雲1つの重さは、どれくらいあるの？
― 小さな綿雲でも、ゾウ100頭ぶんの水をかかえています
青空にぽっかり浮かぶ白い雲。ふわふわで、重さなど無いように見えます。ところが計算してみると、小さな綿雲1つでも、およそ500トンの水が入っているとされます。そして本当に驚くのは、その先です。同じ場所の空気は、雲の水よりさらに2000倍ほど重いのです。
秋晴れの午後、公園の芝生に寝ころんで空を見上げます。ひつじのような白い雲が、ゆっくり流れていきます。
子どもに「雲って、何キロくらいあるの？」と聞かれました。綿あめみたいだから、せいぜい数キロかな、と答えたくなります。
でも、雲の正体は水のつぶです。あれだけ大きなかたまりなら、水の量もばかにならないはずです。実際に数えてみましょう。
雲の重さを決めるのは、2つの数だけ
雲の中の空気1立方メートルには、水のつぶが合わせて0.5グラムほどしか入っていないとされます。1円玉の半分の重さです。
小さな綿雲でも、たて・よこ・高さが1キロメートルほどあります。1立方メートルの箱が10億個ならぶ大きさです。
ほんの少しの水に、とんでもなく大きな数をかける。これが雲の重さの正体です。小さいものと大きいもののかけ算は、人の感覚がいちばん外れやすいところです。
1円玉の半分が、10億個集まると
雲の中にいるとき、目の前の1立方メートルの空間には、水が0.5グラムほどしかありません。山で霧に包まれても、びしょぬれにならないのはこのためです。
ところが雲全体では話が変わります。一辺1キロメートルの立方体には、1立方メートルの箱が10億個入ります。0.5グラムが10億個集まると、5億グラムです。これはおよそ500トンで、ゾウ1頭を5トンとすると、約100頭ぶんにあたります。
図1の左がこの雲全体のようす、右がその中から切り出した1立方メートルの箱です。アメリカの大気研究所の研究者も、同じ考え方で「綿雲1つは約50万キログラム」と見積もったことが知られています。
500トンもあるのに、なぜ落ちてこないの？
ここで図1の右側、横棒をもう一度見てください。同じ1立方メートルの箱の中で、空気そのものは約1キログラムあります。雲の高さでは地上より少し空気が薄いものの、それでも水の約2000倍です。
つまり雲は「空に浮かぶ水のかたまり」というより、「ほんの少し水のつぶがまざった空気」です。雲1つぶんの空気は、およそ100万トンになります。500トンの水は、その中にうすく散らばっているだけなのです。
しかも、水のつぶ1つ1つはとても小さく、直径が髪の毛の太さの5分の1ほどです。小さいつぶは空気の抵抗を強く受けるので、1秒に1センチメートルほどの速さでしか落ちないとされます。雲の下からは、それより速い上向きの風がたえず吹き上がっています。こうして、つぶは落ちきる前に支えられたり、下の乾いた空気で蒸発したりします。
このしくみは「雲は水のかたまりなのに、なぜ落ちてこないの？」でくわしく説明しています。
夏の入道雲は、高さが10キロメートルをこえ、中の水のつぶも綿雲より多くなります。1つの入道雲にふくまれる水は、数十万トンから100万トンをこえるとも言われます。夕立で道路がいっきに川のようになるのは、この水が短い時間に落ちてくるからです。
1立方メートルあたりの水が多い雲ほど、光を通しにくくなります。雨の前の雲が黒っぽく見えるのは、中の水が多く、分厚いからです。くわしくは「雨が降りそうな雲は、なぜ黒く見えるの？」へ。
まとめ
雲1つの重さは、1立方メートルあたりの水の量（約0.5グラム）に、雲の体積（綿雲で約10億立方メートル）をかければ出せます。答えはおよそ500トン、ゾウ約100頭ぶんです。それでも雲が浮いていられるのは、まわりの空気がその約2000倍も重く、水はその中にうすく散っているだけだからです。
