「霜柱」意味とでき方のメカニズム!植物にもシモバシラ?

地面から氷が持ち上がってできる「霜柱」。

思わずシャキシャキと踏みたくなる不思議な氷の柱ですが、どうしてこんなものが?

どんな天気どういう仕組みでできるものなのでしょう。ふかふかシャリシャリしているのは何故。

それに同じ場所でもできている所とできていない所が! 何が違うんでしょう。

 

ここでは

霜柱はどうやってできるの?
1)霜柱のでき方(メカニズム)
2)霜柱ができる条件
3)霜柱による害もある
・植物の「シモバシラ」の霜柱現象!

についてご紹介します。

 

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霜柱はどうやってできるの?

霜柱の意味

冬、毛管現象によって地表に染み出した水分が凍結してできる、細い氷柱の集まり。「霜柱が立つ」

ー広辞苑ー

 

1)霜柱のでき方(メカニズム)

寒い夜、まず地表近くの水分をふくむ地面が凍ります

すると、凍っていない少し下の地中の水分が、凍った土のつぶの間のせまいすき間を、地面にむかって上っていきます(毛細管現象)。

そして冷たい空気に触れて凍結

引きつづき上がってきた水分も次々に凍って、ついには地表の土の粒を押し上げて霜柱に。

土の中を水が上昇して氷の柱になるので、地面はふかふかします。

 

ところで毛細管現象って?

毛細管現象(毛管現象)とは

・・・細い管の中を、水が上昇する現象です。

下の図は、左側が水。2本の管が入っていますが、細い管の方が、水位が高いですね。

水は、管が細いほど高く上昇します。

 

水にタオルの先をつけると、水が途中まで上がってきて、タオルがぬれますね。

これは、水は隙間があると中に入り込んでくるから。タオルの繊維と繊維のすきまは狭く細いので、水がぐんぐんしみ込みます。

これも「毛細管現象」です。

 

2)霜柱ができる条件

1最低気温が0℃以下
火山灰をふくむ土壌
3大きい土粒と微小な土粒がある
4土がやわらかい
5土に適度な水分

 

1)地表の気温は、0℃以下
地中の温度は、0℃以上

水が凍るのは0℃ですから、

霜柱ができるのは
地表の温度が0℃以下になったとき

 

天気予報でいう、地上1.5mの気温ではありません。地表や地表近くの気温です。

には、地表近くの気温は、放射冷却のために高さ1.5mの気温よりも2℃~5℃低くなっています。

*2018年12月11日、名古屋で初氷が観測された日の最低気温は1.2℃でした。地表は0℃以下になったんですね。

ただし、土の中の温度が0℃よりも低くなると、水分は凍ってしまって、地表に上がっていかないので霜柱はできません。

ただし、
:土の中
の温度は0℃以上

 

2)火山灰をふくむ土壌

関東平野を広くおおう関東ローム層は、富士山や浅間山などの噴火で火山灰などが蓄積してできた地層です。

関東ローム層は、霜柱ができやすいといわれていて、それを裏付ける研究もなされています。

では、他の地域はどうなのでしょう。火山灰の地層はあるのか?

 

実は、全国どこにでも、火山灰は降ったことがあります。

日本においては約6,000年前まで、噴出した火山灰が日本全土を覆うような大規模な噴火が度々発生(後略)ーWikipedia「火山灰」

たとえば、7300年ほど前の鬼界カルデラ大噴火は、鹿児島の南海で起こりましたが、火山灰は偏西風に乗って東北にまで達しました。

日本ならどこにでも、火山灰をふくむ土壌があります。

 

3)大きい土粒と微小な土粒がある

大きい土粒と、小さな微粒子が入り混じっている土地だと、霜柱はできやすくなります。

・・・砂地は、大きな粒ばかりなので、霜柱はできません。

霜柱ができるには、とても小さな土粒(直径3~5μ以下!の微粒子)が必要です。

でも、微粒子ばかりでできた粘土質の土地にも、霜柱は立ちません。

4)土がやわらかい

毛細管現象で水分が上昇していけるのは、やわらかい、すき間の多い土。

花壇田んぼは、土を掘り返していてやわらかいので、よくできます。崩れた土のがけのようなところにもよくできます。

一方、かたい乾燥した地面や、いつも踏みしめられている道の真ん中にはできにくくなります。

 

5)土に適度な水分

霜柱は氷。地中の水の量が、30%以上であることが条件とされています。

 

霜柱の英語

霜柱は英語でも霜の柱「 frost columnsです。frost霜、columnsたち。日本と同じですね。

氷の針「ice needles」とも言います。needles針たち。こちらは痛そう。

 

3)霜柱による害もある

通勤や通学の途中で見かける霜柱は楽しいものですが、実は困った面もあります。

一番困るのは、農作物の根を、浮き上がらせたり切断してしまうこと。わらを敷いたりして、地表の温度を下げない工夫などがなされています。

学校の校庭冬の間中ぬかるんでしまうという害もあります。霜柱ができては解け、またできては解けをくりかえし、校庭が乾いてくれないんですね。

そこで、長野県のように、砂ぼこりの抑制もかねて、校庭を芝生化する自治体もあります。

 

✔地中の霜柱!の害

シベリアやアラスカなど北極海沿岸の土地は、「ツンドラ」とよばれます。地下の土は、1年中凍っている永久凍土

この凍土が、地中にできる霜柱です。

アラスカなどでは、線路や家を持ち上げてしまうこともあるんです。

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植物の「シモバシラ」の霜柱現象!

ちょっとかわった霜柱をご紹介します。

これは、シモバシラ(しそ科)という植物にできる霜柱(氷柱)。枯れた茎のまわりに、さまざまな形の氷柱ができ上がります。

By YAMAMAYA (Own work) [GFDL or CC BY-SA 3.0], via Wikimedia Commons

まるで「花びん」やお酒の「とっくり」のようですね。

地上の茎や葉は枯れてしまっても、地中の根はまだ生きていて、根から吸い上げられた水分が、枯れた茎からしみ出して凍ったものです。

 

・・・東京なら「向島百花園」や高尾山などで。

東京以南、九州まで、各地の植物園や低山、里山で、12月から2月の朝10時ころまで見ることができます。

 

まとめ

霜柱は、地中の水分が「毛細管現象」で地表にしみだして、次々に凍った氷の柱

大小の土の粒子が入り混じった、土のやわらかい土地(畑や庭など)に、よくできます。

冬の寒い朝、霜柱を見つけると、嬉しくなりますね。よい1日になりますように!

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