氷鑑3

アイス･マジック

わずかに積もり始めた雪の中で、子どもたちが雪合戦を始めた。あ
れだけしかない雪で。都会の雪は、北国のパウダースノーとは異な
り、容易に雪の玉となる。ふと考える。なぜ結晶の雪が簡単に雪玉
に固まるのだろうか。

接着剤の働きをしているのは実は水分である。そのことは容易に想
像がつく。雪に圧力をかけるとそのエネルギーが熱へと変化して雪
の結晶が融ける。ではその融けた水が接着剤の代わりをしているの
だろうか。それにしては雪玉は思った以上にしっかりと固まる。

実は単に水分が雪をつないでいるのではなく、融けた雪が再び凍っ
て固まることで接着剤の役割を果たしているのだ。ボンドにしても
乾いて固化しなければ接着剤の役割を果たさないのと同じである。

しかし外の気温は水分があっという間に凍るような極寒の世界では
ない。なのに何故すぐ凍るのか。こんなアイス･マジックをお目に
かけよう。それは19世紀イギリスの科学者が行った実験である。

氷柱を用意して横にし、その両端を高く支えて宙に浮かせる。この
氷柱に錘(おもり)をつけた細い針金を輪にして吊るす。針金は錘の
重力で氷に食い込んでゆっくりと切断していく。ように見える。

そして時間が経ち、その針金が氷を切断するように通過した。にも
かかわらず、氷は真っ二つにはならず、元のままなのである。まさ
に、アイス･マジックである。

これは０℃かそれ以上の温度で氷の塊を接触させるとお互いに凍り
つく氷の性質を示した現象なのだ。水分が氷と氷の間で再び凍るこ
の現象を｢復氷｣という。針金で切断された氷は、針金の圧力で融け
たわずかの水分を隙間に挟んで再び凍らせる。だから切れないので
ある。これが復氷の作用と呼ばれるものだ。

複氷が起こる原理をごく手短に説明しよう。針金が氷を融かす現象
は｢圧力融解｣と呼ばれる。これは熱を加えるのではなく圧力によっ
てその部分の融点を下げる現象である。だから氷は完全に溶けて水
になっているわけではない。それは｢擬似液体層｣と呼ばれる融けか
かったミクロの水膜を形成する。

だから氷に触れるとすぐに再凍結するのだ。しかも凍るときにエネ
ルギーを放出する｡このような相転移の際に現れるエネルギーを｢潜
熱(せんねつ)｣という。

潜熱とは、温度変化としては表に現れてこない相転移の変化プロセ
スに潜伏している不思議なエネルギーのことである。このエネルギ
ーは針金に吸収されてさらに圧力融解を促進する。この循環がアイ
ス･マジックを演出していたのだ。

[4]へ続く