皆さんの住んでいる地域は冬になると雪が降りますか?私の住んでいる地域は大量に雪が降り、翌朝になれば「白銀の世界だぁ」なんてレベルじゃないほど雪が積もります。そんな雪なのですが、近くでよーく見てみると、一つひとつの結晶が美しい六角形で形成されているのが分かります。雪の結晶は自然の作り出した芸術と言っても過言ではなく、形成されるメカニズムはいつも疑問に思います。いう事で今回は、雪の結晶がなぜ美しい六角形になるのかを調査しましたので、その調査結果を紹介していきます。まとめ雪の結晶ができるメカニズムまず、雪を降らす雲についてだが、これは海や湖、川などの水や地面に含まれる水分が太陽の光に温められる事で蒸発し、それが上昇気流によって上空へと運ばれる事で形成されていきます。上空に行けば行くほど、気圧も低くなり、それに伴い気温も下がっていきますよね。気温の低い空気は水蒸気を含む事ができる量が少なく、空気が限界量の水蒸気を含んだ場合、余分な水蒸気は水へと変わってしまうのです。(空気が含める水蒸気の量の事を「飽和水蒸気量」という。)その為、上空へと運ばれた水蒸気は水や、その水が凍った粒になり、それが集合する事で雲ができあがります。ちなみに雲が生成された時点での水滴やら氷の粒の大きさはおよそ0.001~0.002mm程度で、これを「雲粒」と呼びます。この極小の水滴や氷は小さいままだと浮遊したままだが、上昇気流によって水蒸気と一緒に運ばれた塵などを核として凝結し、その後、水滴や氷の粒が互いにぶつかりある事で成長し最終的には雲から落ちていきます。雲の中で水滴や氷が衝突し形成された塊は、雲から降る直前までは氷の結晶すなわち「雪」である場合が多いが、気温が高いとその雪は解けて「雨」となるのです。以上のように、雪の結晶は雲の中で極小の水滴や氷がぶつかり合う事で生成されています。雪の結晶が六角形に生成されるメカニズムについてですが、これが鬼ほど難しい......具体的に書けば本が一冊書けてしまうレベルで、このブログにまとめるのは困難だと思いました......が!そんな事を言い訳にこの記事を終わらすまいと、ちゃんとまとめてきました。氷を形成する為に必須となる水ですが、この水は非常に小さい分子の集合対であり、これを水分子(H2O)と呼びます。この水分子は下図のように酸素原子1つと水素原子2つで成り立っています。この水分子は普段チョロチョロと動いているのですが、しばらく0度以下の環境下に置かれると水分子は隣の水分子への結合を繰り返し下図のように、規則正しく結合して動かなくなる性質があります。(赤い点が酸素原子で黒い線が水素原子です。)なぜこのような現象が起こるかをざっくり説明すると、酸素原子が正に、水素原子が負に帯電しており、それが分子間で結合した為です。ほんとざっくり説明するとね。この現象を「水素結合」と呼びます。温度が低下する事によって水分子は動かなくなり、他の水分子と規則正しく結合する。この結合した水分子の形が六角形であり、これが全方向に対し、均一に成長する為に全体が六角形の結晶ベースが形成されます。ちなみに、冷凍庫で冷やされた氷が六角形にならないのは、水の体積が大きく、あちこちで凍結を始める為です。凍結時の最初のベースは六角形である事は間違いありません。この六角形が規則正しく形成される事で、僅かな隙間が発生する為、水が氷ると体積が膨張しますし、この隙間が原因で氷は水に浮かぶのです。難しい話ですが、雪の結晶というのは水分子の規則正しい配列によって六角形をベースに形成されていきます。この六角形をベースとした結晶に大気中の水蒸気が付着する事で凍結し、美しい形を形成していくのです。水蒸気は平らな場所より角やヘリに付きやすい性質を持っている為、雪の結晶は基本、ベースとなる六角形の角から広がっていきます。雪の結晶が美しい形になる為に必須となるのは、ベースとなる六角形の結晶とそれに付着する水蒸気です。その為、雪の結晶の形にはベースの六角形の形を変える「気温」と、それを形成する大気中の水蒸気量「湿度」が大きく関係してきます。気温が-15度程で湿度が110%であれば、それに伴い結晶のべーズは平面的に広がり、複雑な樹枝状の結晶を形成します。樹枝状の結晶はあくまで一例です。大気中の気温や湿度は常に変わり、それに伴い雪の結晶の形状も異なる為、雪の結晶に同じ形のものは存在しません。Wikipediaよりまとめ雪の結晶が六角形に形成される理由は、水分子の配列に答えがあったようです。水分子の一つを拡大すると一つの酸素原子に二つの水素原子がひっついた「くの字」型になっています。これが凍結する事により、隣同士、またその隣同士の水素分子が結合し六角形のベースが形成されます。その六角形のベースの周りに更に水分子が結合する事で、雪の結晶のベースとなる六角形の結晶ができあがるのです。この六角形の結晶の角に水蒸気がくっ付き凍結、くっつき凍結を繰り返す事で、地上にたどり着いた時には美しい雪の結晶が形成されています。雪の結晶が形成されるメカニズムはもっと深く難しいです。寒いと風邪をひきやすくなるのはなぜ?寒い恰好をしていると「風邪ひくよ」なんてよく言われますよね。...2月だけ日数が少ない理由は何?1年の中で最も短い月と言われれば「2月」ですよね。コメントをキャンセルメールアドレスが公開されることはありません。*ウェブサイトこの記事のトラックバックURLプロフィール美馬(うま)怪しい姿をしていますが、普段はITエンジニアを嫌々やらされています。素朴な疑問の答えを調査するという特殊な趣味を持っています。その趣味を活かせないものかと考えて生み出されたのがこのブログです。私の日記みたいな記事も紛れ込んでいます。寒いと風邪をひきやすくなるのはなぜ?寒い恰好をしていると「風邪ひくよ」なんてよく言われますよね。...炊飯器の「早炊き」と「普通炊き」には、どのような違いがあるのか?大抵の炊飯器には「早炊き機能」がついていますよね。...「赤の他人」「真っ赤な嘘」という用語にはなぜ「赤」が使われてる?一度は耳にした事があるでしょう「赤の他人」や「真っ赤な嘘」といった言葉。