは,水や氷のなかで動き回ったり,ブルブルふるえたりしています。電子レンジは,水のなかの粒つぶのブルブルをより大きくするはたらきをもっています。このため,電子レンジにコップの水を入れるときゅうに熱くなるのです。しかし,氷の中の粒つぶは,きれいに並んでいますので,もともとブルブルしにくいはずですね。ですので,電子レンジに氷を入れても粒つぶのブルブルが大きくなりにくいので,氷は電子レンジに入れても溶けにくいのです。

ちょっとむずかしいので,ジグソーパズルを思い出してください。ジグソーパズルは,たくさんのピースでできていますが,このピースひとつひとつがこの水や氷のなかの粒つぶだとしましょう。パズルであそぶ前には,たくさんのピースはグチャグチャになっていますね。このピースをぜんぶ箱に入れて箱をゆらすと,ピースはかんたんに動き回ったりブルブルしたりして,まざりあいます。では,パズルができ上がるとどうなるでしょう。ぜんぶのピースは順番にきれいにならんでいて,ピースどうしがしっかりとくっついています。このパズルを,同じようにゆらしてもピースは動きませんね。このあそぶ前のジグソーパズルが水,できあがったパズルが氷だとおもうと,箱をゆらす力が電子レンジの力になります。

このように,おなじ力でゆらした場合に,水のなかの粒つぶはブルブルしやすく,氷のなかの粒つぶはブルブルしにくいので,氷はなかなか溶けないのです。

やっぱり,まだむずかしいですね。まわりのおとなといっしょに,もういちどこのこたえを読んでみてください。

 

(* 漢字のふりがなつき回答はこちら)

 

Q6

器に入れた土では霜柱が作れない理由

冬になると,庭の湿った土や苔が生えている場所や裏庭に霜柱ができます。自分で霜柱を作りたくて発泡スチロールの器に湿らせた土を入れ、庭の霜柱が良くできる場所に置いてみましたが、土ごと凍結するだけで霜柱はできませんでした。また,小さな冷凍庫を用意して、その中でも実験をしてみたのですが,冬に外に置いていたのと同じで土ごと凍るだけでした。器をプチプチで包むといいと聞いたのでやってみましたが、やっぱり土がカチカチになるだけで霜柱は見当たりません。どうやったら、家の冷凍庫でニョキニョキ生える霜柱ができますか?冷凍庫は-8度から-10度くらい。土は花壇の土を使っています。(氷博士になりたいにゃーこさん / 栃木県・11歳)

とても面白い実験にチャレンジしていますね。感心しました。

さて,土を冷やすだけでは残念ながら霜柱を作ることはできません。その理由を説明する前に,庭の霜柱はどのような条件でできているかをもう一度考えてみましょう。

霜柱は,冬の晴れた夜に地表付近の大気が冷やされて,気温が氷点下に下がった時に良くできます。しかし,気温が氷点下になった時でも,霜柱のできた土の温度はまだプラスですので,土そのものは凍っていません。すなわち,まだ凍っていない土が,気温が下がることで表面から冷やされた時に霜柱がよくできるということになります。さらに,地表面にできた霜柱は,地面に直立するように細長く伸びていますが,その先端で成長するのではなく地面と接した根もとで成長しているのです。まだ凍っていない湿った土に接している霜柱の根もとでは,土の中の水分を吸い寄せながら氷が成長すると言う性質を持っています。このため,根もとから氷の塊をまっすぐに持ち上げるようにして,霜柱ができるのです。

地面の土の中まで凍ってしまうほど寒い時には,土の表面にはもはや霜柱はできなくなってしまいます。土自体が凍ってしまったものは,凍土と呼ばれています。北海道などのように気温が低い地方では,霜柱より凍土になってしまう場合が多くなります。

