乾いた石を水へ入れると、質量が増えることがあります。増えた分は岩石の中へ入った水かもしれません。しかし、たくさん水を吸った石なら、水が反対側へ勢いよく通り抜けると判断してよいでしょうか。内部に水を蓄えられることと、水が通過しやすいことは別の性質です。
岩石の粒の間や割れ目には空隙があります。その量だけでなく、空隙どうしがつながっているか、通路がどのくらい細いかも水の動きに関わります。大きな空間が一つある模型と、細くても両端までつながる道がある模型を描き分けると、貯める量と流れる量の違いが見えてきます。
外の水滴を落としてから比べる
吸水前後の質量を比べる問題では、表面の水滴を含めて量っていないかを確認します。濡れた石の外側についた水まで足すと、内部へ入った水を多く見積もることになります。表面の水を除く方法はそろえ、強く乾燥させて内部の水まで抜いてしまわない条件も必要です。
水へ浸す時間によっても結果は変わります。すぐに量った値と、長く浸して十分に水が入った後の値を混ぜて比較できません。空気が内部に残れば、つながる隙間があっても全て水で満たされているとは限りません。吸水量から全空隙の体積を求めるには、測定の条件を吟味します。
図の閉じた穴には、外から水が届きません。外とつながっていても、袋小路なら内部に水が入ることと、反対側へ抜けることは異なります。図の白い面積が大きい方を、無条件に透水性が大きい方と選ばないでください。入り口と出口を一本の線でたどれるかを確かめます。
百分率の分母は、質量か体積か
吸水率という名前だけでは、何を何で割った値かが分かりません。乾燥した石の質量に対する吸った水の質量を百分率で表す場合と、空隙体積が岩石全体の体積に占める割合では、分母の単位も意味も違います。問題文の定義を読み、式の上と下に物の名前を書き込みます。
たとえば同じ5gの水を吸っても、乾いた石が50gなら10％、100gなら5％です。さらに密度を用いて水の質量を体積へ直しても、乾いた石の質量をそのまま岩石の体積として使うことはできません。体積を別に測ったという条件が必要です。
水の通りやすさを比較するなら、同じ大きさの試料へ同じ圧力差をかけ、同じ時間に通過した水量などを調べます。石の厚さや断面積が違うと、内部の材質以外の違いも結果に混ざります。吸水試験と通水試験を同じものと思わず、何を知るための装置かを先に選びましょう。
水を吸った量と、一定時間に通り抜けた量を別々に量る
乾いた石が水を8g吸ったという記録は、その条件で内部へ入って残った水の量を示します。それだけでは、一分間に反対側へ何g通り抜けるかは分かりません。つながった通り道があるか、細い部分が途中にあるかなどによって、通過のしやすさが変わるためです。
資料にAは吸水8g・一分間の通過2g、Bは吸水4g・一分間の通過6gとあれば、吸水量はA、通過量はBが大きいと答えます。二列の順位が逆でも矛盾とは限りません。吸った水と通り抜けた水を、同じ試験で同じ量として測ったわけではないからです。数値は比較の考え方を示す架空の設定です。
通過量を比較する場合には、試料の厚さ、断面積、水を押す条件、測定時間などをそろえます。薄い石と厚い石を比べた結果を、材質だけの違いと扱うことはできません。『水に関係する性質』という大きなくくりでまとめず、何をどの条件で量った実験かを読んでから順位を付けましょう。
例題1：増えた質量から割合を求める
架空の岩石試料の乾燥質量は80gです。十分に浸水させ、表面の水だけを除いて量ると88gでした。石自体の溶解や欠損はなく、増加は内部の水だけとします。乾燥質量に対する吸水量の割合を求めてください。
答え・解説： 吸った水は88−80＝8g、割合は8÷80×100＝10％です。分母は濡れた後の88gではありません。88gを使うと「濡れた試料のうち水が占める割合」という別の量になります。与えられた定義に沿って、どの時点の質量を分母にしたかを書きます。
例題2：隙間全部が測れたといえる？
前問の石の外形体積は40立方センチメートル、水1立方センチメートルは1gです。入った8gの水は何立方センチメートルで、外形体積の何％ですか。この結果だけで、石の全空隙率は20％だと断定できますか。
答え・解説： 水は8立方センチメートルで、8÷40＝20％です。ただし、外へつながらない穴や、空気が残って水の入らなかった隙間があれば、全空隙はこれより大きい可能性があります。今回分かったのは、指定した条件で水が入った体積の割合です。全ての穴が水で満たされたという追加条件なしに、全空隙率へ置き換えません。
石の性質は、重さ、密度、吸水量、透水性を分けて調べます。「軽いから水が通る」「水を吸うから柔らかい」といった一続きの決めつけを避け、観察と推測を別々にしましょう。値に名前がついていても、その求め方が資料ごとに同じかを確認する習慣が役立ちます。
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図や記録を読むときの確認
同じ体積の水を吸った二つの試料でも、一方が奥で行き止まりになったすき間を多く持ち、もう一方が反対側まで通じる通路を持つなら、水の抜け方は違ってきます。吸わせた後の重さを一回量る試験と、水を流して一定時間に出た量を測る試験は、別の性質を調べています。また、試料の成分が水へ溶け出す場合には、重さの変化は吸った水だけを表しません。吸水量を重さの差から求める例題は、石自体の質量が変わらず、付着した余分な水も除かれた条件で解きます。条件を確認してから引き算することが、測定値の意味を守る手順です。