〈〉コンクリートつららの分布とその生成過程の研究にシミュレーション、観察をしてコンクリー
1 研究の動機
トつららが生成される過程を調べる。状況
新築されて間もない（完成後５年目）本校校舎（環境）を変え、より早くつららが作られるよの庇や外階段の天井などに、まるで鐘乳石のよううにする。
なつらら状のもの（図１、以下コンクリートつららとする）を数多く発見し大変驚いた。そして、その下は、他のコンクリートと色が変わっており、 3 本校校舎におけるコンクリートつららの分布・状態
天井のつららには細い線状の白い跡が繋がっていた。このような状況がどのようにしてできたのか、 〈コンクリートつららの分布〉
本校校舎のコンクリートつららの分布を次ペー今後どうなってしまうのかを知るために、なぜコジの校舎平面図に表した。その結果、一階が100ヵ
ンクリートつららができるのか、その生成過程を所と最も多かった。また、他の場所に比べて南校調べていきたい、そう思いこの研究を始めた。
舎に多くのつららが見つかった。
コンクリートつららは、橋の下や校舎などの建物によく姿を見ることがある。本校校舎のコンク 〈コンクリートつららの状態〉
コンクリートつららの状態を図2のように3段階
リートつららの分布や状況を調べることにより、のABCとして次ページの図の分布場所に同時に記コンクリートつららの成因を探り、今後のコンク載した。
リート建造物に対する影響を防ぐ方法を考える。
図1

図2

2 研究方法（1）本校校舎のコンクリートつららの分布と状況を１つ１つ双眼鏡で観察し、スケッチで記録する。特にコンクリートつららが多いところはデジタルカメラで記録する。そして、そのデータを校舎平面図に各階ごとつららの状態を3つに分類し、その場所を丸数字で表す。
（2）コンクリートつららのできる状況を炭酸カルシウム、二酸化炭素、水などを用いて実際

コンクリートつららは直径が 3 mm〜12mm、高さが 2 mm〜18mmと、ものによって大きさに非常に差がある。しかし、コンクリートつららはとてももろく、さわった瞬間に崩れてしまうことが多い。鍾乳洞の中と違って外は風があるため、あまり長く（20mm以上）はならないものと考えられる。

─ 112 ── 113 ─〈〉コンクリートつららの分布とその生成過程の研究
静岡県立島田工業高等学校
２年

杉村竜也にシミュレーション、観察をしてコンクリー
1 研究の動機
トつららが生成される過程を調べる。状況
新築されて間もない（完成後５年目）本校校舎（環境）を変え、より早くつららが作られるよの庇や外階段の天井などに、まるで鐘乳石のよううにする。
なつらら状のもの（図１、以下コンクリートつららとする）を数多く発見し大変驚いた。そして、その下は、他のコンクリートと色が変わっており、 3 本校校舎におけるコンクリートつららの分布・状態
天井のつららには細い線状の白い跡が繋がっていた。このような状況がどのようにしてできたのか、 〈コンクリートつららの分布〉
本校校舎のコンクリートつららの分布を次ペー
今後どうなってしまうのかを知るために、なぜコジの校舎平面図に表した。その結果、一階が100ヵンクリートつららができるのか、その生成過程を所と最も多かった。また、他の場所に比べて南校調べていきたい、そう思いこの研究を始めた。
舎に多くのつららが見つかった。
コンクリートつららは、橋の下や校舎などの建物によく姿を見ることがある。本校校舎のコンク 〈コンクリートつららの状態〉
コンクリートつららの状態を図2のように3段階
リートつららの分布や状況を調べることにより、のABCとして次ページの図の分布場所に同時に記
コンクリートつららの成因を探り、今後のコンク載した。
リート建造物に対する影響を防ぐ方法を考える。
図1

図2

2 研究方法（1）本校校舎のコンクリートつららの分布と状況を１つ１つ双眼鏡で観察し、スケッチで記録する。特にコンクリートつららが多いところはデジタルカメラで記録する。そして、そのデータを校舎平面図に各階ごとつららの状態を3つに分類し、その場所を丸数字で表す。
（2）コンクリートつららのできる状況を炭酸カルシウム、二酸化炭素、水などを用いて実際

コンクリートつららは直径が 3 mm〜12mm、高さが 2 mm〜18mmと、ものによって大きさに非常に差がある。しかし、コンクリートつららはとてももろく、さわった瞬間に崩れてしまうことが多い。鍾乳洞の中と違って外は風があるため、あまり長く（20mm以上）はならないものと考えられる。

