＜２５年度日本郵便年賀寄附金の助成事業＞「理科教育推進のための科学教育映画収集・活用ならびに関連する理科実験実施の支援事業 」
平成２６年

２月

１（土）１１：００～１４：１５

場所：（和泉公民館、大野市）

映画「この雪の下に」
実験「自然雪の顕微鏡観察」

雪と塩を混ぜて作る低温で紙を冷却し、 ボタン雪の中にも美しい結晶が見らその上に自然雪をとらえて観察します。 れます（白線の長さは１ｍｍ）。

＜主催＞：NPO 科学映像館を支える会（埼玉県、川越市）
NPO ふくい科学学園（福井県、福井市）＜協力＞：和泉公民館（福井県、大野市）「この冊子は平成２５年度日本郵便の年賀寄付金の助成を受けて製作しました」

なまえ

名前1＜映画：「この雪の下に」＞
製作：東京シネマ（昭和３１年製作、カラー３３分、内２０分上映）
企画：東北電力株式会社
・山形県西川町を舞台に、東北の雪国の人々が雪の下で様々な工夫と努力を重ねて生活する姿を記録しています。雪深い山の中で郷土の自然を愛し、生活を愛する教育を受けて、子どもたちはすくすく育っていきます。今から６０年前に製作した映画です。

今から６０年ぐらい前の様子

山で炭を焼いていました

小学校に建てられた積雪標

雪の中、学校に通う子供たちそりで荷物をはこんでいました

家の中で将棋（しょうぎ）のこま作り2＜実験：雪の顕微鏡観察＞
１．自然雪の顕微鏡観察
・雪の結晶は自然の美の象徴（しょうちょう）です。しかし、この美しい雪を顕微鏡で見ることはほとんど行われていません。それは雪がすぐに溶（と）けてしまうからです。北海道のように気温がマイナス１５度以下の所では雪の顕微鏡観察が行われています。
・我々は、十数年前から、“局所冷却法（きょくしょれいきゃくほう）”を用いて、雪を溶かさない状態に保って顕微鏡観察を行い、福井県のような比較的気温の高いところでも美しい雪の顕微鏡写真が得られることを示してきました。特に、大野市和泉・朝日の付近
では、気温がマイナス５度ぐらいに下がる時、とても美しい雪結晶が見られます。それは、近くに大野富士とも言われる高い山、“荒島岳”（あらしまだけ、標高１５２３ｍ）、があることに関係しています。この山に北西から吹く季節風があたり上昇気流おこし、断熱膨張によって上空の気温がぐんと下がり、その結果雪の種となる“氷晶”（ひょうしょう）がたくさんできるためと考えられます。

＜ドライアイスを用いる観察＞・ドライアイスを容器に入れると容器の内部は雪を溶かさないほどの十分な低温になると同時に、容器の中は炭酸ガスで満たされます。そのため雪結晶に水滴が付着することはありません。従ってかなり長い時間雪結晶を美しい状態に保つことが出来ます。

自然雪を入れて観察する“観察箱(左)”と顕微鏡写真撮影装置（右）3

・保冷ボックスの底にドライアイスを入れ、新聞紙をはさんでその上に黒い布（ビロード）をおき、そこに自然雪をとらえます。雪をとらえたら保冷ボックスにふたをして室内に持ち込み、目で形の良い結晶を探して、ピンセットで観察箱に移します。

雪採集箱の中の良い結晶をみつける

冷やしたピンセットで観察箱に移す

・このドライアイスを用いる方法は、温かい部屋でも結晶の観察が出来ます。下の写真は和泉村朝日の民宿で、夜に雪の顕微鏡観察を行っている様子です。右は自然雪結晶の顕微鏡写真です。

外は寒いが、部屋の中で顕微鏡観察がで美しい自然雪の顕微鏡写真

きる＜氷(雪)と塩を用いる方法＞
・ドライアイスを用いる方法はすぐれていますが、いくつかの欠点もあります。特に都市部以外ではドライアイスを手に入れるのは困難です。また、ドライアイスは長時間保存することはできません。これに対して、氷（雪）と塩をまぜればマイナス２０度の低温が4簡単に得られ、どこでも雪の顕微鏡観察ができます。この場合は断熱性の良い容器を用いる必要があります。
①雪をのせる紙を用意する
・下の写真のように青色工作用紙を直径４．５ｃｍぐらいの円に切ります。紙が水でぬれないようにアルミホイルで紙の下側をおおいます。

