滝が凍るのはなぜ？なぜ水が落ちると凍らない？チコちゃん

26年2月27日放送の「チコちゃんに叱られる」の問題『なぜ滝が凍る？』の答えなどまとめてご紹介。そもそもなぜ水は動いていると凍らないのか？その不思議な現象とは？

ゲスト出演者
なぜ滝が凍る？

ゲスト出演者

【ゲスト】清塚信也、ゆうちゃみ

【VTRゲスト】なし

なぜ滝が凍る？

3問目の出題は、

なんで滝が凍るの？

チコちゃんの答えは、

いやいやなぜ「滝が凍るのか」ではなくなぜ「滝が凍らないのか」を不思議に思うべき。凍りにくいのは水が上から下に落ちるとき水分子が動いてしまうから

解説は環太平洋大学の川村康文教授。

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私たちは一般的に「動いている水は凍らない」という知識を持っていますが、そもそも水は0℃以下で凍るのが普通で、そう考えると滝が凍らない方がおかしいと思うべきでは？と川村先生。特に寒い地域だと下流の川は凍っているのに上流にある滝は凍らずに普通に流れていたりで不思議。

確かにそういわれてみれば、なぜ動いている水は凍らないのかというのもよく分かっていない人が多数のはず。

という事でまずは水が氷る仕組みから解説。

水というのは水分子がたくさん集まって形成されており、液体の状態だとそれぞれが自由に動き回っていますが、これがひとたび低温状態に置かれると水分子たちの動きが鈍くなって0℃まで温度が下がるとほぼ動かず。

すると水分子同士がくっ付いて結晶を作り、結晶同士もくっ付いて最終的には全ての結晶同士がくっ付いて水分子がほとんど動かない状態に。これが凍るという現象。※ちなみに凍った後も水分子はわずかに振動している状態で、正確な表現にすると「その場に留まって震えている状態＝凍る」という事に。

ところが滝では水が上から下に向かって絶えず動いており、この状態だと水分子は強制的に動かされている事になり、本来は動きを止めるはずの0℃になっても水分子同士が動き続けて互いにくっ付けないので「凍らない」という状態に。

という事はつまり「滝は凍らない」わけですが、それでも滝が凍った氷瀑は世界中にあちこちあるわけで、これが生まれる理由というのが水温が0℃以下にまで達しているから。一般的に滝は約マイナス5～6℃で凍り始めるそうで滝の凍り方は大きく「上から凍る」「下から凍る」の2パターン。そしてこの2つのパターンが同時に発生して徐々に氷の塊が繋がって最終的に滝はガチガチに凍る事に。

【上から凍る】

上から凍るのはつららが出来るのとほぼ同じ仕組みで、滝の流れによって飛んだ水しぶきはまとまって落ちる水よりも空気に触れる面積が増えるために冷たい空気によって急激に冷やされて水分子がくっ付いて結晶となって氷に。この凍った水しぶきが岩やコケに付着し、そこへまた別の水しぶきがくっ付く事を繰り返していくとつららのようにどんどん伸びて成長。これによって滝は上から徐々に凍っていく事に。

【下から凍る】

前述の通り、滝の水は上から下へ激しく動き続けており、0℃以下になって水分子同士がくっ付こうとしてもくっ付かない状態で、この0℃以下でも凍らない状態を過冷却といい、これはいわば凍りたくても凍れない状態という意味に。この過冷却の水は水分子同士が僅かな距離を保ってギリギリ凍っていない状態で、この時に水が落下する衝撃が加わると、接地面に押し当てられる力が刺激となって水分子同士の距離がグッと近づき、水分子同士がくっ付くと一気に凍るという現象に。

これと同じ現象が滝つぼあたりでも起こっており、水が滝つぼに当たった事で一気に凍って行き、これが積み重なる事で滝は徐々に下から凍っていく事に。

つまり滝を流れる水が「0℃になっても凍らない」というのが非常に大事な要素。

こうした2種類の現象が同時に起こる事で上からも下からも滝は凍って最終的に滝全体が凍って氷瀑完成。

滝が凍るのは大体12月下旬から2月にかけてとされていて、その時期の気温や滝の水量によってその凍り方は毎年変わるとか。

という事で最後に川村先生おすすめの氷瀑3選。

茨城県袋田の滝