海に油をまくと、荒れた波が静まるって本当？
― 船乗りの言い伝えは、半分だけ正しかった
昔の船乗りは、嵐の海に油を流して船のまわりの波を静めたと伝えられています。これは作り話ではありません。ただし、油が消しているのは大きな波そのものではありません。大きな波に風がつかまるための「小さなさざ波」のほうです。
風のある日の港。海面は細かいさざ波でざらざらと光っています。ところが、ところどころに、帯のように光をきれいに映す「つるりとした筋」が走っています。
漁師のあいだでは、こうした筋の近くに魚が集まっていることがある、と経験的に言われてきました。筋の正体は、魚やプランクトンが出す油分などが作った、ごく薄い膜だと考えられています。
同じ風が吹いているのに、なぜその筋だけ波が立たないのでしょうか。そこに、船乗りが「油で波を静める」と言い伝えてきた理由が隠れています。
油が波を静める理由は、2つだけ
風は、水面の細かいさざ波に引っかかって、波に力を渡します。油の膜はそのさざ波を消します。取っ手を失った風は水面をすべり、波を大きく育てにくくなります。
膜のある水面は、引き伸ばされると元に戻ろうとします。この戻る力が、さざ波の揺れにブレーキをかけます。小さな波ほど、このブレーキがよく効きます。
つまり油は、波を直接押さえつけているわけではありません。波が育つ入り口と、小さな揺れの両方を止めているのです。
風は、さざ波に「引っかかって」波を育てる
海の波の多くは、風が作ります。けれども、つるつるの面を風がなでても、水はなかなか動きません。風がまず作るのは、長さ数センチほどのさざ波です。
さざ波ができると、水面はでこぼこになります。すると風は、そのでこぼこの風上側を押せるようになります。さざ波は、風が波をつかむための取っ手のような役目をしているのです。
図1を見てください。左の、膜のない水面では、うねりの上にさざ波が乗り、風の矢印がそこに引っかかっています。右の、膜のある水面ではさざ波が消えています。風の矢印はそのまま上をすべっていきます。
波の頂上が白く崩れるのも、さざ波が関わっていると考えられています。膜があると、頂上が崩れにくくなるとされます。船にとって怖いのは、うねりの高さより、頭上から崩れ落ちてくる波です。昔の船乗りが油に頼ったのは、この「崩れ」を和らげるためでした。
薄い膜が、なぜさざ波を止められるの？
水の表面には、表面をできるだけ小さくしようとする力がはたらいています。これが表面張力です。長さ数センチより短いさざ波では、この力が揺れを戻す主役になっています。
水面に油の膜が広がると、表面張力は少し弱まります。弱まり方は、膜の混み具合で決まります。膜が薄く引き伸ばされた所は、表面張力が水に近い強さへ戻ります。膜が押し縮められた所は、表面張力が弱いままです。
図2を見てください。さざ波が進むと、水面には伸びる所と縮む所が、斜面ごとに交互にできます。すると、表面張力の強い伸びた所が、縮んだ所の膜を引っぱり寄せます。この引っぱりは、膜の下の水まで一緒に引きずります。水面の揺れは、この引きずりで細かくもみ消されていきます。
ここが「半分だけ正しい」のポイントです。長さが数十メートルもあるうねりでは、水面の伸び縮みはごくゆるやかです。膜のブレーキはほとんど効きません。油はうねりを平らにはできず、表面をなめらかにし、崩れを和らげるだけだと考えられています。
1774年ごろ、アメリカのベンジャミン・フランクリンは、この言い伝えを自分で確かめました。ロンドンの池で、風上から小さじ1杯ほどの油をたらしたのです。油は驚くほど広がり、およそ半エーカー（約2000平方メートル）の水面を鏡のようにしたと書き残しています。のちにこの広がり方から、油の膜が分子1つぶんほどの厚さだと見積もられました（折りたたみで計算します）。
19世紀から20世紀の初めごろ、船には波を静めるための油が積まれていたとされます。穴をあけた布袋に油を入れて、風上側の船べりから垂らしたそうです。膜は厚さが要らず、広がりさえすればよい。だから少量をじわじわ流すのが、経験的に知られた使い方でした。いまは海を汚すため、このような使い方はされていません。
まとめ
油が静めているのは、大きなうねりではなく、その表面の細かいさざ波です。さざ波が消えると、風は波をつかめなくなり、波の頂上も崩れにくくなります。船乗りの知恵は、目に見えないほど薄い膜の力を、経験から正しく使ったものでした。
油は波を押さえない。
風がつかむ取っ手を、そっと外している。
水面の波がどう伝わるかは「池に石を投げると、なぜ丸い輪が広がっていくの？」で、油では消せない長いうねりの正体は「風もないのに、なぜ急に高い波が来るの？」で解説しています。
- 洗面器に水を張り、ストローで斜め上から水面を吹きます。細かいさざ波が立ち、光がちらちら揺れるのを確かめます。
- 水面に食用油を1滴だけ落とし、しばらく待ちます。油が広がったら、同じ強さでもう一度吹いてみます。
- さざ波の立ち方と、光の揺れ方を比べます。先にこしょうを水面に振っておくと、油が膜になって広がる様子も見えます。
油はごく少量で十分です。終わったら新聞紙などで油を吸い取ってから流しましょう。石けん水を指先につけて水面に触れても、似た変化が見られることがあります。
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「物理」「化学」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（流体力学・界面化学）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
- 表面張力：液体の表面が、できるだけ面積を小さくしようとする力。水滴が丸くなるのもこの力によります。