では,実験の話に戻りましょう。容器に詰めた湿った土を冷凍庫に入れると,土全体が急に冷やされますので,すぐに全体が凍ってしまいます。この時には,上で説明したような湿った土の表面だけが冷やされるという霜柱ができるための条件が実現できません。プチプチで包むと確かに冷える速さは遅くなりますが,土全体が冷えて凍ってしまうということには変わりがありませんので,やはり霜柱はなかなかできません。冷凍庫の中で霜柱を作ろうとすると,湿った土を凍らせないように何らかの方法でプラスの温度に保ちながら,土の表面だけが冷凍庫の冷気にさらされるような工夫をすることが大事です。すなわち,湿った土の温度と冷気の温度が,十分大きく異なるようにすることが鍵です。

研究室などで行われている実験でも同様な工夫がなされて,初めて霜柱を作ることができます。実験としては大変難しいのですが,是非チャレンジしてみてください。

Q7

降雪と大気の湿度の関係について

上空から降ってくる雪の粒は地上付近の気温がある程度高いと溶けて雨になってしまうということは知っていたのですが、地上付近の気温がある程度高くても湿度が高いと氷のまま降ってくるという話を聞きました。この原理について考えてみたのですが上手く説明できなかったので館長さんの説明を聞いてみたいです。よろしくお願いします。(折部やすなさん / 東京都・16歳)

ご質問にある「地上付近の気温がある程度高くても湿度が高いと氷のまま降ってくる」という現象があることは,私も初めて伺いました。いろいろと考えてみましたが,うまく説明できる理由は見つかりません。

しかし,これとは逆の現象,すなわち「地上付近の気温がある程度高くても湿度が低いと氷のまま降ってくる」ということであれば,大いに可能です。すなわち,上空から降り落ちる雪の結晶は,落下途中で湿度が飽和点より低くなると昇華(固体である雪の結晶が直接水蒸気に変化する現象)を開始します。昇華のためには大量の熱(昇華熱と呼ばれます)が必要になりますので,その結果として結晶そのものが冷やされ,温度が下がってしまいます。したがって,地上付近で気温が0より高くなっても,結晶の温度はまだ0より低い状態に保たれる場合があり、雪の結晶は溶けずに氷のままで降ってくるということになります。

大気の湿度が低くなればなるほど昇華は激しく起こりますので,雪の結晶の温度はより大きく下がることになります。これを気温の側から見ると,湿度が低いほど,より気温が高くなるまで雪の結晶が溶けずに降ってくるということになります。気象学の分野では、湿度と降雪との関係について様々な観測や研究が行われています。実際,湿度が50%以下になると,気温がプラス5以上でも雪の結晶は溶けずに降ってくるという観測結果もあります。

最後に,氷の昇華に必要な熱は,一体どれくらいの大きさでしょうか。例えば,0の氷1gを昇華するために必要な熱は,100gの水の温度を6.8℃上げるために必要な熱とほぼ同じになります。たった1gの氷が昇華するだけで,こんなにたくさんの熱を吸収するのです。昇華による雪の結晶の冷却効果が,いかに大きいかが分かりますね。

Q8

絶対零度と氷について

氷だったものが、マイナス273度になると、なぜ気体になるのですか?氷のままの物質もありますか?( 標識君 / 東京都・7歳 )

はじめに,マイナス273度という温度は,どんな温度かを説明しましょう。この温度は,これ以上はもう下がらないギリギリの温度で,絶対零度とも呼ばれています。

マイナス273度を説明するまえに,温度というのはどういうものかを考えてみましょう。

氷は,水の分子が順番にきれいにならんでできた固体ですね。結晶ということばを聞いたことがあると思いますが,このような分子がきれいにならんだ固体のことを呼びます。しかし,水分子は結晶の中にあっても完全に止まっているのではなくて,かならずブルブルと振動をしています。この氷の中の水分子のようすを動画でしめしたものが,産業技術総合研究所の灘浩樹先生のホームページにありますので,参考にして下さい ⇒ コチラをクリック

このブルブル振動の大きさが,じつは温度にあたります。温度が高いほど,水分子はより大きくブルブルしているのですね。では,温度が下がるとどうなるでしょう。この水分子のブルブル振動は,だんだんおさまってきて,ある温度になると完全に止まってしまうはずですね。この分子のブルブルが止まってしまう温度が,マイナス273度なのです。いったん分子のブルブルが止まると,それ以上温度は下がりませんので,マイナス273度より低い温度はないということになります。

