風穴を調べる

　 　　　　〜　その現状の調査と成因の一考察　〜

１．研究の動機

２．風穴の調査

３．強清水（こわしみず）の調査

４．仮説その１（水が熱を奪う。）

５．仮説その２（水が水蒸気になるときの気化熱が熱を奪う。）

６．仮説その３（風穴の下が雪室や氷室のようになっているのではないか。）

７．氷がどのくらいで溶けるか確かめる実験

８．考察

９．研究の感想と今後の課題

１．研究の動機

　南陽市金山地区の山中に、「風穴」と呼ばれる夏でも冷気を吹き出している場所があると聞いた。その現状を調べ、その成因を予想し、実験室内で作り出してみたいと思った。

２．風穴の調査

　まずは、南陽市史に出ている風穴を調べることにした。

• 　調査年月日　　１９９８年　９月　５日（土）　

　　　　　　　　　午前１１時００分から午前１１時３０分

• 　気温　　２２．０℃（車を降りたところの気温）

• 　風穴の場所

　県道５号線（山形−南陽線）板宮より西の山に約２．６ｋｍ入る（ここまでは、車で行ける。）。車を降り、南南西に徒歩で１０分ほど歩くと、風穴に至る。

• 　風穴の現状

　風穴のあるところは、窪地になっており、まわりは杉に囲まれている。そのために、日当りは悪く、風も吹いていない。

　風穴の北側には石垣があり、南陽市史に出ていたように石室があったことをしのばせる。石垣をぬけると、石が積まれて窪地になった風穴が２ケ所ある。ひとつひとつの直径は、約３ｍほどである。温度計を石垣や風穴の石の間に差し込んでみたところ、以下のようになった。

　ａ １２．０℃　　　ｂ　９．０℃　　　ｃ １５．０℃　　　ｄ　６．０℃

　ｅ　４．５℃　　　ｆ 　７．３℃　　　ｇ　 ４．８℃　　　ｈ　８．０℃

　特にｅでは、ひじまで石のすき間に手を入れて温度を測ってみた。すると、温度を測定していると足が冷たくなってきた。また、９月の上旬なのにセミの声が全然聞こえない。　

風穴を上から見たところ	風穴を横から見たところ

　ａとｃは、図のように、石垣のすき間の温度である。これからもわかるように、石垣自体はそれほど冷えていない。風穴内は、全部１０．０℃を下まわっている。特に、ｅの４．５℃というのには驚かされた。車を止めたところの気温より、１７．５℃も低いことになる。

風穴の石垣	風穴の穴

３．強清水（こわしみず）の調査

　風穴の調査をしている頃、金山地区には「七清水」といって非常に冷たい清水が出ているという話を聞いた。そこで、金山公民館の東海林昇氏より七清水の資料をいただいた。その中でも、風穴に一番近い強清水の内容には驚かされた。外気温が３５℃の時、吉野川の水温が２２℃なのに、強清水の温度がなんと６℃なのである。しかも、たぶん大鷹山の風穴と関係があるということである。これに注目し、強清水を調査してみた。

• 　調査年月日　　１９９８年　９月１０日（木）　

　　　　　　　　　午前１１時００分から午前１１時３０分

• 　気温　　２５．０℃（車を降りたところの気温）

• 　強清水の場所

　県道５号線（山形−南陽線）の金山地区の原橋から南西に１００ｍほど歩き、吉野川の右岸に渡るとほどなく強清水に至る。風穴から直線距離で７５０ｍである。また、風穴は窪地で風穴と強清水の間は、それほど深くはないけれども沢になっている

• 　強清水の現状

　強清水は、角レキ岩のすき間から吹き出るように流れ出している。清水の周辺の水温は以下のようであった。

• 吉野川　・・・・・・・・・・・・・　水温１７．０℃

• 清水の下の水を飲むところ　・・・・　水温　９．０℃

• 清水の水源では　・・・・・・・・・　水温　８．５℃

　清水の下の水を飲むところで水の中に手を入れてみたところ、冷たくて８人のうち４人が１分間も我慢できなかった。

　山口利美氏の話では、「今年は雨が多いので、清水の水温がいつもの年よりは高い」「家にパイプで水を引っ張って来る頃には、１１℃ぐらいになる」ということであった。

４．仮説その１（水が熱を奪う。）

　最初は、地下水の流れが温度が低くて、奪っていくのではないかと考えた。しかし、地下水の一般的な温度は１４℃〜１６℃といわれているので、その地下水がまわりから熱を奪い４．５℃の気温をつくることは考えられない。熱は、高い方から冷たい方に移動するからである。