─ 112 ── 113 ─

平らだと、天井の細い岩の割れ目から染み出る水は、水滴となってしばらくの間同じ場所に留まる。
その間に、水滴の表面から二酸化炭素を放出してその表面に薄い炭酸カルシウムの膜（結晶）ができる。水滴が大きくなると水はその膜を破って下に落ちるが、残った炭酸カルシウムの膜は、天井に付着した水滴と同じ直径の輪を作る。一回の量は微量だが、何万回、何十万回と繰り返すうちにだんだんと長さを増していく。これが鐘乳石である。鐘乳石は、一年間に１〜１／４mm、１cmのびるのに10年もかかる。下に鐘乳石ができる原理を、化学反応式で表す。

図3

図4

図３はコンクリートつららの最も一般的な形の一つを写したものだ。つららは窓（図左側）から離れているものほど大きく、形ができている。つららは必ず白いすじの線状にあり、シミが濃いところ程、大きなつららになっている。
図４は図３の中に写っているつららの中で最も大きなつららを拡大したものだ。直径は5mm、高さはおよそ16mmある。つららは、庇（ひさし）にくっついている部分から下に行けばいく程、直径が小さくなっている。つららはもろく、触るとすぐに壊れてしまった。

4 コンクリートつららのでき方
コンクリートつららは主に鍾乳石と同じ物質で構成されていると思われる。したがって、生成過程も同じではないかと考えられる。
〈鍾乳石のでき方〉
地下水系の発達した石灰岩地域では、二酸化炭素を含んだ地下水の作用により、大小の洞穴が生じることがある。このような穴を鍾乳洞という。
鍾乳洞の中では、二酸化炭素を含む水が石灰岩の割れ目に入り、染み込み、そして石灰岩を溶かして洞穴の割れ目から出てくる。このとき天井がこの様にして鐘乳石は生成される。
〈コンクリートつららのでき方〉コンクリートつららの場合には、鐘乳石での石灰岩にあたるものが、コンクリート（主成分は石灰岩と同じ炭酸カルシウム）でできている壁や庇、二酸化炭素を含んだ水にあたるのが、空気中の窒素や二酸化炭素を含んだ雨と考えられる。こういった状況の相似からもコンクリートつららが鐘乳石と同様の反応をし、同じ生成過程だということが十分に考えられる。

5

実験・結果
４で表した化学反応式は可逆反応なので左辺→右辺、逆に左辺←右辺というようにどちらにも動かすことができる。自然界で生成される鐘乳石の反応はまさにこの通り、正反応と逆反応を起こして生成されている。しかし実験では最初の段階（炭酸カルシウム＋二酸化炭素＋水素→炭酸水素カルシウム）から行うことは時間がかかる上、しっかりと炭酸カルシウムが溶け込んでいるかなど非常に曖昧な要素が多いので、可逆反応という特性を生かし、正反応をやらずに逆反応から始めた。
〈実験方法〉（1）逆反応から始めるので炭酸水素カルシウムをつくる。これはビーカーに水を入れ、二酸化炭素を注入したうえでチョーク（炭酸カル─ 114 ─図7シウム）を削って加えたもので、ビーカーの底に沈澱するくらい炭酸カルシウムを加え、その後ロートを使いろ過したものなので極めて飽和状態に近い濃度だったと考えられる。
（2）注射器と白熱球を用意し、注射器の中に炭酸水素カルシウム水溶液をいれ、それを白熱球の上にスタンドを使って固定する（図5参照）。さらに注射器の先に、内側に炭酸カルシウムを付着させたガラス管を装着する（図6参照）。

表 生成実験の観察記録
図5

図6

〈経過〉
実験は白熱球から発せられる熱によってガラス管の先に留まっている水滴の水分を飛ばそうと考えたものだ。しかし、予想外にガラス管が外れてしまったので、注射器の先に直接水滴を付着させることにした。
〈結果〉
実験は６日、のべ41時間おこなった。落ちた水滴の数は183滴だった（表参照）。実験開始から約34時間（水滴約150滴）目に、注射器の水滴のでるところの側面に一つ、二つと白い小麦粉のようなものが付着するのを確認した（図７参照、注射器の先から５分の２での部分が他に比べ色がこいのがわかる）。さらに実験終了後注射器の同じ部分を凝視してみると、白い粉が斑のようにくっついていた。しかし、校舎についているような、明らかにつららだと確認できるものはなかった。

