氷晶

晶(ひょうしょう)とは



晶とは、結晶のことです。特に、大気中で見られる六角柱、六角板、樹枝状などの形をした小さな粒子を指すことが多いです。成長した晶は、片やといった様々な形で地上に降り注ぎます。

晶の物理化学



が凍って大きなの塊になる場合、一般的には晶とは呼ばれません。しかし、そのようなの表面にも、六方晶の結晶構造に由来する溝や凹凸が見られることがあります。これは、大気中の蒸気が昇華することで形成される模様です。

晶は、液体のが凍結したり、気体の蒸気が昇華したりする際に生成されます。特に、大気中で凍結したは、中で凍結したよりも、明確な形を持つ晶を形成しやすい傾向があります。

晶形成の条件



大気中で晶が形成されるためには、以下の3つの条件が必要です。

1. 気温が点下(0℃以下)であること
2. 晶核が存在すること
3. 大気が過飽和の状態であるか、滴が浮遊している状態であること

晶核とは、分子が集まり晶の核となる微粒子です。晶核がない場合、気温が点下でも滴は過冷却状態のまま凍結せずに漂います。ただし、-33℃以下になると晶核がなくても凍結が始まり、約-42℃ではほぼ全ての滴が凍結します。また、振動などの外的刺激があれば、より高い温度でも凍結が始まることがあります。

晶核の役割



晶核は、結晶化の最初の段階である核形成を促進します。滴に晶核が衝突したり、晶核が蒸気を引き寄せたりすることで、分子が凝集し、数ナノメートル程度の集団を形成します。この集団が一定の大きさを超えると安定化し、結晶成長が始まります。

過冷却状態の滴中に晶が存在する場合、晶の周囲の方が過冷却滴の周囲よりも飽和蒸気圧が低くなります。そのため、過冷却滴は蒸発しやすくなり、蒸発した蒸気が晶に昇華することで、晶は急速に成長します(ライミング)。成長した晶は重力を増し、落下を始めます。小さな晶や過冷却滴は落下速度が遅いため、成長中の晶に追いつき、さらに成長を促します。

物体表面での晶形成



物体表面は、大気中の晶核と同様の役割を果たすため、過冷却状態になりにくく、晶が形成されやすくなります。

晶と大気光学現象



雲の中の晶は、六方晶に由来する60度、90度、120度の面を持っています。これらの面で太陽の光が屈折することで、(かさ)と呼ばれる円状や円弧状の光、その他様々な大気光学現象が生じます。

晶のパターンとその条件



晶の形は、晶核の種類、気温、湿度、気流など、様々な条件の組み合わせによって変化します。結晶は、晶単体またはその集合体であり、一つの片の中に異なる種類の晶が集合していることもあります。

初期の晶や極寒時に見られる細は、単純な六角板や六角柱、針のような形をしています。成長して大きな結晶になると、複雑な形をしたものが増えます。一方、霜、樹霜、海、結などは、結晶とは少し異なった形をしています。霜柱はさらに独特な形をしています。




(あられ)
(ひょう)
凍雨(とうう)
(さいひょう)

その他の



霜(しも)
樹霜(じゅそう)
霜柱(しもばしら)
* 海・結

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