【第1回】南極・北極SDGs探究学習コンテスト

氷河とはなにか？
極地の氷の融解の原因を調べてみよう
稲わらなどを使って氷の融解を抑制できるか実験してみよう
チームメンバー
山田蓮花 (東京農業大学 稲花小学校 2年生)
山田弘和 (父)山田理奈子 (母)まとめの図
➀タイトル
氷河とはなにか？極地の氷の融解の原因を調べてみよう。
稲わらなどを使って氷の融解を抑制できるか実験してみよう②チームメンバー
山田蓮花(東京農業大学 稲花小学校2年生)

山田弘和 (父)山田理奈子 (母)④調べた方法【調べ学習】
南極・北極科学館に行って、学習した。
自宅でインターネットや本から調べた。
【実験】
コンサルタントの先生から指導を受けた。
①氷のみ、②氷の上に 、③②の上にアクリル板、④氷の上にアルミシートの4条件
で放置実験を行い、氷が溶ける速さを調べた。ブラックカーボンを想定した炭を氷の上に置いて氷の溶け方を観察した。

藁

実験条件/サンプルの写真③テーマを選んだ理由
・温暖化で融解が進む極地の氷が溶けるのを遅らせたい、どうやったら出来るのか？と考えたから・環境保全のために、自然素材の稲わらを利用出来ないか？と考えたから
・稲花小学校の生徒として、稲に関わることが多かったから(昨年自分で育てた稲のわらを持っていた)⑤わかったこと【調べ学習】氷河や極地の氷が地球温暖化などで溶けている。
ブラックカーボンやクリオコナイトがそれを加速している。
古代の冷蔵庫である氷室では茅が使われているので、 を使って氷が溶けるのを遅らせられるのでは？ということに気付いた。
【実験】予想通り、氷の上に を乗せることで氷が溶けるのを遅らせることが出来た。さらにアルミシートよりも の方が断熱効果や保温効果が高いこともわかった。

藁

藁

氷が全部溶けるまでの時間

藁⑥SDGsについて考えたこと
資源を有効活用して地球温暖化で溶けて行く極地の氷や氷河を守ることが出来たら良いなと思った。
そのために世界中の国々や人々が協力するには、どうしたら良いんだろう？と考えた。

目次【研究のきっかけ】【調べ学習】

1. 熱はどうやって伝わるの？
2. 水の科学
3. 氷河とはなんだろう？
4. 極地の氷が溶けていく
5. ブラックカーボン
6. クリオコナイト
7. 古代の氷の保存方法
8. 稲わらを使いたい理由
9. 稲わらのひみつ【実験】
1. 実験の準備
2. 実験条件、実験方法
3. 実験結果と考察①氷の重さ変化②ブラックカーボンの影響
4. まとめ【感想】【SDGs 17の目標の達成について】【謝辞】【引用文献】

研究のきっかけ
極地や氷河の氷の融解を遅らせたい
地球温暖化で極地の氷が溶けていくのが心配！
氷河もなくなってきている！

藁

古代から使われている冷蔵庫である、氷室の事を知る。
室内を低温に保つために が使われている。

藁

去年、自分で稲を育てたので、その稲 を使いたい！
稲 にはプラントオパールがあって、光を散乱させるかも！

藁

氷を で覆う事で、氷の融解を遅らせられるかもしれない
実験してみよう！

藁調べ学習1

熱はどうやって伝わるの？
熱の伝わり方は３種類ある

輻射（ふくしゃ）もしくは放射日光に当たると暖かい電磁波(≒光)によるエネルギー移動

熱伝導
湯たんぽを触ると温かい固体内部または、固体/固体間のエネルギー移動

熱伝達
エアコンの風に当たると涼しい

液体/固体または気体/固体間のエネルギー移動

調べ学習2

水の科学

水は0℃で氷になり100℃で水蒸気になる。

固体・液体・気体を物質の三態という。
水 (液体)

水は変身する氷 (固体)