5 考察〈生成実験の結果、注射器に付着した白いものは、本当に炭酸カルシウムだったのか〉
注射器は事前に水洗いをし、問題の部分（白いものが付着した部分）も何度も水を通し何もついていないことを確認した。その上で中に入れたものは炭酸水素カルシウム水溶液だけだったので、状況からして白いものが炭酸カルシウムであった可能性は極めて高いといえる。
〈鐘乳石とコンクリートつららの違い〉
４章の冒頭で「コンクリートつららは主に鍾乳石と同じ物質で構成されていると思われる。したがって、生成過程も同じではないかと考えられる」と書いたが、今のところ一つだけ矛盾がある。それは鐘乳石とコンクリートつららの生成過程の速度の違いだ。知っての通り鐘乳石は年間１mm前後という極めてゆっくりと作られていくものである。
しかし、コンクリートつららのできている本校校舎は、建てられてからわずか5年しか経っていないのである。さらに、ものによっては一ヶ月でつららとして肉眼で確認できるものもあるほどだ。このようにコンクリートつららの成長速度は鐘乳石のそれと比べて異様なまでに速い。同じ物質で構成されているもので、これほどまでに速度に差が─ 115 ─

平らだと、天井の細い岩の割れ目から染み出る水は、水滴となってしばらくの間同じ場所に留まる。
その間に、水滴の表面から二酸化炭素を放出してその表面に薄い炭酸カルシウムの膜（結晶）ができる。水滴が大きくなると水はその膜を破って下に落ちるが、残った炭酸カルシウムの膜は、天井に付着した水滴と同じ直径の輪を作る。一回の量は微量だが、何万回、何十万回と繰り返すうちにだんだんと長さを増していく。これが鐘乳石である。鐘乳石は、一年間に１〜１／４mm、１cmのびるのに10年もかかる。下に鐘乳石ができる原理を、化学反応式で表す。

図3

図4

図３はコンクリートつららの最も一般的な形の一つを写したものだ。つららは窓（図左側）から離れているものほど大きく、形ができている。つららは必ず白いすじの線状にあり、シミが濃いところ程、大きなつららになっている。
図４は図３の中に写っているつららの中で最も大きなつららを拡大したものだ。直径は5mm、高さはおよそ16mmある。つららは、庇（ひさし）にくっついている部分から下に行けばいく程、直径が小さくなっている。つららはもろく、触るとすぐに壊れてしまった。

4 コンクリートつららのでき方
コンクリートつららは主に鍾乳石と同じ物質で構成されていると思われる。したがって、生成過程も同じではないかと考えられる。
〈鍾乳石のでき方〉
地下水系の発達した石灰岩地域では、二酸化炭素を含んだ地下水の作用により、大小の洞穴が生じることがある。このような穴を鍾乳洞という。
鍾乳洞の中では、二酸化炭素を含む水が石灰岩の割れ目に入り、染み込み、そして石灰岩を溶かして洞穴の割れ目から出てくる。このとき天井がこの様にして鐘乳石は生成される。
〈コンクリートつららのでき方〉
コンクリートつららの場合には、鐘乳石での石灰岩にあたるものが、コンクリート（主成分は石灰岩と同じ炭酸カルシウム）でできている壁や庇、二酸化炭素を含んだ水にあたるのが、空気中の窒素や二酸化炭素を含んだ雨と考えられる。こういった状況の相似からもコンクリートつららが鐘乳石と同様の反応をし、同じ生成過程だということが十分に考えられる。

5

実験・結果
４で表した化学反応式は可逆反応なので左辺→右辺、逆に左辺←右辺というようにどちらにも動かすことができる。自然界で生成される鐘乳石の反応はまさにこの通り、正反応と逆反応を起こして生成されている。しかし実験では最初の段階（炭酸カルシウム＋二酸化炭素＋水素→炭酸水素カルシウム）から行うことは時間がかかる上、しっかりと炭酸カルシウムが溶け込んでいるかなど非常に曖昧な要素が多いので、可逆反応という特性を生かし、正反応をやらずに逆反応から始めた。
〈実験方法〉（1）逆反応から始めるので炭酸水素カルシウムをつくる。これはビーカーに水を入れ、二酸化炭素を注入したうえでチョーク（炭酸カル─ 114 ─