青 色 工 作 用紙 の
下 側 を ア ルミ ホルおおいます。

②ブラインを作る
・氷（雪）と塩を重さで、約７対３ぐらいの割合にはかり、小さいカップヌードルの容器に入れて良く混ぜブラインを作ります。ブラインに飽和食塩水を入れてブラインの表面をべとべとにして、紙とブラインの熱接触を良くします。青色工作用紙の表面の温度が下がればそこに降る雪をとらえて、サランラップでおおい、実体顕微鏡で観察します。

降る雪をここに乗せる

自然雪を溶かさず観察す

自然雪を観察するところる容器

・インスタント焼きそばの容器にブラインを入れ、その上に黒の布（ビロード、大きさ約１０ｃｍ角）をのせれば、より広い範囲の雪を一度に集められます。黒の布の裏には5

アルミホイルを両面テープではります。これで布にブラインの水がしみこむのを防ぎます。

インスタントやきそばの容器と黒い布

塩７０グラム、雪１６０グラム、飽和食塩水を用いる雪の採集・観察装置

３０ＣＣを混ぜてブラインを作る

黒い布の上の雪結晶（４０倍）
雪を捕獲（ほかく）したらサランラップをかけて輪ゴムでとめる

２．中谷博士の人工雪の実験
・雪の結晶は自然の美の象徴（しょうちょう）です。雪を人工的に作ることは 1936 年北海道大学の中谷宇吉郎博士によって世界で初めて行われました。その実験は、－30℃ 近くの低温室内に、長さ 1ｍほどのガラスの 2 重管を置き、ガラス管の下方から対流を用いて水蒸気を上方に送り、ガラス管の上部につるしたウサギの毛に人工雪が作られました。

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・この人工雪の研究により、雪の結晶の形が、温度や湿度によってきまることなどが明らかになりました。
・石川県、片山津温泉にある、「雪の科学館」では、中谷博士の雪の研究を紹介しています。

うさぎの毛水
低温室で人工雪を作っているところ
Snow Crystals, U. Nakaya, Harvard Univ. Press. より

中谷博士らが用いた人工雪を作る装置(Snow Crystals, ハ ー バ ード 大 学 出 版 、1954 年) より

３．氷と塩でできる低温を使って人工雪を作る
・これまで、教育現場で使用できるような簡単な人工雪生成装置はありませんでした。我々
は塩と氷を用いる簡単な装置で人工雪ができることを見出し、これを教材として利用することを試みています。
・雪は空気中の水蒸気が－15℃から－20℃付近の温度で集まって、昇華凝結（しょうかぎょうけつ）してできるものです。
・雪ができるためには、温度、湿度（水蒸気の量）、核（結晶の種）の３つの条件を整えれば低温室でなくても、人工的に作ることができます。

雪ができるための条件――＞温度

7･

湿度 ・ 核（種）水分子

水蒸気は水分子からなる

水分子

水分子が集まって雪の結晶ができる。
（上空では空気中のごみなどを核にして水分子が集まり、雪の結晶ができます）-15 度付近

・シャーベット状にくだいた氷に塩を約 7:3 の割合で混ぜ冷却材（れいきゃくざい）として用いると（これをブラインと言う）－20℃近くの安定した低温を作ることができ、それが人工雪生成に適した条件を与えてくれます。ブラインの上に基板をのせて、その上に人工雪を作ります。

＜人工雪生成装置＞
・広口魔法瓶（ひろくちまほうびん）の下の容器にブラインを入れることで、上の容器のブラインが長時間低温を維持でき。何度でも人工雪実験を繰り返すことができます。
実体顕微鏡
サーミスター温度計

照明 LED

綿棒
ガラスシャーレ
アルミケースに入れたプ
ラスチックの板（３ｍｍアクリルの上にはる）

ブライン

広口魔法瓶（まほうびん）を用いる新しい人工雪生成装置

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今回は、市販の実体顕微鏡を使用しなければならないという制約があり、人工雪を作る過程と、観察する過程を分離しました。

①．人工雪生成の容器を準備する
・人工雪生成に使用する容器はランチジャー用の広口魔法瓶（サーモス株式会社 JBA-1801,
内径１２ｃｍ、内側深さ１７ｃｍ)を使用しました。
・スチロールの板（７ｍｍ厚）からドーナツ状の円板を切り出して、それらを組み合わせて、水蒸気発生部を作ります。水蒸気発生部は魔法瓶の上に取り付けます。

