朝だけの氷のキノコ！霜柱に隠された毛細管現象の正体
サイエンストレーナーの桑子研です。毎日が実験。
朝だけの特等席！公園で見つけた”氷のキノコ”
朝９時、まだ空気がキンと冷たい公園。ふと足元を見ると、地面からにょきにょきと顔を出す霜柱を発見しました。2022年2月22日のことです。「まあ、いつもあるだろう」と思っていたのですが、これがなかなかの長さ。2.5〜3cmほどもある立派な霜柱で、まるで小さなキノコの群れのよう。思わず「かわいい」とつぶやいてしまいました。
ところが、この芸術作品も長くは楽しめません。近くで遊んでいた子供がストライダーで颯爽と走り抜けた瞬間、霜柱はあえなく踏み砕かれてしまいました。朝の光の中で輝く霜柱は、まさに「その時間、その瞬間」だけの儚い景色。日が高くなればとけて消えてしまう、いわば自然が用意した限定ショーなのです。
霜柱はどうやってできる？主役は”毛細管現象”
霜柱のできる原理を調べてみると（ウェザーニューズ「冬の風物詩、霜柱にまつわる豆知識」）、答えは「毛細管現象」というしくみにありました。
流れはこうです。
まず、気温が氷点下まで下がると、ほどよく湿った土の表面が地面から先に凍りはじめます。すると今度は、地中に残っていた水分が、土の粒と粒のすきまという細い道を通って地表へと吸い上げられていきます。そして地表に到達した水分が、すでに凍っている部分をぐいぐい押し上げながら、次々と凍っていく。これが霜柱の正体です。
つまり霜柱は、地面がひとりでに凍ってできるのではなく、地中の水が細い隙間を通って凍ることで、少しずつ背を伸ばしていく建造物のようなものなのです。
そしてこのように、重力にはおかまいなしに、細い空間の中を液体がすいすいと移動していく現象を「毛細管現象」と呼びます。植物が根から吸い上げた水を高い枝先まで届けられるのも、ティッシュの端を水につけると全体が湿ってくるのも、実はこの毛細管現象のしわざです。
その奥にあるのは「表面張力」、さらに奥には「静電気力」
では、この毛細管現象そのものは何が起こしているのかというと、答えは表面張力です。水の分子どうしが互いに引っ張り合う力によって、水面がまるで薄い膜を張ったようにふるまい、狭い隙間があるとその力に引っ張られるようにして液体がぐんぐん上がっていくのです。
目の前の霜柱という何気ない自然現象から、水分子レベルの電気的な引力にまで話がつながっていくというのは、なんともスケールの大きい話ではないでしょうか。
朝の公園でふと出会った小さな氷のキノコ。その足元には、水と土と気温が織りなす毛細管現象、そしてさらにその奥には目に見えない静電気力の世界が広がっていました。
今度霜柱を見つけたら、ぜひ踏みつぶす前に(できれば子供のストライダーより先に)、しゃがんでじっくり観察してみてくださいね。
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