さて,ご質問の「マイナス273度になると気体になるのですか」ということについては,実はどんな物質でもマイナス273度では気体ではなくて固体になっています。そして,その中の分子のブルブルも完全に止まった状態になっています。氷は,温度が高いと水蒸気になっていますね。しかし,水蒸気は温度が下がると水に変わります。コップに冷たい水を入れると外側がくもるのは,水蒸気が水滴となってコップにつくからです。この水滴は,もっと温度が下がると氷に変わります。この氷の温度をさらにどんどん下げていくと,やがてマイナス273度まで冷やせるはずですが,その時にもういちど気体にもどることはありません。ずっと,氷のままで冷えていくだけです。氷以外のどんな物質でも,温度が下がると,水と同じように気体が液体に,そして結晶へと変わっていきます。したがって,マイナス273度では,どんな物質であっても気体に変わることはなく,結晶のままでいると考えられています。

マイナス273度という温度は,とても不思議ですね。この温度では,今回のご質問のほかにも,とても面白いことがたくさん起きることが知られています。ぜひこれからも興味をもって,いろいろと調べてみてください。

(*漢字のふりがなつき回答はこちら)

Q9

国や場所によって雪の結晶の形は違う?

いろんな形の雪の結晶がありますが、場所によって降る雪の形は違うのですか?たとえば石川県に降る雪はどんな形が多いとかアメリカはこんな形とかあるのですか?(しゅんさん / 石川県・13歳)

 雪の結晶の形は,結晶が生成するときの大気の温度(気温)と水蒸気の量(湿度)によって決まります。雪の結晶は,上空の雲の中で生成されますので,そこでの気温と湿度が形に反映されているのですね。中谷宇吉郎が人工雪の実験をもとに,結晶形と気温・湿度の関係を示したものが良く知られたナカヤ・ダイヤグラム (※画像1) です。

ご質問にある「場所によって降る雪の形が違うのか」ということですが,異なる場所であっても結晶が生成される雲の中の条件が同じであれば結晶形も同じになりますので,基本的に場所による違いはありません。一方,同じ場所で結晶を観察していても,上空の雲の中の条件は刻々と変化しますので,それに応じて形も変化します。

中谷宇吉郎は,雪の研究を開始した当初に,北海道の十勝岳で数年の間におよそ3000枚の雪の結晶の写真を撮影しました。そして,それらをもとに,代表的な雪の結晶の形として約40種類に分類しました。その後,多くの研究者が世界各地で雪の結晶の観察を継続しましたが,この中谷の分類表にはほとんどすべての結晶形が含まれていたことが明らかになっています。これは,一つの場所であっても長期間にわたって観察を続ければ,ほとんどすべての雪の結晶形を見ることができることを意味しています。この事実も,雪の結晶が降る場所によって形が異なることは無いということを示しています。

ただし,例えば南極や北極のように,普通は人が住まないような平均気温が極端に低い場所では,そこでの結晶の成長条件に合った結晶形が降りやすいということは起こります。実際に,南極の昭和基地では,日本やアメリカのような中緯度の地域に降る結晶形とは異なる,特別な形の雪結晶が発見されています。その後の研究で,これらは気温が極端に低いときに生成される結晶形であることも明らかになっています。したがって,これも場所による違いというよりも,場所によって結晶の生成条件が異なっていたという方がより正確ということになります。

Q10

氷の硬さ

マイナス10度とマイナス20度の氷は硬さが違いますか? 教えてください。(たかしさん / 石川県・10歳)

