雪のマークには、六本の枝が広がった形がよく使われます。けれども、実際の雪の結晶を見れば、板のようなものや柱のようなものもあります。「六角形が基本」と「すべて同じ花形」は、同じ意味ではありません。中学受験の天気の問題では、水がどの状態から氷になったのか、どんな条件で成長したのか、落ちる途中でどう変わったのかを分けて考えます。
水蒸気が、氷の結晶を育てる
雪の結晶は、雲の中の小さな氷の結晶に水蒸気が加わって成長します。水蒸気は気体であり、細かい水滴とは違います。気体の水が氷という固体になる変化と、液体の水滴が凍る変化を、同じ矢印にしないことが大切です。
実際の雲には、水滴も氷の粒もあり、雪粒子のでき方には複数の過程が関係します。ここで取り上げるのは、水蒸気が氷の結晶に加わって形を育てる場面です。「雲の中の水は、初めからすべて氷」「水滴が関係する過程は一切ない」という説明には広げません。一つの模型で、どの過程を取り出しているかを確かめます。
六角の基本と、枝の伸び方を分ける
氷の結晶のつくりには、水の分子の並び方が関係し、六角を基本とする形につながります。ただし、そこから薄い板のように育つか、柱のように育つか、枝が伸びた形になるかは、成長するときの温度や水蒸気の条件によって変わります。
同じ雪という名前でも、成長してきた道筋が違えば姿も違います。図鑑にあるきれいな六本の枝だけを正解とすると、細い柱や単純な板の形を見たとき、雪ではないと判断してしまいます。基本的な構造の共通点と、全体の輪郭の違いは、同時に成り立つことです。紙で切った同じ形が空から配られているわけではありません。
雪片と、一つの結晶は違う
大きな雪が降っているとき、ひとひらが一個の巨大な結晶であるとは限りません。複数の結晶がくっついたものもあります。途中で一部がとけたり、ぶつかって形が崩れたりすることもあるため、地上で見た全体の形が、理想的な六角の輪郭をしていない場合があります。
観察では、「一つの結晶の形を見ているのか」「結晶が集まった雪片を見ているのか」を区別しましょう。目で見た大きな白いかたまりを一個と数えることと、顕微鏡などで中の結晶を調べることは、数える単位が違います。写真の倍率や説明文を読むことも、形の判断の一部です。
白い雪をとかすと、白い水になる？
雪が白く見えるのは、細かな氷の結晶が集まり、光がいろいろな方向へ散らされることが関係しています。一つ一つの氷の結晶は透明です。雪に初めから白い絵の具のような成分が入っていて、それが水へ溶ける、と考えないようにします。
もちろん、現実の雪には土やほこりなどが混じることがあります。とけた水がにごった場合まで「必ず透明になるはず」と否定するのではなく、雪そのものの光の見え方と、混じった別の物質の影響を分けます。この違いは、透明なガラスを細かくして集めたとき、見え方が変わることとも比べられます。
例題1 柱の形なら、雪ではないか
観察用の写真Aには、六本の枝が伸びた氷の結晶が写っています。写真Bには、細い柱のような氷の結晶が写っています。どちらも雲の中で成長した雪の結晶だという説明がついています。「Bには六本の枝がないので、説明が間違っている」と判断してよいでしょうか。
答え・解説： その判断はできません。雪の結晶には、枝の伸びた形だけでなく、板や柱の形もあります。六角を基本とする氷のつくりがあることと、六本の長い枝が必ず見えることは別です。写真の向きによって見える輪郭も変わるので、形を一種類のマークとだけ照合して決めないようにします。
例題2 気体から固体への矢印を選ぶ
次の三つの場面を分けます。Aは雲の中で水蒸気が氷の結晶に加わって結晶が育つ場面、Bは液体の水滴が凍る場面、Cは落下する雪がとけて水滴になる場面です。それぞれの変化の前後を、気体・液体・固体の言葉で表してください。
答え・解説： Aは気体から固体、Bは液体から固体、Cは固体から液体です。AとBは、どちらも氷が関わりますが、変化する前の状態が違います。Cでは、とけた後の水滴が地上へ届けば雨になる場合があります。ただし、すべての雨が雪の融解でできるという意味ではありません。示された場面の状態変化を説明することと、雨のでき方全体を一つに決めることを分けます。
地上の気温だけで、結晶の形を決めない
地上で見つけた雪は、そこへ届くまでに雲の中や途中の空気を通っています。その形には、成長時の条件や途中の変化が関係します。今の地上の気温一つだけで、上空でどんな形に育ったかをすべて決めることはできません。天気の図では、地上と上空を分けて読む習慣をつけましょう。
同じ氷の降水でも、あられとひょうの違いとは分類の手がかりが違います。また、地面付近で育つ霜柱と霜と比べると、氷になる前の水の状態と、その場所を確かめる意味が分かります。