雪の水分量は？

質問

今回は友達に言われた疑問なんですが、雪に含まれる水分量を計測するにはどうすればよいのでしょうか？　私は最初、1リットルの箱に雪を詰めて溶かせば水分量が測れるなどとトンチンカンなことを考えていたのですが、どうやらそうではなくて、雪に含まれる「水」の量を測りたいらしく、氷としてのH2Oにはようがないらしいのです。そこで私が考えたのは、雪を濾紙の上に置いたり、乾燥剤と一緒に置くなどして、水分を吸わせて濾紙や乾燥剤の増加質量を測ることを考えたのですが、イマ一つ不安です。どなたか雪のH2O(s)はそのままでH2O(L)の量を測る方法を思いついた方は、ご教授下さい。よろしくお願いします。

回答No.4

DESTINY · ベストアンサー

解法１
・水の融解熱を利用する
０℃１ｇの氷が０℃１gの水になるためには80calの熱量が必要。対して、温度を１度上げるための比熱は氷0.5、水1calしかかからない。
外との熱のやりとりが無視できるほどに断熱性の優れた容器の中に０℃の雪１ｇを入れ、80calの熱を加えると、
80－雪中の固体量×80度の温度上昇が見られます。
固体量が１ｇなら温度上昇は０度
固体量が0.5ｇなら温度上昇は４０度

温度上昇から固体量を求める式は
雪中の固体量＝１－上昇温度／80

解法２
・マイクロ波の吸収を利用する。
氷は電波をほとんど吸収しない。一方、水は電波を良く吸収する。これは電子レンジが水は温められるけど、氷を溶かすには適していないのと同じこと。
　雪に弱いマイクロ波をあて、どのくらい吸収されたかを調べれば簡単に測定できそうです。既製の装置というのは見たことありませんが、発信器とセンサーがあれば簡単に作れそうです。ただし、水分量がきちんと解っている雪を使ってキャリブレーションをする必要があると思いますが。不純物の影響は受けるでしょうが、それは誤差のうち。
　なお、物質自体が発信しているマイクロ波を利用して地表面の状態を調べるリモートセンシング技術はすすんでいるようです。

お礼

ご回答どうもありがとうございます。素晴らしい回答に目からウロコが落ちました。これからも、フトした疑問を投げかけるかもしれませんがその時はどうぞよろしくお願い致します。ほんとうにどうもありがとうございました。

回答No.3

kutch

上空の気候による雪の結晶のできかたの違いについては、中谷宇吉郎という人の有名な研究があります。H.P.については知りませんが、検索してみてください。
　みぞれの水分量については、落ちてくる途中にも変化し続けると思われて、あまり意味がないような気がするので、余り深く考えずに思いつきでいいますが、落下速度（終端速度）から、重力と空気抵抗の釣り合いを考えて、みかけの密度を考えるのが手っ取り早い気がしますが…。
　と、ここまでは自然科学に携わるものとしての解答で、次はスキーヤーとしての意見。
　一口にパウダースノーと言っても、結構いろんな状態があります。まあ、普通には、降ってから一度もセ氏０度以上を経験してない雪はパウダースノーと言えそうですが、結晶の大きさ、降ってからの時間、日照、気温履歴で、滑った感じは全然違います。
　それがスキーの面白さですね。
　と、脱線してしまいましたが、金属からの類推も含めて言いますが、融点に近い方が結晶は成長しやすいですから、関東以西の雪はいわゆる「雪の結晶」でよく成長してますね。スキーヤーが喜ぶ（日本人で喜ぶ人はまだ少数ですが…）パウダースノーは、文字どおり粉で、たぶん雪にあまり馴染んでいない人が想像する雪の結晶とは違うと思います。ただの粉です。
　ということで、ここは自然科学の原点に戻って、来年の２月に北海道へスキーツアーに行くことをお勧めします。直接見れば必ず納得できるでしょう。
　北海道までは、とおっしゃるのでしたら、石川県の加賀温泉に中谷宇吉郎雪の科学館がありますので、そちらへどうぞ。余談ですが、よく手入れされた芝生がきれいです。

お礼

返事が遅くなって申し訳ありません。ご回答どうもありがとうございます。確かに終端速度を使っても求められるようですが、それだと地面にある雪や霙の水分量を測ることが不可能になってしまいますね。中谷宇吉郎の研究については、個人的に興味があるので探してみようと思います。

回答No.2

pancho

みぞれの場合、集めた瞬間の体積と溶けきってからの体積を比較すれば、大体の割合を推定することが出来そうです。でも、集めている間に状態が変化しそうで、実際は難しいでしょうね。

「北海道などに降る」パウダースノーと「関東などに降る」普通の雪の違いは、多分、結晶構造（形）と大きさ、それに温度だと思います。この違いが、降り積もった後の溶け方に現れ、滑りやすい雪と滑りにくい雪として認識されると考えていますが、この辺は実際に比較してみたことが無いので解りません。（パウダースノーと呼ばれる雪に触ったことが無いのです。）
どなたかスキーが好きな人、ヒントをもらえませんか？

以上。

補足

試料の雪を1度溶かしてしまうと、固体のH2Oも一緒に溶けてしまうので、雪或いは霙に含まれる水分を測定することが不可能になります。ですから、圧力や温度は一定に保ったままでないといけないのではないでしょうか？

回答No.1

pancho

みぞれのことでしたら、氷としての「結晶部分」と水としての「液体部分」が混在していることが解りますが、雪そのものは「結晶部分」しか含まれていない筈です。もちろん境界部を問題にすれば分子単位で微妙な状態が存在しますが、それは「液体」ではなく、「固体」と「気体」の間に相当すると思われます（要は昇華しますので）。

私の知識が不足しているのかも知れませんが、理論的に液体状態の水が（雪の中に）定常的に存在するんですか？

以上。

補足

そう言われてみれば…という気もしますが、ではパウダースノーとべちゃっとした雪とは降ってくるときは全く同じものなのでしょうか？　大きさが違っているだけなのでしょうか？　さらに、ミゾレの水分量を計測するにはどうすれば良いのでしょうか？