中谷宇吉郎先生は,「氷は金属である」という言葉をのこしています。

金属は,普通はとても硬いですが,温度が高くなるとだんだん柔らかくなります。テレビなどで刀を作るところを紹介した番組を見たことがあると思いますが,鉄を炎で真っ赤に焼いてそのままハンマーなどで叩くと,簡単に伸ばしたり曲げたりすることができます。これは,硬い鉄であっても温度が高くなると柔らかくなることを利用しているのです。氷もこの鉄と同じように,温度によって硬さが変化します。ご質問にあるようにマイナス10度とマイナス20度では,より温度の低いマイナス20度のほうが硬い氷になっています。

しかし,氷の硬さというのは,鉄の硬さとは少し違う性質を持っています。氷は結晶ですので,一つの結晶の粒でできた氷(単結晶の氷と呼びます)を用意して力を加えると,どの方向から力を加えるかによって硬さが大きく違うことが知られています。実は,氷の結晶というのは,ちょうどたくさんの枚数の紙を重ねた束のような構造をしています。

紙の束としてトランプを考えてみましょう。図にあるように,トランプを重ねた束にいろいろな方向から力を加えてみましょう。たとえば(a)図のように,トランプの束を水平に置き,トランプの上や横から力を加えると,束は簡単に曲がりますね。これは,トランプどうしが少しずつ滑って,束全体としては曲がりやすくなるためでで,トランプの束はこの方向にはとても柔らかい性質をもつことになります。しかし,(b)図のように束を縦に置いて縦方向に力を加えると,いくら力を加えてもトランプの束は簡単には曲がりません。この場合には,いくら力を加えてもトランプどうしが滑ることがないからです。

このように,トランプの束は力を加える方向で硬さがまったく違います。氷の結晶が,このトランプの束と同じ性質を持つことを発見したのも,中谷宇吉郎先生なのです。中谷宇吉郎雪の科学館には,氷の結晶が紙の束と同じような性質を持つことを示す実験結果の写真も展示されています。今度雪の科学館を訪問したときには,気をつけて探してみて下さい。

(トランプの実験は簡単ですので,ぜひ自分でもやってみて下さい。トランプは,プリンターの用紙の束や少し厚めの本などでも代用することができます。)

Q11

植物は凍らない?

冬のとても寒い日でも椿などの花が咲いていたり草が生えていたりしますが、0度以下でも植物は凍らないのでしょうか?(なっちゃんさん / 石川県)

生き物は,植物でも動物でも体が凍ると普通は死んでしまいますね。このため,寒い冬を凍らずに生き延びて,次の春にまた活動ができるように,生き物たちは特別なしくみを持っているのです。植物と動物では,そのしくみは異なりますので,まず植物について見てみましょう。

植物が凍らないしくみのひとつは,冬になるとその体の中にたくさんの糖分やアルコール分などの成分を生成することです。水道水などのきれいな真水を冷やすと,通常は0度になると凍ってしまいます。しかし,水に糖分やアルコール分などが含まれていると,0度では凍らずに氷点下の温度になっても液体のままでいることができます。少し難しい言葉ですが,このことは「氷点降下(ひょうてんこうか)」と呼ばれていて,水に含まれる物質の濃度が高くなるほど,水が氷に変わる温度が低くなるという現象です。冷凍庫などに甘いジュースなどのペットボトルを入れておくと,真水のボトルよりも凍りにくくなりますが,これはジュースに大量に含まれる砂糖による氷点降下のためです。野外にいる植物も,冬が近づいてだんだん寒くなると,体内に糖分やアルコール分などを溜め込んで,この氷点降下のために体内の水が凍るのを防いでいるのです。実際,冬の寒さが厳しくなると野菜の甘さが増して,おいしくなると言われますね。これは,寒さに対抗するために,その体内に糖分を溜め込むためなのです。

