雲のでき方 ── 雲は水じょう気ではなく、水のつぶ

まず、見えているものは全部「水」

やかんでお湯をわかしたときのことを思い出してください。口のすぐそばは、じつは何も見えません。すきとおっています。そこから少しはなれたところで、はじめて白いもやもやが出てきます。あの白いものを、ふつう「湯気」と呼びます。

口のすぐそばにあって見えていないもの、これが水じょう気です。水が気体になったすがたで、空気と同じようにすきとおっていて、目には見えません。そこから少しはなれて空気に冷やされると、気体でいられなくなって、小さな小さな水のつぶにもどります。つぶになったとたん、光をはね返すので白く見えるようになります。

つまり、こうです。

雲も、このまん中の段にいます。雲は、空にうかんだ、とても小さな水のつぶ（や氷のつぶ）の集まりです。1つのつぶの大きさは、髪の毛の太さの十分の一よりもっと小さいくらい。だから風にのってうかんでいられます。

空気は、水をかくして持っている

ここで一つ、だいじな考え方があります。空気の中には、いつも目に見えない水じょう気がふくまれている、ということです。晴れた日の教室の空気にも、洗たく物がかわいた分の水が、見えない形で入っています。

ただし、空気がかくして持てる水の量には上限（じょうげん）があります。そして、この上限はあたたかい空気ほど大きく、つめたい空気ほど小さいのです。コップに入る砂の量のようなもので、あたたかい空気は大きなコップ、つめたい空気は小さなコップだと思ってください。

この表を見ると、温度が10℃下がるだけで、持てる量がほぼ半分になっていくのが分かります。ここが雲のできる理由の中心です。

たとえば、20℃の空気が13gの水をかくして持っているとします。上限は17gなので、まだ余裕があり、何も見えません。ところが、この空気が10℃まで冷やされたらどうなるでしょう。10℃の上限は約9gですから、13g − 9g ＝ 4gの分は、もうかくしていられません。行き場をなくした4g分が、水のつぶになって出てきます。これが白く見えるのです。

このように、冷やされていって「もうかくしていられない」ぎりぎりの温度のことを露点（ろてん）といいます。小学校では名前まで覚えなくてもかまいませんが、「冷やすと出てくる」「どこまで冷やすと出てくるかは、はじめに持っていた水の量で決まる」という2つは、そのまま中学につながります。

コップの外側の水は、どこから来たのか

夏に、つめたい麦茶を入れたコップを置いておくと、外側にびっしり水てきがつきます。これを「コップから水がしみ出した」と考える子は、じつはとても多いです。でも、コップにあながあいていないことは自分でも分かっているので、そこでもやもやが残ります。

答えは、いまの話のとおりです。コップのまわりの空気が、つめたいコップにふれて急に冷やされ、かくしていられなくなった水が出てきたのです。水はコップの中からではなく、部屋の空気の中から来ています。これを結露（けつろ）といいます。冬の朝に窓ガラスがくもるのも、まったく同じことです。部屋のあたたかい空気が、外の寒さで冷えたガラスにふれて冷やされています。

そして、ここがこの記事のいちばん言いたいところです。コップの水てきと、空にうかぶ雲は、同じ現象です。ちがうのは「何によって冷やされたか」だけ。コップの場合はつめたいガラスにふれて冷やされました。では空の場合、何が空気を冷やしているのでしょうか。

空気は、上に行くほど冷える

空には、冷やしてくれるコップはありません。そのかわり、空気そのものが上に行くほど冷たくなるという性質を使います。高い山にのぼると夏でも寒いのは、このためです。だいたい100m上がるごとに0.6℃ほど下がっていきます。1000mで6℃、3000mで18℃も下がる計算です。

地面はお日さまにあたためられます。あたためられた空気は軽くなって、上へのぼっていきます。のぼるにつれてまわりが冷たくなるので、その空気もどんどん冷えていきます。そしてある高さまで来たところで、ついに「もうかくしていられない」温度に届きます。その高さから上が、白い雲になるのです。