スチロー
ルの板

綿棒の先端部を切断したもの

デジタル温度計（Narika T-144）

人工雪生成装置を作る材料
材料

大円板：外径１８ｃｍ、内径６．８ｃｍ

綿棒とりつけ台と水蒸気を送る筒小円板：外径１０ｃｍ、内径３ｃｍ(水蒸気発生部の骨組)・水蒸気発生部には８個の穴をあけ、８本の綿棒を取りつけます。
9温度センサー

温度表示

綿棒

綿棒

水蒸気発生部を上から見たところ。

水蒸気発生部を裏から見たところ、表面にアルミホイルをはっています。

・広口まほうびんの底にあらかじめ小さい氷（雪でもよい）と塩を７対３の割合でまぜて入れます。これで広口まほうびん全体の温度を下げます。
。

小さい氷と塩をまぜて、魔法瓶全体ブラインを入れた容器をのせるため、を低温に保つ。

ドーナツ状の台を入れる。

準備ができるまでスチロールのふたをして置きます。
今回はすでに用意してあります。

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②．基板（きばん）を作る（プラスティックの板、黒ビニールテープ、黒い紙の３種類を基板とする）
・水蒸気が冷やした基板の上に集まって雪結晶ができます。今回はプラスチックの他に、黒のビニールテープ、黒い紙の上にも人工雪を作ります。
基板の表面に指でさわらないで下さい。表面がよごれると雪ができにくくなります。！！

・雪の結晶ができるには“核”（かく）が必要です。プラスティックとビニールテープは静電気が関与していると思われます。プラスティックの上の紙をはがして下さい。そうすると強い静電気が発生します。
・紙は静電気を持っていませんが、紙の表面の細い毛が核となって人工雪が出来ると考えられます。
No.1

No.2

No.3

３種類の基板を使います。左から青プラスチック板(No.1)、黒のビニールテープ(No.2)、黒い紙(No.3)。これらの基板の上に人工雪を作ります。

③．かき氷(雪)と塩をまぜ、ブライン１を作る
・氷は通常（大気圧の中では）０℃ですが、塩と氷を混（ま）ぜるとマイナス２０℃ちかくまで温度が下がります。氷と塩を混ぜたものをブラインと言います。
・ブラインを作るために、かき氷(雪)と塩の重さの割合を約７対３とします。
・“電動氷かき機”に氷を入れてシャーベット状に細かくします。電動かき氷機の上の容器に11氷を入れて、ふたをかぶせた後、上から押し付けます。するとスイッチが入り、モーターが回転して氷が細かくシャーベット状にけずれて行きます。

氷を入れる

電動かき氷機

デジタルばかり雪があるときは、かき氷を作らなくても雪をかき氷としてそのまま使用できます。

・かき氷（雪）を１６０グラムはかり、塩を７０グラムはかります。それぞれ別の容器に入れます。
(注意：デジタルはかりは容器をのせたあと、ゼロをおすと容器の重さを引いて示します)。
・ジャンボラーメンの容器（ごつ盛り）に、かき氷１６０グラムと、塩７０グラム入れ良くかき混ぜます。この塩とこまかい氷(雪)を混ぜたものを“ブライン”といいます。

マイナス２０度

かき氷と塩をまぜ、次に飽和食塩

ブラインの温度をすばやく測定し、マイナ水を約３０ｃｃ加える

ス２０度になっていることを確認します。
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・ブラインがべとべとになるように飽和食塩水（溶けきれないほど塩をふくむ水）を(約３０ｃｃ)入れます。注射器（針がないもの）に目盛が付いている（５ｃｃ）ので、それで測って下さい。ブラインをべとべとにするのは、ケース（プラスチックシャーレ）とブラインの間で熱がよく伝わるようにするためです。水がなく、がさがさした乾（かわ）いたブラインの場合、氷とケースがふれる絶対面積が小さく、熱は伝わりにくいのです。（注：雪を作る基板は十分温度を低くしなければなりません）
・ここで、ブラインの温度を、デジタル温度計と非接触温度計ではかってみましょう。
Ｑ：ブラインの温度は何度でしたか？
デジタル温度計＝非接触温度計＝

・できたブラインを用意してある中カップラーメン容器の線の位置までに入れてください。
それを広口魔法瓶の底の台の上に置きます。

容器の青い線のところまでブラインを広口魔法瓶の中に入れる。

入れ、スプーンで表面を平らにする。

広口魔法瓶の中にブラインを入れて５分間程度待つ。

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④．ブライン１の上に基板をのせる
・②で用意した３個の丸いケースをブラインの上に乗せます。この時、ケースが少しブラインの中にめりこむ程度に上から押します。
・簡単な人工雪装置では、容器のふたをしたときにとじ込められた空気中の水蒸気が、基板の表面に集まり雪になります。従って、室内の温度・湿度が結晶生成に大きく影響します。室温が１５℃のときは、湿度６０％程度、室温が２０℃のときは、湿度４０％程度が適当です。
・部屋の室温・湿度を記入しましょう。