雲は、軽いから浮いているのではない。
もっと重い空気の中に、うすく溶けこんでいるだけだ。
雲がどうやって背を伸ばすのかは「入道雲（積乱雲）は、なぜあんなに高く成長するの？」で紹介しています。
- 晴れた日に、ぽつんと浮かぶ綿雲を1つ選びます。近くの山やビルの大きさと比べて、雲の幅がどれくらいか見当をつけます。
- 雲の高さ（厚み）は、幅と同じくらいと考えます。幅が500メートルなら、体積は 500 × 500 × 500 で約1億2500万立方メートルです。
- その体積に0.5グラムをかけ、100万で割るとトンになります。家族で「ゾウ何頭ぶんか」を当てっこすると盛り上がります。
雲までの距離が分からないと幅も見積もれません。ふもとから見上げた山の頂上付近にかかる雲など、大きさの目安があるものを選ぶと当たりやすくなります。
もっと知りたい人へ ― 用語・数式・教科書とのつながり中学理科から大学の専門科目まで、どのレベルの話かを明示しています
- 中学中学校の理科で習う範囲
- 高校高校の「地学基礎」「物理基礎」で習う範囲
- 高校＋高校の発展、または教科書のコラム扱いの内容
- 大学高校では習わない、大学の専門科目（気象学・雲物理学）の内容
- 研究大学でも「定説」として教わらない、いま研究者が調べている最中の話
中学用語：この現象には名前があります
- 雲粒（うんりゅう）：雲をつくる水のつぶ。半径が0.01ミリメートル前後のものが多いとされます。
- 雲水量（うんすいりょう）：空気1立方メートルあたりにふくまれる、雲粒の水の重さ。綿雲ではおよそ0.2〜1グラムとされます。
- 積雲（せきうん）：晴れた日に浮かぶ、輪郭のはっきりした綿のような雲。発達すると積乱雲になります。
中学高校式で確かめる：綿雲1つの水の重さ
「密度 ＝ 質量 ÷ 体積」を裏返すと、「質量 ＝ 密度 × 体積」になります。雲水量は「雲の中の水の密度」なので、これに雲の体積をかければ水の重さが出ます。
| 記号で書くと | M ＝ w × V （V ＝ L × L × L） |
| 言葉で書くと | 雲の水の重さ ＝ 1立方メートルあたりの水の重さ（雲水量）× 雲の体積 |
| どこから来る式か | 密度の定義（密度 ＝ 質量 ÷ 体積）を、質量について解いたもの。空気の重さも同じ式で、w を空気の密度 ρ に置きかえれば出せる |
| M | 雲にふくまれる水の質量（単位はグラム、あとでトンに直す） |
| w | 雲水量。空気1立方メートルあたりの水の質量（g/m³） |
| V | 雲の体積（m³）。ここでは一辺 L の立方体とみなす |
| ρ | 空気の密度（kg/m³） |
| 綿雲の一辺 L | 約1000 m |
| 雲水量 w（綿雲の目安とされる値） | 約0.5 g/m³ |
| 高さ1〜2kmでの空気の密度 ρ | 約1 kg/m³ |
| ゾウ1頭の体重（目安） | 約5 トン |
| 底の面積 | 1000 × 1000 ＝ 1000000 m² |
| 雲の体積 V | 1000000 × 1000 ＝ 1000000000 m³ |
| 水の重さ M（グラム） | 0.5 × 1000000000 ＝ 500000000 g |
| トンに直す | 500000000 ÷ 1000000 ＝ 500 トン |
| 同じ体積の空気（キログラム） | 1 × 1000000000 ＝ 1000000000 kg |
| 空気をトンに直す | 1000000000 ÷ 1000 ＝ 1000000 トン |
| 空気は水の何倍か | 1000000 ÷ 500 ＝ 2000 倍 |
綿雲1つの水は約500トン。しかし同じ体積の空気は約100万トンで、水はその2000分の1にすぎません。「重い雲が浮いている」のではなく、「重い空気に、ごく少しの水がまざっている」ことが数字で分かります。
