[公開日] 2024 年 2 月 26 日午前 8 時 38 分 (EST)
[質問] テンリー、7 歳、ミシガン州ロックフォード、アメリカ合衆国
[答えてくれる先生] Alexandria Johnson
雪と聞くと、粉雪の降る坂道、学校を休んだ数日間、あるいは何時間も雪かきをしたイメージが思い浮かぶかもしれません。 何百万人もの人々にとって、それは人生の避けられない一部分ですが、雪が降った原因について立ち止まって考えることはめったにないかもしれません。
私は大気惑星科学の教授として、空に浮かぶ氷の結晶がどのようにして地面を覆う雪になるのかを研究してきました。
すべては雲の中から始まります。
雲は、地表近くの空気が上昇するときに作られます。 これは、寒い冬の日に太陽があなたの顔を温めるのと同じように、太陽光が地面とそれに最も近い空気を暖めるときに起こります。
わずかに暖かい空気が上昇すると冷却され、その上昇空気中の水蒸気が凝縮して液体の水または水の氷を作ります。 そこから雲が生まれます。
無限の小道
地上の気温が氷点下になると、雲は主に氷の形をした水で構成されます。 華氏 32 度、つまり摂氏 0 度以下では、凍った水分子が六角形、つまり 6 面の結晶の形に整列します。 氷の結晶が成長して一緒に固まると、重くなりすぎて空中に留まることはできなくなります。 重力の助けを借りて、それらは雲の中を下に落ち始め、最終的には雲から外に出ます。
これらの氷の結晶が陸地に到達したときにどのように見えるかは、大気の温度と湿度によって異なります。 湿度、つまり雲の中の水蒸気の量が増加すると、氷の結晶の一部が 6 つの角で複雑な腕を成長させます。 この枝分かれプロセスにより、私たちが雪の結晶の特徴的な形状と考えるものが作成されます。
雲の中を同じ経路をたどる氷の結晶は 2 つとありません。 その代わり、すべての氷の結晶は、上昇するか下降するかにかかわらず、雲の中を移動するときに異なる温度と湿度を経験します。 刻々と変化する条件と、結晶がたどる無限の経路とが組み合わさることで、それぞれの雪の結晶に独特の成長の跡形と結晶の形が生まれます。 あなたが「まったく同じ雪の結晶は二つとない」という格言を聞いたことがあるのはこのためです。
picture: It takes approximately one hour for a snowflake to reach the ground. LiLi/iStock via Getty Images Plus 雪の結晶が地面に到達するまでに約 1 時間かかります。
多くの場合、これらの違いは肉眼で確認できます。 それらを区別するために顕微鏡が必要になる場合もあります。 どちらにせよ、雲と雪を研究する科学者は雪の結晶を調べ、最終的には雲を通って手に着地するまでの経路を理解することができます。
接着剤としての液体の水
空から雪が降るとき、通常は別々の氷の結晶ではなく、結晶の塊がくっついている のが見えます。 氷の結晶がくっつく方法の 1 つは、いわゆる機械的かみ合わせによるものです。 氷の結晶がぶつかると、複雑な枝や腕を持った結晶が絡み合ってくっつきます。
このメカニズムは、より涼しく乾燥した状態、つまり人々が「乾いた雪」と呼ぶ状態での主な貼り付けプロセスです。 その結果、スキーに最適な雪で風に飛ばされやすくなりますが、雪の球を作ろうとすると固まりません。
氷の結晶をくっつける 2 つ目の方法は、氷の結晶を少し温めることです。 温度が氷点下をわずかに超える雲または大気の領域を通って氷の結晶が落ちると、結晶の端が溶け始めます。 ほんの少しの液体の水により、互いに衝突した氷の結晶が非常に効率的にくっつき、まるで接着剤のようになります。
結果は？ 空から降ってくる大きな氷の結晶の塊、いわゆる「湿った雪」です。ゲレンデに積もるにはあまり理想的ではありませんが、雪だるまを作るのには最適です。
雲の中で形成された雪が地上に到達するのは通常冬だけです。 しかし、季節や場所に関係なく、ほとんどすべての雲には氷が含まれています。 これは、暖かい熱帯地域の雲にも当てはまります。なぜなら、私たちの上空の大気ははるかに寒く、最も暖かい日でも氷点下に達する可能性があるからです。 実際、気象を研究する科学者は、氷を含む雲の方が、氷をまったく含まない雲よりも多くの雨を降らせることを発見しました。
この記事は、クリエイティブコモンズライセンス(CCL)の下で The Conversation と各著作者からの承認に基づき再発行されています。日本語訳は archive4kids の翻訳責任で行われています。オリジナルの記事を読めます。original article.