水蒸気 (気体)
国立極地研究所 雪と氷について学ぼう！より

調べ学習3氷河とはなんだろう
氷河のできるメカニズム

氷河は雪がギュッと押し固められてできる。
氷山として離れるとそして氷河は動いている。最後には割れて海へ流れて氷山になる。
融解する速度が早まってしまう

真水の氷は０℃で融解する。だから0℃以下にして、氷を溶けない様にできないのかな？

氷河は流れているんだね！

ぷれ極2018よりここにクリオコナイトホールがある！

海水温度の上昇
で氷の下からも融解している！
氷山が割れてしまうと、どんどん溶けていく

極地の氷が溶けていく【原因】

原因は様々あり、世界中で国をこえて温暖化対策に取り組んでいる

調べ学習4
南極の氷だけで毎年９２ギガトンの氷が溶けている！
日本の生活水のなんと７年分！

地球温暖化
温室効果ガス（二酸化炭素など）によって、地球が暖かい毛布にくるまれているようになっている

海水温の上昇温められた海水により棚氷が下からも溶けている

ブラックカーボンやクリオコナイト●ブラックカーボン・・・大気中に浮かんでいる炭素の小さな粒子●クリオコナイト・・・氷河の中に含まれる黒い微生物や砂などの小さな物質※黒いので太陽エネルギーをたくさん吸収する

雪や氷が溶ける速度が速くなる！
南極・北極から地球の未来を考える副読本 地球温暖化とは 福西浩先生より
極地研公式YouTube 南極氷床〜地球最大の氷に何がおきているのか？より

調べ学習5大気汚染の原因の一つ、ブラックカーボンとはブラックカーボンとは、ススの構成要素の一つであり、大気汚染物質の一つ。
黒色炭素。太陽光を吸収する性質を持ち、地球温暖化の原因物質の一つとしても知られる。
大気中に放出されたブラックカーボンは北極圏の氷(アルベド)などに付着し、海氷の溶解の一因となる。北極圏は地球上で最も早く温暖化が進行しており、それにはブラックカーボンが寄与していると考えられている。（Wikipediaより）

ものすごく小さな粒子なので、測定には最新の科学が使われているんだ！

大規模に行われている農業廃棄物の野焼きも重要な発生源であることがわかっている
JAMSTEC とブラックカーボン研究

ぷれ極2019より

調べ学習6

氷河を黒くして、とかしちゃうクリオコナイト
クリオコナイトとはシアノバクテリア（光合成ができる細菌のなかま）

クマムシやミミズなども！
絵 山田蓮花バクテリア（細菌）

小さな砂つぶクリオコナイトホールでボコボコの氷河！

夏になると氷河の下流の方がとけて黒くなる。原因はクリオコナイト。
白色は熱を反射するけど、黒色は熱を吸収してしまうので、氷のとけるスピードが上がってしまう！
ぷれ極2018より

古代の氷の保存方法

調べ学習7

古代の冷蔵庫「氷室」（ひむろ）
氷室は古墳時代からあり、日本書紀(4世紀頃)にも記載されている。
古代の氷室を再現した奈良県福住町にある「復元氷室」は茅葺き屋根の小屋(茅はイネ科の植物などの総称)の中に四角い穴を掘り、茅で氷をおおう構造になっている。
福住町では毎年2月に3トンの氷を地元の小学生たちが運び入れ、7月の海の日に氷を取り出す氷まつりを開催している。
しかし地球温暖化のために氷の残量は減ってきている。

日本経済新聞より
天理市ホームページより

気化熱について

調べ学習7

液体が気体になることを気化(蒸発)と言い、気化するときに吸収する熱のことを気化熱や蒸発熱という。わらやもみがらを使う氷室は気化熱を利用している。
日本だけでなく、世界各地に同様の氷室がある(イランのヤフチャールなど)。
ヒートアイランド対策にも気化熱が利用されている。

【気化熱の例】

国民への打ち水の呼びかけや、打ち水大作戦などのイベントも開催されている・打ち水で涼しくなる。
・お風呂上がりに脱衣所でぶるっとする。
・冷蔵庫も気化熱を利用して冷やしている。

ヒートアイランド現象の対策のために、各地で緑化が進められている。

★ヒートアイランド現象とは人間活動が原因で都市の気温が周囲より高くなることをいう。

植物や地面からの気化熱（蒸発熱）は地球を冷やすことにとても役立っている
国土交通省ホームページ

ヒートアイランド対策より

稲わらを使いたい理由

調べ学習8

稲刈りをした時の写真

一年生の時にプラントオパールを顕微鏡で調べた時のメモ

写真の様に氷河はどんどん失われている。川底や地面がむき出しになるので、放置しても環境への影響が小さいもの(自然の物)を選びたかった
swissinfo.chより

調べ学習9稲わらのひみつ1

稲わらとは、稲等、イネ科植物の主に茎を乾燥させた物。
わらの構造は中空のストロー状で、空気を多く含み、吸湿性、保湿性、断熱性、クッション性などの特徴を持つため、日本では昔から様々な用途(家畜の飼料、肥料、 葺屋根や工芸品、生活道具など)に使われていた。
またイネ科の植物にはプラント・オパールというガラス質の細胞(珪酸)があり、植物が枯れても燃えても長い間残るので、近年では考古学にも応用されている。
未だに野焼き(田んぼや畑で稲わらを燃やすこと)が行われ、ブラックカーボンの一因になっている