| ゾウ何頭ぶんか | 500 ÷ 5 ＝ 100 頭 |
| 2リットルのペットボトル何本ぶんか（1本2kg） | 500000 ÷ 2 ＝ 250000 本 |
高校高校＋雲の水はどこから来て、なぜその量なのか
高校地面近くの湿った空気が上昇すると、気圧が下がってふくらみ、温度が下がります（断熱膨張）。温度が露点を下回ると、ふくみきれなくなった水蒸気が雲粒になります。これが地学基礎で習う雲のでき方です。
高校＋雲水量は、上昇した空気がどれだけ冷えたかで決まります。空気がさらに上がるほど、水蒸気が水に変わる量が増えるため、雲の上のほうほど雲水量が多くなる傾向があります。ただし実際の雲では、まわりの乾いた空気が混ざりこむため、理屈で出せる最大値より少なくなるとされます。
大学雲粒の落ちる速さと、雲物理学
雲粒ほど小さな球が空気中を落ちる速さは、ストークスの式（粘性抵抗が重力とつり合うときの終端速度）で見積もれます。終端速度は半径の2乗に比例するため、半径0.01ミリメートルの雲粒は秒速1センチメートル前後、半径1ミリメートルの雨粒は秒速数メートルになります。雲粒がぶつかって合体する「衝突併合」や、氷の粒が水蒸気を奪って育つ「ベルジェロン過程」をへて、はじめて雨として落ちられる大きさになります。これらは雲物理学と呼ばれる分野で扱われます。
📖 式の導出や、さらに先の内容：ストークスの式（ウィキペディア） ／ 終端速度（ウィキペディア）
研究まだはっきりとはわかっていないこと
- 雲の中の水の分布 雲水量は雲の中で場所ごとに大きくばらつきます。1つの雲の総量を正確に測るには、航空機やレーダーでの観測を組み合わせる必要があり、今も測定法の改良が続いています。
- 乾いた空気の混ざりこみ 雲のふちで乾いた空気が混ざると、雲粒がどう蒸発し、雲の寿命がどう変わるかは、計算機の模擬実験でも再現が難しいとされます。
- 雲と気候の関係 雲がふくむ水の量は、太陽の光をどれだけはね返すかに関わります。温暖化で雲の水の量がどう変わるかは、気候予測の大きな不確かさの1つとされています。
つまりこの記事の内容も、「いまわかっている範囲での説明」です。500トンという数字も、雲の大きさと雲水量を目安の値にしたときの見積もりです。
教科書とのつながり（レベル別）
| レベル | 科目・単元 | この記事のどこ |
|---|---|---|
| 中学 | 理科・密度／天気の変化（雲のでき方） | 質量 ＝ 密度 × 体積 で雲の重さを出す計算 |
| 高校 | 地学基礎・大気の構造と雲の形成 | 断熱膨張と露点による雲粒のでき方 |
| 高校＋ | 地学・大気中の水の循環（発展） | 雲水量が高さや混ざりこみで変わること |
| 大学 | 気象学・雲物理学、流体力学 | ストークスの式、終端速度、衝突併合 |
| 研究 | 雲の観測と数値モデル、気候予測 | 雲水量の分布と、雲が気候に与える影響 |
| ― | 生活とのつながり | 夕立の降り方、空を見て天気を読むこと |
- 気象庁「気象観測・雲と降水に関するよくある質問」
- 積雲（ウィキペディア）
- 小倉義光『一般気象学（第2版補訂版）』東京大学出版会
- R. R. Rogers, M. K. Yau "A Short Course in Cloud Physics" 3rd ed., Pergamon Press
- 米国大気研究センター（NCAR/UCAR）の研究者ペギー・ルモンによる、積雲1つの重さの見積もり（一般向け解説として広く紹介されている）
※本記事は一般向けの科学解説です。掲載した数値は、しくみを理解するための目安・概算です。雲の大きさや雲水量は雲ごとに大きく異なります。