いっぽう,動物にも寒い冬を凍らずに越して,翌年また活動を再開するものがたくさんいます。人間と同じような哺乳類などは,自分で体温を調整する事ができます。しかし,魚や昆虫などの変温動物は自分では体温調節ができません。このような動物の体温は,周囲の環境の気温とほぼ同じになっていますので,冬になると氷点下まで下がります。それでも,多くの動物は凍ることなく,寒い冬を生き延びることができます。このような動物は,植物よりももっと複雑なしくみで体が凍ることを防いでいることが知られています。そのひとつは,動物の体内には不凍タンパク質と呼ばれる特別なタンパク質が含まれているからなのです。このタンパク質は,動物の体内での氷の生成を制御して,体が凍ることを防ぐという機能を持っているのです。おなじ動物でも,夏の間はこのタンパク質が含まれていないので,急に氷点下の温度にすると,体は凍ってしまうことが知られています。冬が近づくと,体内でこのタンパク質を生成して,寒さに備えた体に体質改善しているのですね。

このように,氷点下の環境に住む生き物たちは,自分の体をいかにして凍らせないかという複雑なしくみを持っているのです。逆に,そのようなしくみを獲得した生き物だけが,冬の寒さの中でも生き残ることができたとも言えるでしょう。ここにも,生物の命のしくみが隠されているのですね

Q12

雪や氷の文化的な意味

北国には、雪や氷に関する伝統行事がたくさんあります。たとえば、諏訪湖の御神渡りや花巻のタロシ滝の計測などなど。金沢では氷室の仕込みが復活されています。でも、最近は温暖化のせいでこうした伝統行事がなくなりつつあります。自然現象が起きないことで、文化や伝統が消えてしまうのでしょうか?消えることでどんな影響があるのでしょうか?(ふくむら よしみさん / 茨城県・49歳)

雪や氷に関する伝統行事が,地球温暖化のためになくなりつつあることは,大変残念なことです。伝統行事は,本来その土地の自然や気候,さらにそこに住む人々の生活様式などによって生まれて発展し,そして長年に渡って継続されることで生まれてきたものであると思います。このため,本来備えていた条件が変化してしまうと,その行事を実施していくことの意義や目的が薄れていくことになります。特に,雪や氷の関する伝統行事は,温暖化により雪や氷が少なくなったり無くなったりすると,行事そのものを実施することが困難となり,だんだん消えていく方向になるのはある程度はしかたがないかと思います。しかし,伝統行事が一旦消えてしまうと,後世になって復活再現することは極めて困難になります。したがって,これらの伝統行事の記録や保存などの活動が極めて重要になります。伝統や文化は,人々がどのような生き方をしてきたかの記録でもありますので,だれもが意識を高くして,消えてしまうことがないように努めていきたいですね。

文化や伝統が消えてしまうということは大変残念なことですが,その一方で現代に生きる私達は,いま新たに多くの文化や伝統を作り出しつつあるといっても良いかと思います。最初はごく限られた人たちが行っていることであっても,やがて社会に浸透し,誰もが行うような行事として発展するものがあれば,新たに文化や伝統を作り出したことになります。百年後二百年後には,その時の伝統行事として継続されているかもしれません。すなわち,伝統や文化というのは,廃れるものもあれば新たに生まれるものもあるます。ただ,古い文化や伝統を懐かしがるだけではなく,未来に向けて新しい文化や伝統を作っていくといこうという気持ちを持つことも,とても大切ではないでしょうか。

(ご質問ありがとうございます。伝統や文化に関する話題ですので,その人その人で考え方も対処のしかたも異なると思います。従いまして,この回答は私自身が個人的に考えていることにもとづいています。他にも,さまざまなご意見や考え方があると思います。)

Q13

とけない氷はあるのかな?

前に、雪の科学館で氷のネックレスを作りました。すぐにとけてしまい、悲しかったです。とけない氷があったら作りたいです。とけない、とけにくい氷の作り方をおしえてください。(あやかさん / 石川県・8歳)

あやかさん,雪の科学館の氷のネックレス,すぐにとけてしまって残念でしたね。でも,とけない氷というのは,ざんねんながら作ることはできません。氷に限らずいろいろな物質は,とける温度が決まっています。氷は,この温度が0度ですので,部屋の中(室温は20度くらいですね)に氷をおいておくと,すぐにとけてしまうのはしかたがないことなのです。

