湖沼「結氷」のメカニズムについて


さて暖冬の影響でなかなか結氷する気配がありませんが、「結氷」のメカニズムについて整理してみました。

結氷初めの鍵にになるのは「水は4℃で密度が最大になる」ということ。
言い換えるなら「水は4℃が一番重い」。


※水の性質と役割「水の密度の温度変化」より

湖水の温度が全て4℃になって以降、湖面でさらに冷やされ4℃以下になった水は密度が小さくなり下にいくことが出来なくなります。
4℃の方が重くて沈むので、4℃以下に冷えた水は浮くことになる。
下に行けない水は更に冷やされ続け、やがて表面から凍り出すわけです。
これが結氷の始まり。
また雪が降る、風が吹くことで湖水の温度は下がりますから、水温を下げる結氷前の雪、風は歓迎となります。

ちなみに十和田湖は標高が400mの場所にありますが、結氷しないのは水深があるからです。
湖水全体が4℃以下に冷える前に春が来てしまうから不凍湖なんですね。

さらに氷を通して冷やされた水もどんどん凍り、厚みが増していきます。
これがいわゆる「真氷」と呼ばれる硬い透明の氷です。
姉沼だと例年5〜7cmくらいです。

ここからは雪が必要と思ってましたが、ちょっと違うようです。
雪が氷に乗ってしまうことにより、雪の断熱効果で氷の下まで冷気が伝わらず氷の成長が止まります。
なのでいつも真氷の成長は5cm程度で止まってしまう訳です。
「冷え込みが弱い」というよりも「雪が邪魔している」という方が正しいのです。
なので、冷え初めの結氷初期にはなるべく雪は降らないほうが良いということです。

雪が降らずにどんどん氷が成長していくのが理想ですが、実際には雪もある程度降ってしまうので、雪が溶けて、凍っての繰り返しで厚みが増していくのが実態ではあります。
時系列で雪、風の影響をまとめると以下のようになります。

◎結氷前(雪歓迎、風歓迎)早く4℃以下まで下がることが理想

◎結氷初め(雪いらない、風いらない)結氷を阻害する要因になるからどっちも不要

◎結氷後(雪歓迎、風どうでも良い)厚みを増す雪は歓迎、風は関係なくなる

いずれにしろ寒気は必須なので早く下りてきて欲しいですね。