藁プラントオパールの顕微鏡写真

ブラックカーボンの一因

NHK for school、Wikipediaより

稲わらのひみつ２

稲わらはストロー状になっているので空気を含みやすい。シロクマの毛もストロー状になっていて断熱効果がある。
わらを重ねると空間や日陰がたくさんできる。
→熱が氷に伝わるのを防いでくれるかも？

調べ学習9

稲わらにはプラントオパールがありキラキラと光る→太陽光の影響を減らしてくれるかも？
(光の散乱)

Wikipediaより

稲わらのひみつ３

調べ学習9

日本で稲わらは野焼きなどで燃やされており、ブラックカーボンの一因にもなっているのに、稲わらを中国から輸入している。
資源が無駄にされているので、有効利用出来ないか？と考えた
農林水産省 稲わらより

実験1

実験の準備
氷を置く場所

地面からの熱の影響をできるだけ受けないように、空のゴミ箱を３つ並べ、その上に金網をしいた。
(最初は網の上にアルミシートを敷いていたが、太陽光を反射して温度が上がってしまったため、氷の下に空間が出来るようにした)

実験器具・素材

・タッパー (容量800ml)
・氷 (タッパーに500mlの浄水を入れて冷凍庫で凍らせた）・稲 （風で飛ばないように麻紐でしばった）・温湿度計（プルーフ付き）
・アルミシート・キッチンスケール（はかり）・方眼紙・ライター (チャッカマン)
・網・ゴミ箱藁クリオコナイトやブラックカーボンの代用品

クリオコナイトやブラックカーボンの代用品として、1cm✕1cmに切った方眼紙にライターで火をつけて燃やした後の炭を氷の表面に置いた

実験2

実験条件、実験方法

下記①～④を放置し、氷が全て溶けるまで、複数回氷の重さを測った※氷の重さだけでなく、気温や溶けた水の温度も一緒に測った

ブラックカーボン想定の炭を氷の上に置いて、氷の溶け方を観察した
①氷のみ
炭あり

タッパーに水を入れ冷凍庫で凍らせた
(比較用)

全体図

藁

②氷＋

藁

③氷＋ ＋アクリル板

炭あり

藁①の氷の上に を乗せた

藁を乗せることで氷が溶けるのを遅らせられる？

温室効果がない
場合を想定

炭あり

藁

②の の上にアクリル板でふたをしたアクリル板でふたをすると氷が溶けるのは早くなる？
遅くなる？

温まった空気が対流する
温室効果を想定④氷＋アルミシート
炭あり①の氷の上にアルミシートを乗せた

藁とアルミシート、どちらが氷が溶けるのを遅らせられる？
②との比較用実験3

実験結果：氷の重さ変化(雨/曇りの日)

藁を乗せることで、氷が溶ける速度が遅くなった
アルミシートよりも藁の方が、氷が溶ける速度が遅かった
氷の上に

2022/11/26 曇り15:35 開始→翌日2:35 終了
気温15.9℃→11.0℃

2022/11/23 雨
12:05 開始→21:40 終了
気温：14.4℃→11.1℃

②①

①
③③
②

④

水を凍らせた時にタッパーが1個割れてしまい
アルミシートの条件をあきらめました...

実験開始が遅くなり、実験終了は深夜でした...