夏の空に見える大きな入道雲の底が、どれも同じくらいの高さでそろって平らに見えることがあります。あれは偶然ではありません。同じ空気からできた雲なので、「かくしていられなくなる高さ」が同じだからです。空を見上げて、雲の底がそろっていることに気づけたら、この単元はもう分かっています。

きり・飛行機雲も、同じしくみ

しくみが一つだと分かると、いろいろな現象が一列につながります。

• きり…… 地面のすぐ上にできた雲のこと。夜のあいだに地面が冷え、そのすぐ上の空気が冷やされて水のつぶになったものです。高いところにあれば雲、地面にくっついていればきり。中身は同じです。
• 飛行機雲…… 飛行機のエンジンからは、燃えたあとの水じょう気が出ます。上空はマイナス数十℃という寒さなので、出たとたんに冷やされて水や氷のつぶになります。すぐ消える日と長く残る日があるのは、まわりの空気がもともと水をどれだけ持っていたかがちがうからです。長く残る日は、空気が水をたくさん持っている＝天気がくずれやすい日、という目安にもなります。
• 息が白くなる…… 冬の朝だけ白くなるのは、はき出した息の中の水じょう気が、外の冷たい空気に冷やされてつぶになるからです。夏に白くならないのは、外の空気があたたかく、まだかくしておける余裕があるからです。
• おふろの湯気…… 冬のおふろ場でよく見えて、夏にあまり見えないのも同じ理由です。

ぜんぶ「見えない水じょう気が、冷やされて、見える水のつぶになった」という一行で説明できます。

つまずきやすいところ

• 「雲は水じょう気でできている」と答えてしまう…… テストでよく×になるところです。水じょう気は見えない、と自分に言いきかせてください。見えている白いものは、すでに水（または氷）のつぶです。
• 湯気を気体だと思っている…… 白く見えている時点で液体です。気体なのは、やかんの口のすぐそばの、何も見えない部分のほうです。
• コップの水が、中からしみ出したと思っている…… 外の空気から出てきた水です。たしかめたいときは、コップにふたをして中の水がへっていないことを見ればすぐ分かります。
• 雲が「うかんでいる」のがふしぎで止まってしまう…… つぶが小さいことと、下から空気がのぼり続けていることの両方がはたらいています。つぶが大きくなって支えきれなくなると、落ちてきます。それが雨です。
• 雲の名前だけ覚えて終わってしまう…… 名前は、できる高さと、上向きの空気の強さのちがいから生まれます。名前より先に「どう冷やされたか」を思い出すと、順番に思い出せます。

やってみよう

• つめたい水を入れたコップと、常温の水を入れたコップを並べて10分置き、外側のようすを見くらべる。つめたい方だけに水てきがつくことをたしかめる。
• 水てきがついたコップの重さを、置く前と後ではかり、ふえていることを記録する（外の空気から水が来た証拠になる）。
• 晴れた日の空をカメラで撮り、雲の底の高さがそろっているかどうかを見る。くもりの日とくらべてみる。
• 飛行機雲を見つけた日に、消えるまでの時間をはかって記録する。次の日の天気といっしょに1か月分ならべて、関係があるか調べる。
• 冬の朝、外と部屋の中で息をはいてみて、白くなる／ならないを記録する。そのときの気温もいっしょにメモしておく。

まとめ

• 雲は水じょう気ではない。とても小さな水のつぶ（や氷のつぶ）の集まり。
• 水じょう気は気体で、目に見えない。白く見えたら、もう液体になっている。
• 空気は、見えない水じょう気をかくして持っている。持てる量には上限がある。
• 上限は、あたたかい空気ほど大きく、つめたい空気ほど小さい。
• 冷やされて上限をこえた分が、水のつぶになって出てくる。これが結露。
• 空気は上へ行くほど冷える（およそ100mで0.6℃）。だから決まった高さから雲になる。
• 入道雲の底がそろって見えるのは、雲になる高さが同じだから。
• きり・湯気・飛行機雲・白い息・窓のくもりは、すべて同じしくみ。