５．仮説その２（水が水蒸気になるときの気化熱が熱を奪う。）

　液体が気体になるときに熱を奪う。この気化熱が熱を奪っていくのではないかと思い、次のような実験で確かめてみた。

• 　実験　

　乾いている石と濡れている石で温度がどう違うかを調べる。

• 　実験方法

　次のような二つのバケツを準備した。

　�@　乾いた石と温度計を入れたバケツ

　�A　濡れた石と温度計を入れたバケツ（くみおきの水を準備し、石の表面が乾い　　たら水をかけて濡らした。）

�@、�Aのバケツの温度と、その時の室温と湿度を測った。

• 　結果

　表１　湿った石と乾いた石の温度と、その時の気温と湿度

• 　考察

　�@　乾球と湿球の差は、最大で２．５℃だったのに対し、湿った石と乾いた石の温度の差は、最大でも１．０℃であり、ほとんど差がない場合が多かった。このことから、石の場合、気化熱で温度が差がるのは、ほんのわずかであることがわかった。　

　�A　気温より石の中の方が温度が低いことがわかったが、その差は最大で４．０℃であり、しかも時間とともに温度が下がっていくような現象はみられなかった。

　�B　以上のことから、石と水を利用し気化熱では、風穴のように気温を下げることはできない。

６．仮説その３（風穴の下が雪室や氷室のようになっているのではないか。）

　風穴の周辺はごろごろした岩石が多いのですき間がある。そのすき間に冬の間にたまった雪や氷が夏まで存在し、雪室や氷室のようになっていろのではないか。その氷や雪が風穴の空気を冷やし、一部溶けた水が地下水となり強清水の温度を低くしているのではないか。つまり、それを模式図に表すと下のようになる。　

図２　風穴と強清水の関係の模式図

７．氷がどのくらいで溶けるか確かめる実験

　氷がそれほど溶けないものかを、実験で確かめることにした。

• 実験方法

　�@　発泡スチーロールの箱を４個用意し８ｃｍ四方の窓をつけ、ＯＨＰのシートで覆った。また、温度計を差し、内部の温度計を測れるようにした。

　�A　それぞれの箱に、氷を１ｋｇ、２ｋｇ、３ｋｇ、４ｋｇ入れ、外気温、中の温度を測定し、中の氷の様子を観察した。　

• 　結果

　　氷の様子の欄の「○」は、氷がまだ残っていることを示す。

　　　　　　　　　「×」は、氷が残っていないことを示す。

　　表２　氷がどのくらいで溶けるか確かめる実験の結果

８．考察

• 　風穴における低温は、気化熱では説明できない。

• 　１０月の気温の中では、氷は発泡スチロールの容器にいれておいた場合、質量が２ｋｇを越えると溶けにくくなり、質量が２ｋｇを越えると３日以上も溶け残っている。また、２ｋｇを越えると温度変化が乏しくなり、４ｋｇを越えると、１．０℃で安定する。これは、ある程度氷が大きくなるとかなり溶けにくくなり、しかも温度変化も乏しくなることを意味する。

• 　南陽市の金山地区にある風穴の成因は、�Dの結果と次の４点の理由から、地下にある氷や雪が少しずつ溶けながら風穴内の空気を冷やしている可能性が高い。

　�@　風穴というその名の割には、内部で風は吹いていない。

　�A　風穴は山の窪地にあり、寒気がたまりやすい。

　�B　風穴の周辺は、火山岩が節理によって砕けた岩石が積み重なっており、すき間がある。

　�C　風穴とつながりのあると思われる強清水は、８．５℃と普通の清水にしては温度が低い。

　　しかし、この仮説が正しいかどうかは、風穴を実際に夏期のうちに掘ってみないとわからない。

９．研究の感想と今後の課題

�C　身近なところにこのような不思議な地形や現象があることは驚きだった。特に夏でも４．５℃という気温や、強清水の８．５どの水温も低いことには感心させられた。

�D　研究を進めてみたものの、おおむね風穴の原因は地下の氷が原因であるという　仮説が正しいのではないかとは考えられるが、結論とまでははっきりとはいえなかった。今後、もう少し実験規模を大きくして確かめてみる必要がある。

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