実験結果：氷の重さ変化(晴れの日)

実験3

藁を乗せることで、氷が溶ける速度が遅くなった(雨/曇りと同じ)
アルミシートよりも藁の方が、氷が溶ける速度が遅かった(雨/曇りと同じ)
氷の上に

2022/11/27 晴れ
11:00 開始→15:40 終了
気温26.7℃→28.0℃

2022/11/25 晴れ
9:25 開始→15:05 終了
気温20.6℃→21.0℃
④

①

②

③
④

雨/曇りの日と比べると半分くらいの時間で実験が終わりました。

①②③

この日はとても暑くて、氷が溶けるのが一番早かったです。考察：氷の重さ変化(天気の影響)
太陽光の熱で温められるので、晴れの日の方が氷が溶ける速度が速い(氷が全部溶けるまでの時間が短い)

藁

氷と の組み合わせにアクリル板を乗せると、曇りの日は氷が溶ける
速度が遅くなるが、晴れの日は逆に早くなる→晴れだと太陽の熱で温められた空気が対流して氷が溶けやすくなるのでは？と考えた氷が全部溶けるまでの時間 (天気ごと)

実験3

実験結果：黒い炭の影響

実験3

ブラックカーボンを想定した炭の周囲は、氷が溶けるのが早かった。
しかし、1cm角の方眼紙を燃やした炭は大変軽いので、融解が進むと散り散りになってしまい、また氷の重さを計量する際にタッパーから取り出すので、最後まで継続的に観察することは不可能だった。
実際のクリオコナイトやブラックカーボンとは別物なので全く同じ状態とは言えないが、氷が早く融解する原因の一つになっていると考えられた。
クリオコナイトやブラックカーボンに見立てて、切った方眼紙を燃やした炭

炭の周囲にだけ水たまりが出来ていた→炭の周りの氷が溶けるスピードが早い
炭の周囲だけ溶けているサンプルの拡大図(2回目の計測位までしか観察できない)

実験4

まとめ

藁

●研究のきっかけで考えた通りに、氷の上に を乗せることで氷が溶けるのを遅らせることが出来た

藁●氷の上に を乗せると、アルミシートを乗せた時よりも氷が溶ける速度が遅くなり、 の断熱効果や保温効果が大きいことが分かった

藁●太陽光の熱で温められるので、晴れの日の方が曇りや雨の日よりも氷が溶ける速度が速かった(2倍くらい)●ブラックカーボンやクリオコナイトが太陽光を吸収して氷を溶かす現象と、炭の周囲の氷の溶け方が早いことに類似性があった●気化熱の効果については、今回の実験結果だけでは考察するのが難しかったが、 を置くだけでも氷室の効果が得られることがわかった

藁

感想
氷用のタッパーが何回も割れたり、温湿度計を途中で水没させてしまったり、風でベランダがわらだらけになったり、失敗がたくさんあって、大変でした😢

うえ～ん
ここに載せきれない程の写真を撮ったのに実験は試行錯誤の連続で、なかなか上手く行きませんでした...
最終的になんとかデータを取ることが出来て良かったです。

SDGsの目標達成について実験と調べ学習で分かったことが、SDGsの17の目標の内、５つの目標に関係すると考えました
わらは世界各地で野焼き等で燃やされていることがわかった。わらを温暖化防止のために再利用することは資源の再利用につながり、目標12に関係すると思われる。
南極北極、また各地の氷河が消えつつあることをもっと多くの方に知ってもらい、自分事として温室効果ガスやブラックカーボンを出さない対策を早急にすべきだと感じた。このことは、目標13に関係すると思われる。

気候変動の影響を受けやすい極地や氷河の氷が溶けることは温暖化や異常気象を引き起こし、人々が暮らす陸の環境にも悪影響を与える。極地の氷の融解を防ぐことは陸の豊かさを守ることになり、目標15に関係すると思われる。
氷の上に自然素材であるわらを置くだけで、氷が溶けるのを遅くする効果があることがわかった。この方法でなくても、世界中の国々が気候変動に関する国際連合枠組条約などを通して、温暖化防止や地球の環境を守るために手を繋いで対策を考えて欲しいと思う。このことは目標17に関係すると思われる。

極地や氷河の氷の融解により、大きな自然環境破壊が起きていることがわかった。海の環境や生態系が崩れて大きな影響を受けると考えられる。極地の氷が融解することは、目標14に関係すると思われる。

