雪片

雪片：自然が生み出す繊細な氷の芸術

雪片とは、大気中を落下する単一の氷晶、または複数の氷晶が合着したものの総称です。私たちが一般的に「雪の結晶」と呼ぶものです。その形成は、大気中の過飽和状態にある水蒸気が、塵などの微粒子を核として凍結することから始まります。氷晶は、周囲の温度や湿度条件によって成長し、複雑で多様な形状へと発展していきます。

雪片の形成

雪片の誕生は、氷点下の空気中で、水蒸気が飽和状態に達したことから始まります。空気中の無機物や有機物の微粒子（エアロゾル）が凝固核となり、周囲の水分子が六方対称の配置で付着し、氷晶が成長していきます。この凝集力は主に静電的な力によって生じます。

凝固核となる粒子は、雲粒の形成に必要な凝結核に比べてはるかに希少です。粘土や砂塵、生物由来の粒子などが有効な凝固核として知られていますが、その有効性の程度は未だ解明されていない部分が多いです。人工的に氷晶核を作るには、ヨウ化銀やドライアイスの粒子などが用いられ、人工降雨技術にも利用されています。また、微粒子を必要としない「均質核生成」は、-35℃以下の極低温環境下でのみ起こることが実験的に確認されています。

雪片の成長：ヴェゲナー＝ベルシェロン過程

凍結した水滴は、過飽和状態にある大気中で成長を続けます。空気中の水分子が氷晶表面に直接付着する凝華という過程によって、氷晶は大きさを増していきます。この際、氷晶の成長に伴って周囲の水蒸気量が減ると、周囲の水滴が気化して水蒸気を補給し、結果として水滴が減った分だけ氷晶が成長する、という現象が起きます。これがヴェゲナー＝ベルシェロン過程として知られるメカニズムです。

氷晶は成長とともに落下速度が増し、他の雲粒と衝突・合体してより大きな粒子へと変化していきます。地面に到達する雪片の多くは、このような複数の氷晶が合体したものです。特に多くの水滴を合体させた霧氷状のものは霰と呼ばれます。

ギネス世界記録に認定されている最大の雪片は、1887年にモンタナ州で観測された直径38cmのものですが、その信憑性には疑問が残ります。しかし、8～10cm程度の雪片の観測例は実際に存在し、単結晶では直径約18mm（10セント硬貨サイズ）のものが観測されています。

雪片の外観：色と形状

氷自体は透明ですが、雪は白く見えます。これは、雪片を構成する微小な結晶面で光が全スペクトルにわたって拡散反射されるためです。

雪片の形状は、形成時の温度と湿度によって大きく左右されます。-2℃程度の環境では、まれに3回対称の三角形の雪片が形成されることもありますが、一般的な雪片はほとんどの場合、不規則な形状をしています。しかし、写真に写される美しい雪片は、比較的規則正しい形状を持つものが多く、私たちの印象を大きく左右しています。

一つの雪片には、およそ10¹⁹個もの水分子が含まれています。雪片が雲の中を落下する過程で、温度や湿度といった微小環境が絶えず変化するため、全く同じ形状の雪片が自然界で存在する確率はきわめて低いです。しかし、成長条件を厳密に制御すれば、見た目においては同一の雪片を作ることも可能です。

完全な対称性を示す雪片は稀ですが、多くの場合、近似的に6回対称性を示します。これは、氷の結晶構造が六方晶系であることに起因します。六角形の角から枝が伸び、さらにその枝から小枝が生える、樹枝状結晶が典型的な形状です。

雪片の成長は、温度や湿度のわずかな変化にも影響を受けます。雲粒が付着したり、気流の影響を受けたりすることで、成長の均一性が阻害され、非対称な形状になることもあります。研究によると、理想的な6回対称の雪片は0.1%未満しか存在しないと言われています。

雪片の分類

雪片は多様で複雑な形状を持つため、「二つとして同じものはない」と表現されます。様々な研究者によって、その形状は分類されてきました。孫野長治と李柾雨は、天然の雪結晶を80種類に分類し、それぞれの顕微鏡写真を記録しています。主要な分類としては、針状、角柱状、板状、角柱・板状の組み合わせ、側面結晶、雲粒付結晶、不定形結晶、初期結晶などが挙げられます。

また、ユネスコは2009年、季節性の積雪の国際分類を公示し、地面に落ちた雪片の分類方法を詳細に規定しています。この分類では、雪結晶の変成や合着プロセスも考慮されています。

雪片の文化的象徴性

雪片は、特に欧米において、冬の季節やクリスマスシーズンの象徴として広く用いられています。イエスの贖罪による人間の罪の清めを象徴するなど、宗教的な意味合いも持ちます。また、冬季オリンピックのエンブレムや、スノータイヤのマークなど、様々な場面で雪片の意匠が見られます。Unicodeにも、雪片を表す記号が3種類登録されています。

雪片は、自然が織りなす、繊細で美しい芸術作品と言えるでしょう。その複雑な形成過程と多様な形状は、科学的な探究心を刺激し続け、同時に人々の心を魅了し続けています。

もう一度検索