霜柱実験② ~霜柱を作ってみたよ!~

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こんにちは!梶井です!
バドミントンのシャトルが壊れやすくなり、空気の乾燥を感じます。


さて、前回のブログでは、霜柱ができない地域があることに驚いたことから始まって、霜柱の一般的な話をしました。
ブログはこちら → http://blog.miraikan.jst.go.jp/other/20161216post-1.html


今回は、「科学は実験をしてこそ!」という僕の信念に従い、『しもばしら』-(作・絵 野坂勇作, 福音館書店)という絵本の巻末にある霜柱作成方法を参考に、霜柱を作ってみました!!
(ネットでも"霜柱 作り方"と調べてみたところ、予想以上にサイトが出てきてびっくりしました。)

児童書ということもあって、小難しいことは一切ありません。



用意するもの
土、お湯、カップ(大)、カップ(小)、はさみ、新聞紙、家庭用冷蔵庫の冷凍室
※本来ならば断熱のために、カップはどちらも発泡スチロールなどが好ましいです。今回は見やすさを優先して、カップ(小)を透明なプラスチック容器にしました。

20161216_kajii_01.jpg


手順①
カップ(小)に土を適当に入れます。


20161216_kajii_02.jpg


手順②
湯沸かし器からお湯を注ぎます。(水ではなくお湯なのは、冷凍庫内でカップ中の土がすぐに凍るのを防ぐためでしょうか?)


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手順③
お湯で湿った土の上に、新たに1cmほど土を被せます。


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手順④
予め切り刻んだ新聞紙をカップ(大)に敷き詰めておき、手順3で用意したカップを入れ、新聞紙でカップの周りを囲みます。


20161216_kajii_05.jpg


手順⑤
冷凍庫に入れて1時間待ちます。


※「な、なんだ!このまったくもって定量的じゃない実験手法は!!」という突っ込みはおいておきます。


「これだけ!?」と思いました?
僕も思いました。この程度で、さらにたった1時間で霜柱ができるのかと・・・


「できてなかったらどうしようかな~。このワクワク、ドキドキ、ハラハラする感じ、やっぱり実験は面白いなあ。」と懐かしんでいると、あっという間に1時間が経ちました。


いざ!冷凍庫おーぷん!(パカッ)

20161216_kajii_06.jpg

おおおお!!霜柱できてる~~~!!!


見て下さい!このニョキニョキと現れた僕の霜柱たちを!
本当に驚いて、嬉しくて、思わず撮った写真を同僚と主任に見せびらかしてしまいました(笑)


「でもこの霜柱、ちょっと貧相じゃない?もう少し時間が経ったらどうなるんだろう?」と思い、冷凍庫でさらに1時間放置したところ・・・

20161216_kajii_07.jpg

増えてるし、大きくなってる~~~!!!


この後、さらに12時間、冷凍庫内で放置してみましたがあまり変わらず・・・
中の水が凍ってしまい、土の表面に水を供給するための毛細管現象が起こらなくなってしまったのかな・・・と考察。


それはさておき。


ふっふっふ。こんなに立派な霜柱ができたらやることはあと一つですよね。
潰して感触を楽しみましょう!



20161216_kajii_08.jpg

(ザクッ) ← 霜柱のつぶれる音

(あああ~~~) ← 梶井の感動の音


自然の霜柱よりも固かったので驚きました。「ずっと冷凍庫に入れていたから、全体的に凍りついてしまったのかな?」と考察しながらも、ただただ感動。


こうなるともう止まりません。楽しすぎてどうしよう(他の業務で頭を抱えている同僚たちを横目に)。

さて、次はどんな霜柱を作ろうか? 同じ土を使ってもっとカッコいい形の霜柱を作るのも面白そうですが、少し違う考え方で攻めたくなりました。


原理さえ分かれば、

自然では起こらないことを起こせるかも!


砂浜や公園の砂場で霜柱ができたという話を聞いたことはない・・・なら、砂浜の砂で霜柱ができたら面白いのでは?

ということで、砂浜の砂を用いて先ほどと同じ方法で試してみました!が、表面が凍っただけで、霜柱はできず・・・

20161216_kajii_09.jpg


「できませんでした!終わり!」にはしたくないので、方法を改良してみました。


まず、土や砂の粒の大きさが重要という情報があったので、茶こしで細かい砂だけにして再チャレンジ。


20161216_kajii_10.jpg


が、ダメでした・・・

このあと、お湯の量を調整したり、脱脂綿の上に砂を敷いたりなどなどいくつかの方法を試しましたが、いずれも霜柱はできず・・・うーむ。難しい。


なんでこんなに失敗例を載せているか気になりました?
それは、梶井がこのブログまでに成功できなかったから失敗も実験だからです。


これまでの実験で砂から霜柱を作るのは難しそうということは分かりましたが、まだできないとは限りません。今回とは違う霜柱を作る方法もありますし、失敗から分かったこともたくさんあります。

今年の冬は、隙あらば霜柱を作って楽しむ予定なので、面白い霜柱ができたら報告します!


さて、2回にわたる霜柱のお話はいかがでしたでしょうか?
実験といえば夏休みと思いがちですが、冬にも面白いことは沢山あります。
ちょうど大掃除で冷凍庫を整理する時期です。ぜひ今年の冬に、霜柱作成を通して日常を科学的に見直してみましょう!!もちろん、自然の霜柱の観察もとても素晴らしいです。

もしよろしければ、あなただけの特別な霜柱を教えてください。


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この記事への6件のフィードバック

梶井さん

お湯で湿らせる&保温カップ&新聞で保温しながら凍らせる、
というのは、実際に霜柱ができるときの「毛細管現象」を起こすための条件なのかしら。
あと、砂地でできないのは、砂の粒子の大きさと重さは関係ない??
土がふわふわだとか、火山灰が含まれているとよい、という条件と砂地の差はなんでしょう?