資源をもっと有効活用して、少しでも地球温暖化を抑えるために、世界中の国々や人々が協力し、極地の氷や氷河を守ることが出来たら良いなと思います謝辞

今回、私たちが研究を行うにあたり、コンサルタントとして終始適切な助言と、丁寧で優しく科学的なご指導をして下さいました、公益財団法人日本極地研究振興会 理事長 / 東北大学名誉教授 福西浩先生に心より深く感謝します。極地から宇宙まで、ロマンあふれるご指導に家族で感銘を受けました。誠にありがとうございました。
日本極地研究振興会の運営されている南極・北極科学館のショップ内にて、閉店後にも関わらずお店を開けて下さり、資料やグッズの販売をして下さった上、大変貴重なお話をして下さった方、大変ありがとうございました。
資料を参考にさせて頂きました、日本極地研究振興会の皆様へ心より感謝いたします。
南極・北極科学館を見学させて頂き、多くの知見を得ることが出来ました。
極地研究所公式youtubeチャンネルにて、最新の氷の研究を知ることができ、また参考にさせて頂きましたことを深く感謝申し上げます。
今回の研究のメイン素材となる稲わらをご提供下さいました生活クラブGGTの皆様のご厚意に大変感謝致します。
自分達で育てた稲を使った実験で失敗が続き、稲が足りなくなって困っていたところ、快くご提供下さいました。
いつも大変お世話になっております。ありがとうございました。
母の地元の奈良県に、日本書紀に記された4世紀ごろとされる故事にちなむ復元氷室があり、今回の研究の着想に繋がりました。関係者の方々に感謝いたします。
幼稚園の頃より、蓮花は「面白南極料理人」のドラマが大好きです。過酷な条件の中での仲間とのつながりや極地での研究、面白いエピソードの数々にとても驚きと感銘を受けておりました。今でも録画した番組を見直しています。興味関心を大いに刺激するドラマを作成して頂いた原作者様および関係者の方々に感謝しております。
このコンテストへの参加の機会を与えて下さいました、東京農業大学 稲花小学校の先生方にも深く感謝いたします。
多く資料を引用させて頂きました皆様、ありがとうございました。
家族で研究や実験をする貴重な機会を与えて下さった皆様方に感謝申し上げます。

引用文献
日本極地研究振興会ホームページ
https://kyokuchi.or.jp/
日本極地研究振興会発行
・南極・北極から地球の未来を考える
・南極・北極から地球の未来を考える SDGｓ副読本
国立極地研究所
広報誌 ぷれ極2018 プレ極2019
https://www.nipr.ac.jp/sciencemuseum/special/ouchi/kikaku2018SMMR/
南極・北極科学館
https://www.nipr.ac.jp/sciencemuseum/special/ouchi/kikaku2018SMMR/
おうちで極地https://www.nipr.ac.jp/sciencemuseum/special/ouchi/kikaku2018SMMR/「雪と氷の大ぼうけん〜雪と氷のひみつ」
https://www.nipr.ac.jp/sciencemuseum/special/ouchi/kikaku2018SMMR/
氷河が解けるとどうなる？
https://www.swissinfo.ch/jpn/%E6%B0%B7%E6%B2%B3%E3%
81%8C%E8%A7%A3%E3%81%91%E3%82%8B%E3%81%A8%E3%81%A9%E3%81%86%E3%81%AA%E3%82%8B-/45844930
NHK for school ミクロワールド 植物の宝石 プラントオパール
https://www2.nhk.or.jp/school/movie/bangumi.cgidas_id=D000
5100112_00000
JAMSTEC とブラックカーボン研究https://www.jamstec.go.jp/egcr/j/column/pdf/20150213.pdf【極地研公式】#95 南極氷床～地球最大の氷に何がおきているのか？～ 新学術領域研究 『熱ｰ水ｰ物質の巨大リザーバ 全球環境変動を駆動する
北海道大学 杉山慎教授
https://youtu.be/zX6psshvTjY
気候変動と国連https://www.unic.or.jp/activities/economic_social_development/sustainable_development/climate_change_un/
日本ユニセフ協会 SDGsってなんだろう？
https://www.unicef.or.jp/kodomo/sdgs/about/
国際連合広報センター
https://www.unic.or.jp/activities/economic_social_development/sustainable_development/2030agenda/sdgs_logo/sdgs_icon/
日本経済新聞https://www.nikkei.com/article/DGXMZO62045750Z20C20A7AA
1P00/
天理市ホームページ
https://www.city.tenri.nara.jp/index.sp.html
農林水産省ホームページ 稲わらについて
https://www.maff.go.jp/index.html
国土交通省ホームページ ヒートアイランド対策
https://www.mlit.go.jp/sogoseisaku/environment/sosei_environ
ment_mn_000016.html
wikipedia