室温＝℃、湿度＝％・室内の湿度が高すぎるときは、基板をブラインにのせたあと、窒素（チッソ）ガス（中村理科、F35-1906 ）を流して容器の空気を一度追い出します。

湿度が高すぎるときは、チッソガスを流して、一度空気を追い出します。

①で準備した綿棒がつい

この温度を記録た水蒸気発生部を広口魔していく

法瓶の上にのせ、ゴムバンドで固定します。また、熱が入らないようにアルミホイルでおおいます。

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・魔法瓶に水蒸気発生部のふたをしてから、時間とともに温度の変化を記録しましょう。水
蒸気発生部に取り付けた温度センサーはブラインの表面から約１．５ｃｍ上にあります。

＜温度の変化＞ストップウッチで時間をはかります
時間１分

２分

３分

５分

１０分

１５分

２０分

２５分

３０分

温度

⑤．水を３回に分けて送る
・雪の結晶生成のためには、綿棒に水を与えて水蒸気を下方向に送る必要があります。魔法瓶のふたをしてから約２分後に、注射器の針を使って８本の綿棒にそれぞれ約２滴ずつの水を与えて下さい。水温は約２０度とします（注：お湯と水をまぜて２０度近くにする）。
・さらに１０分たつたら、各綿棒に３滴の水を送ります。第２回目の水を送ってから、約１０～１５分後に No.1 を取り出して顕微鏡観察します。

温度表示

注射器の針から水滴を出し、綿棒に水を与える。

注意：

注射器の針に気をつけること！！

⑥．ブライン２を作る
・今回の実験では、人工雪を作る過程と、それを観察する過程を分離しています。
結晶が成長するのを待つ時間を利用して、顕微鏡観察用のブライン２を作って置きます。
③と同じように、かき氷１６０グラム、塩７０グラムをはかり、飽和食塩水を約３０ｃ15加えてブライン２を作ります。

容器に目印の青い線が入っていますので、そのレベルまでブラインを入れます。
（容器の上から２．５ｃｍの位置に線があります）。

ブライン２は２個作ります。入れる容器は、１つは“わかめラーメン”の容器、もう１つは“かき氷”の容器（これはプチプチが巻いてある）です。

・かき氷の容器の上部にある４つの穴に綿棒をさしこんで下さい。このとき、めん棒の太い方を外側にします（ぬけてブラインの上に落ちないように）。容器にサランラップをかぶせて輪ゴムで止めます。さらにアルミホイルでおおって置きます。

ブラインを入れたらサランラッ

容器に熱が入らないようにアルプでおおう。

ミホイルでおおう。

⑦．雪結晶の顕微鏡観察
・ブラインの上にプラスチィックケースをのせてから約２０～２５分経過したところで（第２回目の水を送ってから約１０分後）、長いピンセットを使い魔法瓶の中から、まず青のプラスチィック板が入っているケース(No.1)を取り出し、すぐにブライン２の上に16（プチプチが巻いて綿棒のついた観察容器）乗せ、結晶が溶けないようにします。
まほうびんのふたの部分は大きくあけないようにすぐに閉じて下さい。大きくあけると温かい空気が入ってしまいます。閉じたらすぐに、また綿棒に水を２滴づつ与えて下さい。これが３回目の水となります。

長いピンセットでプラスチィック

すばやく観察用のブライン２が入った容器にケースをつまみ上げる。

入れ、再びサランラップでおおいます。

顕微鏡の下に容器を置き LED で照らして顕微鏡観察をする。

青いプラスチックの上に出来た人工雪

綿棒に水を送って成長が進んだ結晶
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・青いプラスティックの入っているケース(No.1) は、綿棒の付いている容器に入れて、時間とともに結晶の変化を観察します。４本の綿棒に注射器の針ですこしずつ（２滴ずつ）水を送って下さい。
・広口魔法瓶に３回目の水を送ってからさらに１５分経過したところで、黒のビニールテープを入れたケース(No.2) を取り出しもう１つのブライン２の上に乗せます。

黒いビニールテープの上にできた人工雪；左側は完全な６角形。これは“角板”と呼ばれる雪結晶の基本形です。右側は非対称であるが面白い結晶です。

・青いプラスティックの結晶を十分観察したら、それを取り出し、そこに魔法瓶の中で最後に残っていた黒い紙がはってあるケース(No.3)をのせます。紙の上には比較的対称性の良い結晶が見られます。

黒い紙の上にできた人工雪；左の写真は対称性の良い星状の結晶
顕微鏡がなくても、１５倍程度のルーペを使って雪の結晶を観察することができますので、自分でも挑戦してください！！
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