なぜ雪「草」や雪「木」ではなく、雪「花」なのでしょうか?

雪は自然から人間への白い贈り物です。暖かい家の中に隠れて、ガラス窓から降ってくる雪を眺めているだけでは、空から雪が降ってくる驚きを体験することは絶対にできません。時には雪が砂糖のようにパチパチと音を立てて降り、小さな雪玉が地面に跳ね、衣服に擦れて音を立てます。時には、雪は氷の結晶のようになり、街灯の下でダイヤモンドの星屑のように輝きます...

最後の雪片が地面に落ちて溶けるとき、なぜ雪が「花」になるのか疑問に思ったことはありませんか?

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雪が降る時を注意深く観察すると、雪が降るたびに感じ方が異なることに気づくでしょう。たとえば、ガチョウの羽のような「雪玉」が静かに空から落ちてきて、真綿のようにふわふわになって地面に落ちることがあります。時々、空から細かい雪が降ってきて、よく見ると小さな雪の結晶が宙を舞いながらぽつぽつと落ちてくるのが見えます。時には、雪がほこりのようになり、小さな白い点が体に落ち、地面もチョークの粉の層で覆われます。雨は一種類だけですが、雪には何千もの種類があります。その理由を探るには、微視的な視点から理解する必要があります。異なる環境では異なる雪片が形成され、降雪の外観も異なります。

凍った雪の結晶

李白は、燕山の雪は筵ほどの大きさで、一粒ずつ玄元台まで吹き飛ばされたと語った。このマットのような雪は、実は雪の結晶ではなく、スノーフレークです。雪片は、数個から数百個の雪片で構成されており、一般に「ガチョウの羽のような雪」として知られています。これらの雪片は 6 枚の薄い花びらの形をしており、複雑な枝が付いていることもあります。また、それぞれの花びらが枝のように見えるため、雪片がつながってくっついています。ガチョウの羽毛雪の形成には、環境に対する非常に高い要件があります。一般的に気温や湿度が高いときに発生しやすいと言われています。例えば、私はかつて春の初めごろ、新疆ウイグル自治区の伊犁河流域で手のひらサイズのガチョウの羽の雪に遭遇したことがあります。

雪の結晶の形は主に生育環境の温度と湿度によって決まります。たとえば、極寒の環境では、ダイヤモンドダストと呼ばれる六角形の雪片が簡単に形成されます。

六弁雪片の形成には主に-15℃前後の環境が適しており、-5℃前後では針状雪片や六角形雪片が出現します。

湿度の違いは雪片の形状に影響します。例えば、同じ-15℃の環境でも、湿度が低いと幅の広い6枚の花びらの雪片が形成され、湿度が高いと薄い6枚の花びらの雪片が形成されます。湿度が高く、水蒸気が豊富であれば、複雑な枝分かれをした大きな雪片が形成されます。

最大の雪片はどれくらいの大きさになるでしょうか?雪の結晶の中でも「モンスター」と呼ばれていた、直径1cmの巨大な雪の結晶を実際に見たことがあります。しかし、歴史上の記録では直径30cmの雪片があったとされているものの、写真による証拠はない。

スノーフレークの旅

現在、世界には人工的に雪の結晶を作り出すことができる研究所がいくつかあります。温度と湿度を変えるだけで、異なる雪片が凝縮します。しかし、研究室がどれだけ優れていても、生成される雪の結晶は自然界で見つかるものよりはるかに複雑ではありません。なぜ？雪片は固定された環境では形成されません。雪の結晶が舞い上がるにつれ、生育環境は常に変化します。

例えば、もともと六角形である雪の結晶は、湿度が高く、気温が高い環境になると、元の土台の上に細い枝のような構造が成長します。湿度が低い環境になると、枝の先端に六角形の装飾が生え、複雑な雪の結晶が完成します。雪の結晶は、若いときに低温または乾燥した環境で成長すると、角柱の形に成長します。比較的高温の領域に移動すると、「糸巻き」の形状を形成します。

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しかし、雪の結晶の場合、この説明はその旅の概要に過ぎず、物語のより詳しい内容は説明されていません。雪の結晶にはさまざまな形がありますが、顕微鏡で見ると、雪の結晶の内部の模様と構造がさらに驚くべきものになります。同心円模様、放射模様、かわいい小さな泡、レース構造、凍った雫、カールした縁など、さまざまな特徴により、それぞれの雪の結晶は非常に異なります。

凍った滴を例に挙げてみましょう。降ってくる雪片に付着する小さな氷の粒子です。まるで雪の結晶の上に真珠の層が埋め込まれているようです。氷の粒子が加わることで雪片は非常に重くなり、非常に速く落下し、互いにくっつきません。これは先ほども述べたように砂糖のような雪です。

私の72の変化を見てください

雪の結晶には花びらが 6 枚あるとよく言われますが、6 枚の花びらは雪の結晶の共通の特徴です。現実はどうでしょうか?花びらが6枚ではない雪の結晶の種類はたくさんあります。

歴史的な記録には、12 枚、18 枚、さらには 24 枚の花びらを持つ雪の結晶が手描きで記録されています。これらがどのように形成されたかについては、現在でもさまざまな学術的意見があります。一説によると、二核氷結晶が多花弁雪片の形成の原因である可能性があるという。この二核氷結晶は「I」字型の二重層構造をしています。電磁力の影響により、上層と下層の角度がある程度ずれています。成長し続けると、12 枚の花びらを持つ雪の結晶が形成されます。

12 枚の花びらのスノーフレークに加えて、3 枚の花びらのスノーフレークはさらに魔法のようなスノーフレークです。 3 枚の花びらの雪の結晶は、6 枚の花びらの雪の結晶を折って作られたものではなく、自然に三角形またはクローバーの形になっています。このタイプの雪片の形成は、主に最初の氷の結晶が破壊されることによって起こります。成長し続けると、重力の影響を受け、6 つの角が均等に扱われなくなります。最終的には三角形の形に成長します。さらに成長するとクローバーの形になります。

この時点で、雪の結晶には花びらがいくつあるのだろうかと疑問に思う人もいるかもしれません。これまでに発見された雪の結晶には、左右対称の2枚や4枚の花びら、放射対称の3枚、6枚、12枚、18枚の花びらなどがあります。これらは偶数か6に関係しています。これは、雪の結晶を作るのに使われるレンガやタイル、つまり水分子が均一な「形」をしており、それらが形成する結晶も同様の形をしているためです。マクロ的な形状とミクロ的な形状の類似性は、いわゆる「フラクタル」です。簡単に言えば、物事がどのように変化しても、本質的には同じままであることを意味します。

最後の雪

最後の雪を逃したとしても、雪の結晶の秘密を探ろうとしない言い訳にはなりません。冷蔵庫があれば、雪の結晶を「育てる」ことができます！

材料は、紙コップ、プラスチックのフォーム、長い針数本、ペーパータオルなど、身の回りのあらゆるところにあります。

次の操作を行う必要があります:

1. ペーパータオルを水に浸し、紙コップの底に置きます。

2. 発泡プラスチックに針を数本刺し、長い針の先端を露出させます。

3. 針の先端を下に向けて、カップをプラスチックフォームで覆います。

4. カップを冷凍庫に入れます。

5. 待っています…

6. 約15分後、カップを取り出し、発泡プラスチックの蓋を開けると、針の上の雪の結晶が見えます。

出典：重慶科学技術博物館

著者: 張超、人気科学ライター。