図7シウム）を削って加えたもので、ビーカーの底に沈澱するくらい炭酸カルシウムを加え、その後ロートを使いろ過したものなので極めて飽和状態に近い濃度だったと考えられる。
（2）注射器と白熱球を用意し、注射器の中に炭酸水素カルシウム水溶液をいれ、それを白熱球の上にスタンドを使って固定する（図5参照）。さらに注射器の先に、内側に炭酸カルシウムを付着させたガラス管を装着する（図6参照）。

表 生成実験の観察記録
図5

図6〈経過〉
実験は白熱球から発せられる熱によってガラス管の先に留まっている水滴の水分を飛ばそうと考えたものだ。しかし、予想外にガラス管が外れてしまったので、注射器の先に直接水滴を付着させることにした。
〈結果〉
実験は６日、のべ41時間おこなった。落ちた水滴の数は183滴だった（表参照）。実験開始から約34時間（水滴約150滴）目に、注射器の水滴のでるところの側面に一つ、二つと白い小麦粉のようなものが付着するのを確認した（図７参照、注射器の先から５分の２での部分が他に比べ色がこいのがわかる）。さらに実験終了後注射器の同じ部分を凝視してみると、白い粉が斑のようにくっついていた。しかし、校舎についているような、明らかにつららだと確認できるものはなかった。

5 考察〈生成実験の結果、注射器に付着した白いものは、本当に炭酸カルシウムだったのか〉
注射器は事前に水洗いをし、問題の部分（白いものが付着した部分）も何度も水を通し何もついていないことを確認した。その上で中に入れたものは炭酸水素カルシウム水溶液だけだったので、状況からして白いものが炭酸カルシウムであった可能性は極めて高いといえる。
〈鐘乳石とコンクリートつららの違い〉
４章の冒頭で「コンクリートつららは主に鍾乳石と同じ物質で構成されていると思われる。したがって、生成過程も同じではないかと考えられる」と書いたが、今のところ一つだけ矛盾がある。それは鐘乳石とコンクリートつららの生成過程の速度の違いだ。知っての通り鐘乳石は年間１mm前後という極めてゆっくりと作られていくものである。
しかし、コンクリートつららのできている本校校舎は、建てられてからわずか5年しか経っていないのである。さらに、ものによっては一ヶ月でつららとして肉眼で確認できるものもあるほどだ。このようにコンクリートつららの成長速度は鐘乳石のそれと比べて異様なまでに速い。同じ物質で構成されているもので、これほどまでに速度に差が─ 115 ─

生まれるであろうか。ここで、二つの仮説を立てた。
−仮説１ つららを取り巻く周辺環境の違い−
鐘乳石とコンクリートつららは構成されている物質は同じだが、つららの生成される周りの環境というのは決して同じであるとはいえない、まず鐘乳石のできる環境というのは、すなわち鍾乳洞の環境ということだ。鍾乳洞の中は湿度が高く、一年を通して内部の気温が高くなることもない。
また、内部は風もあまり通らないので、二酸化炭素や水分が飛びやすい環境とはいえない。一方、コンクリートつららのできる環境は、極めて外気によく触れる環境にある。湿度や気温、風の強弱といったものはその日その日で大きく変化する。
したがって一概につららが生成されやすい環境とはいえないが、特に晴れた風のある日は大気も乾燥しており、水分や二酸化炭素は比較的飛びやすい。この様に周辺環境の違いにより、つららの生成速度に差が出るものと考える。
−仮説２ つららに含まれる物質の違い−
これは、あくまでも仮説にすぎないが、実は、鐘乳石に含まれる物質とコンクリートつららに含まれている物質には違いがあるのではないかというものだ。実験ではあくまで理論に基づき純粋に炭酸水素カルシウムをつくって、それを逆反応によって炭酸カルシウムに戻しつららを作るものだ。
しかし、コンクリートつららのできるコンクリー
トには他にもいくつかの物質が含まれている。これらの物質は一般的に炭酸カルシウムのように酸性の水（二酸化炭素を含む水）には溶け込まないと考えられているので、実験においては除外していた。しかし実際にはこれらの物質が含まれている可能性が高いと思う。根拠としては一つはコン
クリートつららの生成速度を仮説１では説明しにくいこと、もう一つは実験で作る炭酸カルシウムに比べてコンクリートつららは白色が濃いことだ。
〈コンクリートつららの周りに広がる白いすじ〉
１章では「細い線状の白い跡」と表現したのだ
が、この白いすじはどのようにしてできたものなのか。ここで一つの特徴的な例から考えてみた（図８、図９参照）。これは本校校舎の外階段の写真だが、四階にあるひび割れ（図８、肉眼でもうっすらと確認できる程度なので写真にはうまく写すことができなかったが、写真中央から下に向かいひびがある）とほぼ同じラインで、真下の三階の天井に白いすじがあった。このことから、白いすじは周りからではなくひび割れから直接水が染み込んで、それが下に溶け出してできたのだと考えられる。
※現在、これらの仮説を立証できるよう実験を検討中である。