科学はシミュレーションと実験と実際の現象の比較が必要では?
実験して終わり!じゃ科学じゃないですよね。
分析、考察編もあると期待してます。

いつも楽しく拝見させていただいております.
霜柱は好きでよく踏んでおります!
お湯を入れるのは面白いですね.
お湯の方が早く凍るらしいので,水を入れた時とお湯から作った時で霜柱の大きさが変わるのでしたら面白いと思います.
砂浜の砂に合わせて追実験お願いします!

わたくし、生まれも育ちも北陸で雪は積もっても霜柱が立つような地域には住んでおりませんでした。それがこの北関東に移り住んだ初めての冬にカルチャーショックを受けたのが、この霜柱!
小さい頃に読んだ科学図鑑では「冬になると霜柱が立つ」と書かれていたのに、湿度ほぼ100%の北陸の冬ではいくら探しても見つからず「霜柱」をザクザク踏みつける感覚とはどういうものか不思議で貯まりませんでした。

なるほど!霜柱が成長するには土壌中の水分量や明け方の氷点下だけではなく、土壌粒子の粒度も重要な条件なのですね。

同じ気象条件でも数センチ以上に成長する霜柱もあれば1センチ程度してか伸びないものがあるのはなぜなんでしょう?まっすぐ伸びるのもあれば、曲がって成長するのもあるのはなせなんでしょう?

こりゃあ、「実験してみなきゃわかんない!」ですね。

まつこ 様

科学コミュニケーターの梶井です。
ご意見を下さりありがとうございます。

今回のブログの意図としては、読者の「なぜ?」という感情を引き出し、自身での自然観察や実験を通し考察していただくことでした。
なので、あえて説明をしていない箇所が多々あることを予めご理解ください。


>お湯で湿らせる&保温カップ&新聞で保温しながら凍らせる、というのは、実際に霜柱ができるときの「毛細管現象」を起こすための条件なのかしら。

→冷凍庫ではカップの側面からも冷気が届き、内部の土が影響を受けやすいので保温をする必要があります。土の表面よりも下が凍ってしまうと、毛細管現象が起きなくなる、あるいは起きても上部を持ち上げることができなくなるためと考えられます。
実際に、冷凍庫に3時間も入れたカップは、握り潰そうとしても凍っていてできませんでした。


>あと、砂地でできないのは、砂の粒子の大きさと重さは関係ない??
土がふわふわだとか、火山灰が含まれているとよい、という条件と砂地の差はなんでしょう?

→霜柱には、土や砂の粒径と体積あたりの水分量などが重要になるようです。これの影響が大きいのだと思います。
(現在、砂浜の砂をすり潰すことのできる器具を探しております。)

>科学はシミュレーションと実験と実際の現象の比較が必要では?

→実験の際に必要な手法・考察方は、その実験の目的・レベルによって異なり、常に全てのことを行う必要はないと考えます。霜柱の生長を計算する方程も考案されているようですが、必要な測定値が多すぎたので、私は断念しました。
ぜひ、試してみて下さい。

tan 様

いつもありがとうございます。科学コミュニケーターの梶井です。

tan様がおっしゃっているのは、「ムペンバ効果」のことでしょうか?
恥ずかしながら、tan様のコメントで初めて知りました。

少し調べてみましたが、この効果が正確なものかどうかの保証を私がすることができません。申し訳ございません。

しかし、対照実験として常温の水で行うことを怠っていました。
面白い結果が出たらご報告させていただきます。

現在、砂浜の砂をすり潰すことのできる身近な器具を探し中です…

Yutaka 様

初めまして。科学コミュニケーターの梶井です。
コメントをくださり、ありがとうございます。

Yutaka様が初めて霜柱を体験されたときのお気持ち、きっと素敵なものだったのだろうなと想像をふくらませております。
私は逆に、生まれも育ちも関東の雪があまり降らない地方ですので、霜柱の存在が当たり前すぎて、この年まで霜柱からの声を聞き逃していました…

ご質問に関しましては、申し訳ございませんが、私も不思議に思っている点ばかりです。正確なことをお答えできませんが、以下は私の想像になります。

>なるほど!霜柱が成長するには土壌中の水分量や明け方の氷点下だけではなく、土壌粒子の粒度も重要な条件なのですね

→説明不足でした。金光達太郎氏の報告書では「冬の最低気温が、しばしば0 ℃~-10 ℃になるという気象現象と~」と書かれていますが、天気予報の温度が氷点下に達していなくとも、土の表面が凍る温度になりさえすれば、霜柱はできると思われます。

>同じ気象条件でも数センチ以上に成長する霜柱もあれば1センチ程度してか伸びないものがあるのはなぜなんでしょう?

→同じように見えても局所的な土の堅さ(密度)や局所的な気象条件が異なることが原因かと考えております。例えば、同じような場所で予め土を踏みつぶしておいた所をつくって、周りとの霜柱のでき方を観察したら面白いかもしれないですね。

>まっすぐ伸びるのもあれば、曲がって成長するのもあるのはなせなんでしょう?

→最初に生長が始まる点で微妙な角度が付いていた、あるいは伸びるにつれて重力の影響で生長点に角度がつきはじめたなどの想像をしております。
どのような実験をすれば確かめられるのでしょうか・・・

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