外がマイナス20度でも、雪の下はなぜ0度のままなの？
― 雪は冷たさではなく、あたたかさを閉じこめています

雪は冷たいものの代表です。ところが雪国の真冬、外の空気がマイナス20度まで下がっても、積もった雪の底の温度はほとんど0度のあたりから動きません。ネズミも、カエルも、草の根も、その細い温度の帯にもぐりこんで冬をやりすごしています。冷たいはずの雪が、なぜ「あたたかい場所」をつくれるのでしょうか。

理由は、大きく2つです

つまり雪の底の0度は、「冷えきった結果」ではなく、上からの冷たさと下からの熱がつり合った場所なのです。順に見ていきます。

すき間だらけだから、熱が通れない

熱を伝えにくい材料には、共通点があります。中に細かい空気の部屋をたくさん持っていることです。発泡スチロールも、セーターも、羽毛ぶとんもそうです。空気そのものが熱を伝えにくいうえに、部屋が細かく仕切られていると、空気が動いて熱を運ぶこともできません。

新しく降った雪は、まさにその構造をしています。細い氷の枝が絡み合い、そのあいだを空気が満たしています。だから雪は、同じ厚さの氷にくらべて、けたちがいに熱を通しにくいのです。降り積もった雪が押しつぶされて固くなるほど空気は減り、断熱の力は弱まっていきます。ふんわりした新雪ほど、下を守る力が強いことになります。

図1を見てください。左が雪の断面、右が深さごとの温度です。雪の表面は外の空気とほぼ同じ温度まで冷えますが、深くなるほど温度は上がり、底では0度のあたりに落ち着きます。

下からの熱と、0度で止まるブレーキ

雪がふとんだとしても、ふとんは自分では発熱しません。人がふとんであたたかいのは、体が熱を出しているからです。雪の場合、その役目を果たすのが地面です。

地面は夏のあいだ、日射を受けて深いところまであたためられています。その熱は秋から冬にかけて、時間をかけて上へ抜けていきます。雪が積もっていないと、この熱はどんどん空へ逃げ、土は深くまで凍ります。雪がふたをすると、逃げ道がせばまり、熱は雪の底にたまります。

さらに強力なブレーキがあります。土の中の水が凍るときには熱が出ます。逆にとけるときには熱を吸います。どちらの場合も、まわりの温度は0度から動けません。氷水にどれだけ氷を足しても水温が0度のままなのと同じで、水と氷が同居しているあいだ、温度はそこで足踏みするのです。雪の底が0度前後で安定するのは、この性質のおかげです。

まとめ

雪は、冷たさを地面に押しつけているのではありません。空気をたっぷり含んだ層になって外の寒さをさえぎり、地面が手放す熱をその下に閉じこめています。マイナス20度と0度という20度の差が、わずか数十センチの白い層をはさんで向かい合っている――それが雪国の冬の地面です。

雪は、冷たさをためる布ではなく、
あたたかさを逃がさない布です。

同じ「雪はすき間だらけ」という性質は、音の世界にも顔を出します。雪が積もった朝は、なぜあんなに静かなの？もあわせてどうぞ。地面の温度が季節にどう遅れてついてくるかは井戸水や湧き水は、なぜ夏は冷たく、冬は温かく感じるの？で、雪の下で冬を越す動物の体のしくみは冬眠する動物は、なぜ何か月も食べずにいられるの？で扱っています。

※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。雪を掘るときは、斜面や積み上げられた雪のそばを避け、自治体や現地の指示に従ってください。