なぜ、寒い日は息が白くなるの?

なぜ、寒い日は息が白くなるの?

こたえ:息(いき)にふくまれる水蒸気(すいじょうき)が冷(ひ)やされて、水(すい)てきに変(か)わるからです。

冬(ふゆ)の朝(あさ)、「はーっ」とはいた息(いき)が白(しろ)くなるのを見(み)ると「今日(きょう)も寒(さむ)いな」と感(かん)じますね。ふだん話(はな)しているときは見(み)えないのに、寒(さむ)い日(ひ)に息(いき)が白(しろ)く見(み)えるのは、なぜでしょうか。

そのしくみは、雲(くも)ができるのと似(に)ています(関連(かんれん)記事(きじ)「雲(くも)は何(なに)からどのようにできるの?」)。息(いき)にふくまれる水蒸気(すいじょうき)(気体(きたい))が周(まわ)りの空気(くうき)に冷(ひ)やされて水(すい)てき(液体(えきたい))になり、白(しろ)く見(み)えるのです。

もう少(すこ)しくわしく見(み)てみましょう。まず、わたしたちの体(からだ)は常(つね)に水分(すいぶん)を入(い)れかえていて、尿(にょう)や便(べん)だけでなく、皮膚(ひふ)やはく息(いき)(呼気(こき))でも水分(すいぶん)を体(からだ)の外(そと)に出(だ)します。呼気(こき)の場合(ばあい)、1日(にち)に約(やく)400mLの水分(すいぶん)を水蒸気(すいじょうき)として排出(はいしゅつ)しています1)。

呼気(こき)の温度(おんど)は、体温(たいおん)に近(ちか)い35~37℃。それに対(たい)して、冬(ふゆ)の気温(きおん)は10℃以下(いか)になることもめずらしくありません。そのため、呼気(こき)は周(まわ)りの空気(くうき)によって急激(きゅうげき)に温度(おんど)が下(さ)げられることになります。

空気(くうき)がふくむことのできる水蒸気(すいじょうき)の量(りょう)は空気(くうき)の温度(おんど)によって変(か)わり、温度(おんど)が低(ひく)ければその量(りょう)は減(へ)ります※。温度(おんど)が下(さ)がって呼気(こき)がふくみきれなくなった水蒸気(すいじょうき)は、水(すい)てきに変(か)わります(凝結(ぎょうけつ))。

ただし、水蒸気(すいじょうき)が凝結(ぎょうけつ)するには、何(なに)かにくっつかなければなりません。それは、「エアロゾル」とよばれる小(ちい)さなちりやほこり。空気(くうき)中(ちゅう)をただようエアロゾルの周(まわ)りに水蒸気(すいじょうき)の小(ちい)さなつぶがいくつもぶつかることで、水(すい)てきがつくられます。この水(すい)てきが集(あつ)まったものが、白(しろ)く見(み)えるわけです。

※1 1m3の空気(くうき)がふくむことのできる水蒸気(すいじょうき)の量(りょう)を「飽和(ほうわ)水蒸気(すいじょうき)量(りょう)」といいます。

地球(ちきゅう)上(じょう)には、とても寒(さむ)いのに呼気(こき)が白(しろ)くならない場所(ばしょ)があります。その場所(ばしょ)とは、南極(なんきょく)。理由(りゆう)は「空気(くうき)がきれいだから」です。

上(うえ)で、水蒸気(すいじょうき)が凝結(ぎょうけつ)して水(すい)てきになるにはエアロゾルが必要(ひつよう)と書(か)きました。では、このエアロゾルの正体(しょうたい)は何(なに)かというと、風(かぜ)がまきあげた土(つち)ぼこりや、火山(かざん)活動(かつどう)で出(で)た火山(かざん)ガス、海(うみ)にふくまれる塩(しお)の結晶(けっしょう)、植物(しょくぶつ)の花粉(かふん)、工場(こうじょう)や自動車(じどうしゃ)から出(で)る排(はい)ガスなどです2)。氷(こおり)におおわれ、人間(にんげん)の活動(かつどう)が少(すく)ない南極(なんきょく)では、土(つち)ぼこりや花粉(かふん)、排(はい)ガスが元(もと)になったエアロゾルも少(すく)ないはずですね。

日本(にほん)の都市(とし)の大気(たいき)には、1cm3当(あ)たり数万個(すうまんこ)以上(いじょう)のエアロゾルがただよっているといわれます。一方(いっぽう)、南極(なんきょく)にある昭和(しょうわ)基地(きち)の周辺(しゅうへん)で観測(かんそく)したエアロゾルの量(りょう)は、その1000分(ぶん)の1から100分(ぶん)の13)。水蒸気(すいじょうき)が凝結(ぎょうけつ)するのに必要(ひつよう)なエアロゾルが少(すく)ないため、呼気(こき)が白(しろ)くなりにくいそうです。

記事(きじ)公開(こうかい):2022年(ねん)4月(がつ)

参考(さんこう)資料(しりょう)

1)サントリー「水(みず)の科学(かがく) 出(で)ていく水(みず)ととりこむ水(みず)」『水(みず)大(だい)辞典(じてん)』:https://www.suntory.co.jp/eco/teigen/jiten/science/10/

2)岩槻(いわつき)秀明(ひであき)『最新(さいしん) 気象(きしょう)学(がく)のキホンがよ~くわかる本(ほん)[第(だい)3版(はん)]』.2017年(ねん).秀和(しゅうわ)システム

3)国立(こくりつ)局地(きょくち)研究所(けんきゅうじょ)「第(だい)47次(じ)隊(たい)の記録(きろく) 大気(たいき)エアロゾル観測(かんそく)」『昭和(しょうわ)基地(きち)NOW!!』.2006年(ねん)5月(がつ)7日(にち):https://www.nipr.ac.jp/jare-backnumber/now/back47/20060507.html

監修者(かんしゅうしゃ):大山(おおやま)光晴(みつはる)

1957年(ねん)東京都(とうきょうと)生(う)まれ。東京(とうきょう)工業(こうぎょう)大学(だいがく)大学院(だいがくいん)修士(しゅうし)課程(かてい)修了(しゅうりょう)。高等(こうとう)学校(がっこう)の物理(ぶつり)教諭(きょうゆ)、千葉県(ちばけん)教育(きょういく)委員会(いいんかい)指導(しどう)主事(しゅじ)、千葉(ちば)県立(けんりつ)長生(ちょうせい)高等(こうとう)学校(がっこう)校長(こうちょう)等(など)を経(へ)て、現在(げんざい)、秀明大学(しゅうめいだいがく)学校(がっこう)教師(きょうし)学部(がくぶ)教授(きょうじゅ)として「理数(りすう)探究(たんきゅう)」や「総合的(そうごうてき)な学習(がくしゅう)の時間(じかん)」の指導(しどう)方法(ほうほう)について講義(こうぎ)・演習(えんしゅう)を担当(たんとう)している。科学(かがく)実験(じっけん)教室(きょうしつ)やテレビの実験(じっけん)番組等(ばんぐみなど)への出演(しゅつえん)も多数(たすう)。千葉市(ちばし)科学館(かがくかん)プロジェクト・アドバイザー、日本(にほん)物理(ぶつり)教育(きょういく)学会(がっかい)常務(じょうむ)理事(りじ)、日本(にほん)科学(かがく)教育(きょういく)学会(がっかい)及(およ)び日本(にほん)理科(りか)教育(きょういく)学会(がっかい)会員(かいいん)、月刊(げっかん)『理科(りか)の教育(きょういく)』編集(へんしゅう)委員(いいん)等(など)も務(つと)める。

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