雪の結晶の形がどのようにして決まるのか

雪は柔らかくふわふわしていたり​​、ひりひりして氷のように冷たかったり、スキーには最適だったり、溶けやすかったりする。違いは雪片の形にある。絵文字で見るような形ばかりではない。研究者は雪片を108種類も分類しているが、カリフォルニア工科大学の物理学者ケネス・リブブレヒト氏によると、雪片は板状、柱状、針状、樹枝状という4つの大まかなカテゴリーに分けられるという。

リブレヒト氏と他の科学者たちは、研究室で雪の結晶を再現することで、ある形ではなく別の形になる鍵は温度と湿度であることを発見した。雪の結晶は、湿度が高くなりすぎて空気が水分を保持できなくなると形成される。すると水蒸気が凝縮して水滴となり、それが凍り始める。湿度が高いほど結晶はより複雑な形になり、空気が乾燥すると雪の結晶はよりゆっくりと成長し、より単純な形になる。

軽くて平らで、6 つの面があるプレートは、最も一般的な雪片の 1 つです。降雪の大半には、小さなプレートと他の形状のものが混ざっています。リブブレヒトは、5°F 以下または氷点下の 2 種類の条件でプレートを育てています。

柱状の雪片は、袖に落ちると白い髪の毛のように見えますが、近くで見るとより繊細なディテールが見えます。このタイプの雪片は、非常に低い温度で形成される傾向があり、互いにくっつきにくくなります。砂のような雪片によく見られます。

針雪の結晶は見た目はシンプルですが、実は柱状や板状よりも複雑な構造をしています。湿度が中程度の場合、針雪の結晶は魚の骨のような枝に成長し、細長い柱を形成します。この構造により結晶が非常に密に詰まるため、地面に落ちると、ダウンヒルスキーや雪玉作りに最適な毛布になります。

この複雑な雪片の秘密は、比較的高い湿度です。空気中の水分が多いと、水蒸気はより急速に凝縮し、氷の結晶はより枝分かれします。樹枝状結晶は枝分かれがたくさんあるため、雪の中に空気を閉じ込め、最もふわふわした雪を作り出します。

この記事は、Popular Science 2017 年 7 月 - 8 月号のウェブ限定記事です。