─ 116 ─〈〉13

静岡平野の海陸風と大気環境
静岡県立静岡中央高等学校地学部
研究代表者

３年

森研究協力者３年

大 槻 公 二 郎・ 高 本 泰 宏

２年

渡 辺 美 紀・ 稲 森 あ ゆ 美

図8

図9

大 地

１．研究の動機と平成14年度までの研究経過
３．平成15年度の研究の目的
海陸風とは、沿岸地域で、昼は海から陸へ、夜今までの研究経過を踏まえて、目的を次の通り
は陸から海へ、一日を周期として規則正しく吹くとした。
風である。新静岡市（平成15年度に旧静岡市及び （1）平成14年度までに、静岡県から５年間分のデ旧清水市が合併した）の市街地の広がる静岡平野ータを提供していただき解析を終了していたが、は、駿河湾沿岸に位置しているため、海陸風が吹風向風速の平均値が定まりにくい地点があった
いている。身近な地域の風の規則性に興味を持っため、引き続き、さらに５年間分のデータを解た我々は、平成11年度から研究を行っている。
析することとした。合計10年間分のデータを解
平成14年度までに、静岡市内に静岡県が大気汚析し、風の変化傾向の規則性を、より詳細に検染監視を目的として設置した観測点の、1992年4月討したいと考えた。
から1997年3月までの風向風速データを用いて解析 （2）平成14年度には、桜の開花状況を調べ、旧静を行い、徹夜で風を観測した。その結果、静岡平
岡市中心市街地のヒートアイランド現象を予測
野の海陸風の入れ替わり時刻は日の出・日の入りしたが、平成15年度も再度、桜の開花状況調査の時刻に応じて変化することと、風向は丘陵を避を行い、明らかにしたいと考えた。
け、安倍川や藁科川などの谷に沿って移動するこ （3）我々は、研究の過程で、海陸風が周辺の大気とがわかった。また、解析の過程で、旧静岡市中環境に与える影響に興味を持つようになった。
心市街地ではヒートアイランド現象が予想された。
都心部では、海陸風により、汚染大気が運ばれそこで、桜の開花状況からヒートアイランド現象て問題になっていることを文献調査で知った。
が発生しているかどうかがわかるのではないかと静岡市でも、年間を通じて規則正しく海陸風が、考えて予察的に調べた。
中心市街地の大気汚染物質を運んでいるのでは
２．研究対象地域ないかと考えた。大気汚染を調べる方法として、研究対象地域は、旧静岡市と旧清水市の、中心「生物ⅠＡ」の教科書に、松の気孔に、自動車の市街地のある静岡平野である。
排気ガスに含まれる粒子状物質がつまることがある、と書かれていた。静岡平野の民家等にある松の葉を採集し、気孔を調べ、自動車からの浮遊粒子状物質を海陸風が運搬しているかどうかを明らかにしたいと考えた。
４．方法（1）平成14年度までに、静岡県から提供を受けた
1992年４月から1997年３月までの風向風速デー
タを用いて解析を行っていた。これに加えて、1990年１月〜1992年３月及び1997年４月〜1999
図１．研究対象地域
年12月までの晴れの日の風向風速データを提供☆印は静岡県からデータ提供を受けた地点（服部小学校・籠上していただいた。これらを、日の出・日の入り
中学校・静岡中央測定局・千代田小学校・長田南中学校・中田
季節別に2〜4月・5〜7月・8〜10月、および11取水場・清水神明・清水六中学校・庵原中学校・興津北公園・（旧）清水市役所・三保第一小学校・老人福祉センター）〜12月と1月の４つの時期別に分け、パソコンソ◎印は駿府城

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