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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:息にふくまれる水蒸気が冷やされて、水てきに変わるからです。

冬の朝、「はーっ」とはいた息が白くなるのを見ると「今日も寒いな」と感じますね。ふだん話しているときは見えないのに、寒い日に息が白く見えるのは、なぜでしょうか。

そのしくみは、雲ができるのと似ています(関連記事「雲は何からどうやってできるの?」)。息にふくまれる水蒸気(気体)が周りの空気に冷やされて水てき(液体)になり、白く見えるのです。

もう少しくわしく見てみましょう。まず、わたしたちの体は常に水分を入れかえていて、尿や便だけでなく、皮膚やはく息(呼気)でも水分を体の外に出します。呼気の場合、1日に約400mLの水分を水蒸気として排出しています1

呼気の温度は、体温に近い3537℃。それに対して、冬の気温は10℃以下になることもめずらしくありません。そのため、呼気は周りの空気によって急激に温度が下げられることになります。

空気がふくむことのできる水蒸気の量は空気の温度によって変わり、温度が低ければその量は減ります。温度が下がって呼気がふくみきれなくなった水蒸気は、水てきに変わります(凝結)。

ただし、水蒸気が凝結するには、何かにくっつかなければなりません。それは、「エアロゾル」(エーロゾル)とよばれる小さなちりやほこり。空気中をただようエアロゾルの周りに水蒸気の小さなつぶがいくつもぶつかることで、水てきがつくられます。この水てきが集まったものが、白く見えるわけです。

※1 1m3の空気がふくむことのできる水蒸気の量を「飽和水蒸気量」といいます。

地球上には、とても寒いのに呼気が白くならない場所があります。その場所とは、南極。理由は「空気がきれいだから」です。

 上で、水蒸気が凝結して水てきになるにはエアロゾルが必要と書きました。では、このエアロゾルの正体は何かというと、風がまきあげた土ぼこりや、火山活動で出た火山ガス、海にふくまれる塩の結晶、植物の花粉、工場や自動車から出る排ガスなどです2。氷におおわれ、人間の活動が少ない南極では、土ぼこりや花粉、排ガスが元になったエアロゾルも少ないはずですね。

 日本の都市の大気には、1cm3当たり数万個以上のエアロゾルがただよっているといわれます。一方、南極にある昭和基地の周辺で観測したエアロゾルの量は、その1/10001/1003。水蒸気が凝結するのに必要なエアロゾルが少ないため、呼気が白くなりにくいそうです。

記事公開:2022年4月

参考資料

1)サントリー「水の科学 出ていく水ととりこむ水」『水大辞典』:https://www.suntory.co.jp/eco/teigen/jiten/science/10/

2)岩槻秀明『最新 気象学のキホンがよ~くわかる本[第3版]』.2017.秀和システム

3)国立局地研究所「第47次隊の記録 大気エアロゾル観測」『昭和基地NOW!!.200657日:https://www.nipr.ac.jp/jare-backnumber/now/back47/20060507.html

監修者:大山光晴

1957年東京都生まれ。東京工業大学大学院修士課程修了。高等学校の物理教諭、千葉県教育委員会指導主事、千葉県立長生高等学校校長等を経て、現在、秀明大学学校教師学部教授として「理数探究」や「総合的な学習の時間」の指導方法について講義・演習を担当している。科学実験教室やテレビの実験番組等への出演も多数。千葉市科学館プロジェクト・アドバイザー、日本物理教育学会常務理事、日本科学教育学会及び日本理科教育学会会員、月刊『理科の教育』編集委員等も務める。

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