雪の科学館で氷のネックレスを作ったときの氷は,きれいな透明(とうめい)の氷だったと思います。台所にある冷凍庫(れいとうこ)で氷をつくると,普通(ふつう)は白くにごった氷になりますね。これは,最初に水にとけていた空気が,氷ができるときにはき出されて,空気の泡(気泡(きほう))として氷の中に閉じ込められたからです。気泡がたくさん含まれた氷は,とてもとけやすいのですが,気泡の入っていない透明な氷はとけるのに少し時間がかかります。室温であればやがてとけてしまうことにはちがいないのですが,雪の科学館の氷は,それでも少しはとけにくい氷になっています。このような透明な氷は,台所の冷凍庫でも少しくふうをすると作ることができます。まず,水にとけた空気を追い出すためには,冷やす前にいちど沸騰(ふっとう)させます。この水が冷めたら冷凍庫に入れるのですが,なるべく空気にふれないようにして,できるだけゆっくりと冷やしてこおらせると,気泡の少ない透明な氷になります。ためしてみて下さい。

Q14

最新の研究について

現在行われている、雪結晶についての面白い研究はありますか?古川館長が特に気になっているものがあれば教えてください。(Kentoさん / 富山県)

私は,雪の結晶だけではなく氷(雪の結晶も氷のひとつ)のさまざまな特性に興味があります。その意味では,特に雪の結晶の問題だけに焦点を絞るのは難しいのですが,その中でも興味深い研究を二つ紹介したいと思います。

最初は,氷の結晶の表面構造を分子のレベルで解明しようという試みです。この研究は,北海道大学低温科学研究所の佐﨑元(さざきげん)先生を中心とするグループが行っています。氷の結晶は,大気中から飛び込んでくる水分子が一個一個順番に氷の結晶の格子に取り込まれることで成長します。このとき,氷の結晶の表面ではどんな事が起きているのかを,佐﨑先生たちは分子のレベルで顕微鏡観察するという試みを行っています。このような観察は非常に難しく,これまで世界中の誰もが成功していなかったものですが,佐﨑先生たちは新しい顕微鏡を独自に開発することで,初めて観察を可能にしました。これによって,結晶が成長するしくみを議論することや,表面で起きるさまざまな興味深い現象の本質を明らかにすることができるようになります。この研究は,雪の結晶を直接扱っているわけではありませんが,結晶の成長のしくみが分子レベルで明らかになると,雪の結晶の生成や形の変化のしくみも詳しく解明できるようになると,世界中の研究者から期待を集めています。

もう一つは,新しく開発した人工雪成長装置で雪の結晶の成長実験を行っている北海道教育大学の高橋庸哉たかはしつねや)先生の研究です。高橋先生は,垂直風洞と呼ばれる装置を作り,この中で雪の結晶を1個だけ空中に浮かせながら,成長させるという実験を行っています。人工雪の成長装置といえば,中谷宇吉郎先生の実験装置が有名です。この装置は対流型といって,水蒸気を含む空気が対流によって流れてくる中で雪の結晶を成長させています。したがって,中谷先生の作った人工雪は,対流による空気の流れに逆らうように成長しますので,結晶の形には少しゆがみが生じます。一方,1960年頃にイギリスの研究者たちが新たに開発した拡散型人工雪成長装置では,対流ではなく拡散によって水蒸気が流れるのを利用しています。この装置では,空気そのものに流れがありませんので,水蒸気の供給に偏りができにくく,比較的対称性の良い形となります。しかし,これらの装置では,雪の結晶は細い糸の上などに固定されて成長します。したがって,天然の結晶のように空中に浮遊して成長する結晶とは,結晶形の決まる条件などが異なる可能性があります。高橋先生の実験では,雪の結晶を空中に浮かべて成長させますので,天然の結晶の成長を完全に再現することができます。この実験は低温実験室で行うもので大変過酷な実験ですが,この研究が完成すれば,結晶の形に対する空気の流れの効果などが詳細に解明されるはずです。

このような研究が進展することで,中谷先生の雪の研究が現代の最先端研究の中でも生かされることになります。中谷先生も大喜びされるのではないでしょうか。