- 表面張力波（毛管波）：長さがおよそ2センチより短く、表面張力が揺れを戻す主役になっている波。さざ波の多くがこれです。
- 単分子膜：分子がちょうど1層だけ並んだ膜。水に広げた油の膜は、条件によってこれに近い厚さになります。
- スリック：海や湖の水面に見える、なめらかな筋や帯。自然の薄い膜が、さざ波を消した場所です。
中学高校式で確かめる：フランクリンの油の膜は、どれくらい薄い？
体積を面積で割ると、厚さが出ます。記録の「小さじ1杯」「半エーカー」から計算してみましょう。小さじの量は時代や道具で違うため、ここでは目安の値を使います。
| 記号 | 意味と単位 |
| 油の体積（当時の小さじ1杯の目安） | 約2 mL（＝0.000002 m³）とされる |
| 広がった面積（半エーカーの目安） | 約2000 m² |
| 1 m をナノメートルで表すと | 1000000000 nm |
| 畳1枚の広さ | 約1.62 m² |
| 膜の厚さ（メートル）＝体積 ÷ 面積 | 0.000002 ÷ 2000 ＝ 0.000000001 |
| ナノメートルに直す | 0.000000001 × 1000000000 ＝ 1 |
| おおった広さを畳の枚数に直す | 2000 ÷ 1.62 ≒ 1235 |
膜の厚さは約1ナノメートル、つまり10億分の1メートルほどです。油の分子1個の長さと同じくらいで、分子がほぼ1層だけ並んだ計算になります。小さじ1杯が、畳およそ1200枚ぶんの水面を分子1層でおおったわけです。19世紀の終わりにレイリー卿は、同じ考え方で分子の大きさを見積もりました。
高校高校＋さざ波とうねりで、揺れを戻す力が入れかわる
高校波が揺れるのは、ずれた水面を元に戻す力があるからです。長い波では、持ち上がった水の重さが戻す力になります。短い波では、表面張力が戻す力になります。両者が同じくらいになる境目は、水では長さ約1.7センチとされています。
高校＋膜は表面張力の値を少し下げるだけではありません。伸び縮みで表面張力が変わる性質（表面の弾性）を水面に与えます。表面張力の差があると、表面は張力の強い側へ引かれます。この流れはマランゴニ効果と呼ばれ、グラスの内側をワインがしずくになって垂れる「ワインの涙」にも関わる現象です。
大学波の減衰は、膜の弾性で何倍にも強まる
きれいな水面では、波の揺れは主に水の粘性で少しずつ弱まります。表面に弾性のある膜があると、水面すぐ下に速さが急に変わる薄い層ができます。この層で粘性による損失が集中するため、減衰は大きく強まります。強まり方は膜の弾性と波の長さで決まり、長さ数センチ程度の波で最も効くとされています。この理論は、流体力学の古典的な教科書でも扱われています。
研究まだはっきりとはわかっていないこと
- 荒れた海で、膜がどこまで波の成長を抑えるのか。 実験水槽ではさざ波の減衰を測れますが、強風の外洋では膜がちぎれたり混ざったりします。実際の効き目を定量的に示すのは難しいとされています。
- 自然の膜が、海と空気のやりとりに与える影響。 海面の薄い膜が、二酸化炭素などの気体の出入りを弱めている可能性が調べられています。地球全体でどれほど効いているかは、まだ見積もりに幅があります。
- 波の頂上が崩れるきっかけ。 白波が立つ条件に、さざ波や膜がどう関わるかは、観測と計算の両方で研究が続いています。
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。さざ波を消すしくみはよく分かっていますが、大きな海でどれほど役立つかは、まだ議論の途中です。
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・物質の性質、体積と面積の計算 | 表面張力、油の膜の厚さの計算 |
| 高校 | 物理・波の性質、化学・分子の大きさ | 戻す力が重さと表面張力で入れかわる話 |
| 高校＋ | 物理・表面張力の発展 | マランゴニ効果、表面の弾性 |
| 大学 | 流体力学・界面化学 | 膜による波の減衰の理論 |
| 研究 | 海洋物理・大気と海の相互作用 | 外洋での効き目、気体の出入り |
| ― | 生活とのつながり | 海面のなめらかな筋の見分け、洗面器での観察 |
- Benjamin Franklin, William Brown, William Brownrigg, "Of the stilling of waves by means of oil", Philosophical Transactions of the Royal Society of London, Vol. 64 (1774)
- Lord Rayleigh, "Measurements of the amount of oil necessary in order to check the motions of camphor upon water", Proceedings of the Royal Society of London, Vol. 47 (1890)
- Agnes Pockels, "Surface tension", Nature, Vol. 43 (1891)
- Horace Lamb, "Hydrodynamics"（流体力学の古典的教科書。表面の膜による波の減衰を扱う）
- 大プリニウス『博物誌』（海に油を注ぐと海面が静まるという記述がある）
※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。実験で使った油は排水口にそのまま流さず、紙などで吸い取って処分してください。海や川に油を流すことは環境を汚すため行わないでください。