雪結晶グローバル分類 C3 の立体モデル

角柱状結晶(C3a 角柱・C3b 骸晶角柱・C3c 巻込骸晶角柱・C3d 細長角柱・C3e 角柱集合)

グローバル分類(菊地ほか 2012;Kikuchi et al. 2013)の【C3:角柱状結晶(Column-type crystal)】は、『C:柱状結晶群』の 3 番目の中分類です。Magono and Lee(1966)の C1「単なる角柱」と C2「角柱組合せ」を削除し、新分類では「C3a:角柱」「C3b:骸晶角柱」「C3c:巻込骸晶角柱」「C3d:細長角柱」「C3e:角柱集合」の 5 小分類を設けました。「細長角柱」は ML の N1e 針状角柱のことで、Shimizu(1963)がアメリカの南極バード基地で観測した Long prism です。鞘(C2a)との違いは、軸比(c/a)が 50 にも達しながら中身が完全に詰まったバルクの結晶であることで(英語版の分類論文では、C3d の長さと半径の比は 20 以上、一般には 40〜50 とされています)、その後 Kobayashi(1965)によって人工的に再現され、一種のひげ結晶であろうと推察されています。平均的な大きさは、角柱が数百 µm、骸晶角柱・巻込骸晶角柱が 0.5 mm ほど、角柱集合が 1 mm、細長角柱は 1 mm を超えます。

角柱と c軸。 角柱は六角柱で、c軸は柱の軸方向、両端の六角形が底面(c軸に垂直な面)、6 つの側面が柱面です。角板(P1)とは、c軸方向の成長が速い条件で育った点が異なります。軸比 c/a(長さ/太さ)が小さければ厚角板に、大きければ細長角柱に近づきます。

骸晶と巻込。 骸晶角柱は、両端の底面が結晶の中心に向かってくぼんだ中空の角柱(ML の中空角柱)で、稜と柱面は伸びるのに底面の成長が取り残されたものです。巻込骸晶角柱は、さらに端の柱面が底面より先へ伸びて内側へ巻き込んだものです。角柱集合は、複数の角柱が中心から放射状に集まった多結晶で、砲弾集合(C4d)の角柱版にあたります。

画面をドラッグすると回転、ホイール(スマートフォンではピンチ)で拡大縮小できます。各モデルは論文の記載と代表写真をもとにした模式図で、寸法比は見やすさのため誇張しています。

1. C3a:角柱Solid column

中身の詰まった六角柱です。ML の C1e 角柱に対応します。「軸比 c/a」スライダーで長さと太さの比を変えると、小さい側では厚角板(P1b)に、大きい側では細長角柱(C3d)に近づきます。

角柱 c軸
構造のポイント
  • 六角柱。c軸は柱の軸方向、両端が底面、側面が柱面。
  • 軸比 c/a が 1 前後より小さいと厚角板、大きいと細長角柱へ連続的に変わる。
  • 両端の底面に角板や樹枝が付くと鼓状結晶(CP1)になる。

2. C3b:骸晶角柱Skeletal column

両端の底面が中心に向かって六角形にくぼんだ、中空の角柱です。ML の C1f 中空角柱に対応します。稜と柱面は伸びるのに底面の成長が取り残されるためで、くぼみは内側へ向かって段になって狭まります。「骸晶化」スライダーを 0 にすると中身の詰まった角柱(C3a)になります。

角柱(両端がくぼむ) c軸
構造のポイント
  • 外形は角柱のまま。両端の底面から内側へ六角形のくぼみが段になって続く。
  • 「真上から」でくぼみの段が、「斜めから」で中空の様子が見える。
  • 「骸晶化」0 ≒ 角柱(C3a)、100 ≒ 中央近くまでくぼんだ骸晶角柱。

3. C3c:巻込骸晶角柱Skeletal column with scrolls

骸晶角柱の端で、柱面が底面より先へ薄く伸び、内側へ巻き込むように成長した結晶です。モデルは中空の角柱の両端に、内側へ傾いた薄い柱面の延長(巻込)を付けたもので、「巻込みの発達」スライダーで延長の長さを変えられます。0 にすると骸晶角柱(C3b)と同じです。

骸晶角柱 巻き込んだ柱面 c軸
構造のポイント
  • 骸晶角柱(中空)の両端で、柱面の一部が底面より先へ薄く伸びる。
  • 伸びた柱面は c軸方向へ進みながら内側へ巻き込むので、内側に傾いた壁になる。
  • 「巻込みの発達」0 ≒ 骸晶角柱(C3b)。

4. C3d:細長角柱Long solid column

軸比 c/a が 20 以上(多くは 40〜50)に達する、細長い中身の詰まった角柱です。ML の N1e 針状角柱にあたり、Shimizu(1963)が南極バード基地で観測した Long prism で、Kobayashi(1965)が人工的に再現して一種のひげ結晶と推察しました。見かけは針(C1a)や鞘(C2a)に似ますが、鞘と違って中空ではなく中身が完全に詰まっています。モデルは横に寝かせてあり、「軸比 c/a」スライダーで 20〜50 の間で太さが変わります。

細長角柱(中身が詰まる) c軸
構造のポイント
  • 六角柱のまま c軸方向へ極端に伸びたもの。c/a は 20 以上、多くは 40〜50。
  • 鞘(C2a)は中空、細長角柱は中身が詰まったバルク結晶という違いがある。
  • 大きさは 1 mm を超え、柱状結晶群の中では大きい。

5. C3e:角柱集合Combination of columns(column rosettes)

複数の角柱が中心から放射状に集まった結晶です。ML の C2b 角柱組合せに対応し、砲弾集合(C4d)の角柱版にあたりますが、砲弾と違って各角柱の両端は平らな底面です。角柱ごとに c軸の向きが違う多結晶で、モデルは角柱 5 本の集合です。「分解」で角柱を中心から離せます。

角柱(5 本) 各角柱の c軸
構造のポイント
  • 5 本の角柱が一端を中心に集めて放射状に並ぶ。角柱ごとに c軸の向きが違う。
  • 砲弾集合(C4d)との違いは、中心側が角錐ではなく平らな底面であること。
  • 「分解」で角柱を中心から離し、「c軸を表示」で向きのばらつきを確認できる。

参考文献

  • 菊地勝弘・亀田貴雄・樋口敬二・山下晃・雪結晶の新しい分類表を作る会メンバー(2012):中緯度と極域での観測に基づいた新しい雪結晶の分類―グローバル分類―.雪氷,74(3),223–241.(C3 の定義、表3、図1-1 の代表写真)
  • Kikuchi, K., Kameda, T., Higuchi, K., Yamashita, A. and Working group members for new classification of snow crystals (2013): A global classification of snow crystals, ice crystals, and solid precipitation based on observations from middle latitudes and polar regions. Atmospheric Research, 132–133, 460–472.
  • Shimizu, H. (1963): "Long Prism" crystals observed in precipitation in Antarctica. J. Meteor. Soc. Japan, 41, 305–307.
  • Kobayashi, T. (1965): Vapour growth of ice crystal between −40 and −90 ℃. J. Meteor. Soc. Japan, 43, 359–367.
  • Magono, C. and Lee, C. W. (1966): Meteorological classification of natural snow crystals. J. Fac. Sci., Hokkaido Univ., Ser. VII, 2, 321–335.(C1e・C1f・N1e・C2b)