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新・身近な科学

私たちの身近にある科学を解説します。NSI (科学勉強会) のウェブサイトはこちら http://tehiro.sakura.ne.jp/nsi/

あまり知られていないヒトとサルの違い

明日話したくなる科学豆知識

※本記事はアドベントカレンダー「明日話したくなる科学豆知識4」(http://www.adventar.org/calendars/1675)の一環として書いています。

科学勉強会の二世です。

2016年ももうあと何日かで終わりますが、みなさまいかがお過ごしでしょうか。
2016年は、干支で言うと申年に当たる年でしたね。

ところでみなさんは、ヒトとサルの違いをご存知でしょうか?

すぐに挙がることとしたら、
ヒトは言葉が話せる、道具が使える、直立二足歩行をする、
サルは木登りが得意…といったところでしょうか。

せっかくなので、今日はそこにもうひとつ豆知識を追加しましょう。

それは「サルは食べ物を飲み込みながら呼吸することができる」ということです。


その秘密は、ノド周辺の形にあります。

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注目は、青色で示した食道の入口(咽頭)と、赤色で示した気道への分かれ道(喉頭、いわゆる喉仏)の位置です。サルに比べて、ヒトの喉頭咽頭から離れてだいぶ下に位置しています。
このことによって、サルは舌の根元をうまく使うことで、ものを飲み込みながら(=食べ物や飲み物を口から食道に送りながら)呼吸をする(=鼻から空気を気道に送る)ことができるのに対し、ヒトでは同じことができないのです。
また、同じ理由でヒトの方が誤嚥(飲食物が誤って気道に入ってしまうこと)が起きやすいとされています。

こんな風に書くと、ヒトよりもサルのノドの方がよくできた形であるように聞こえてしまうでしょうか?

しかしヒトは、喉頭の位置が下がったことによって広くなった、のどから口の部分の空間を使って、声帯で震わせた空気を響かせて、いろいろな音を出すことができるようになりました。つまり、ヒトは喉頭の位置が下がったことで、複雑な言葉を使いこなすことができるようになったのです。

ものを飲み込みながら呼吸ができないという不便さは、言葉によるコミュニケーションを可能にするために必要な犠牲だったということですね。


以上、今日の豆知識は「サルは食べ物を飲み込みながら呼吸することができる」、またはヒトの側から見て「ヒトが食べ物を飲み込む時には呼吸が止まる」でした。

ちなみにヒトでも、乳幼児はまだ咽頭喉頭の位置関係がどちらかというとサルに近く、それゆえに、ミルクを飲みながら呼吸をすることが可能であるそうです。

申年はもうすぐ終わってしまいますが、よかったら食事の時にでも話題にしてみてください♪

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さて、今年もやっとアドベントカレンダーが終わりました。
アドベントカレンダー最終日がここまで延びてしまって申し訳ないです…。)

「明日話したくなる科学豆知識」シリーズももう4年目ですから、科学勉強会/NSIとしては新旧ブログにわたり計100記事を書いてきたことになります。

参加・執筆した方はお疲れさまでした。
読んでくださった方はありがとうございました。

来年もアドベントカレンダーを企画するかどうかは未定ですが、そろそろまた新しいスタイルに挑戦するという手もあるかと考えています。

ともあれ、科学勉強会/NSIは来年もマイペースにがんばっていきますので、今後ともよろしくお付き合いください。

それではよいお年を〜。

ホワイト・クリスマスの可能性

アドベントカレンダー「明日話したくなる科学豆知識4」の膝がわりをつとめます、某大学生のなっきゅんです。

噂によると、大学生はこの時期になると「クリスマス」が気になるらしいので、今回は「ホワイト・クリスマス」についての豆知識をお送りいたします。

さて「クリスマスを避けるために行く国トップ10」に選ばれている日本ですが、実際にホワイト・クリスマスになる地域はどこなのでしょうか?

ホワイト・クリスマス常連の北海道や日本海側はさておき、あまり雪の降るイメージのない東京に焦点を絞ってみましょう。

東京の12月24,25日は、日本気象協会によると積雪が過去30年間ありません!
去年、一昨年も積雪記録なしとなり、見事記録更新中となります。


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また、気象庁天気相談所作成のデータによりますと、
12月の平均降雪回数は0.8回ですので、やはりホワイト・クリスマスの望みは儚く散りそうです。

もし雪が降るとしたら、どのような気象条件であればよいのでしょうか?

これは一般的に
・地表付近で3 ℃以下
・上空1,500 m付近で-6 ℃
・上空5,000 m付近で-30 ℃
が目安とされています。
ここまで冷え込むとニュースでは「冬将軍がやってきた」という言葉が聞けます。

実は先ほど
12月の24、25日は「過去30年間積雪記録がない」と書きましたが、
降雪はあったようです。

2014/12/25の午後7時ごろに「品川で雪が降っている」というSNSへの投稿が多数ありました。
実際にその当時の雨雲の動きが下の図になります。

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たしかに雨、雪が降っても不自然ではありません。
さらにこの日の天気概要は
・冬型の気圧配置で寒気が南下
とありましたので、雪が降る条件が整ったことが想像できます。
「記録ではくもりだったじゃないか!」と思う方もいらっしゃるかと思います。
しかし、雪が降っても観測地点で雪が積もっていないと「積雪なし」と記録されしまうという場合や、局所的に降ったという可能性が考えられます。

したがって、記録自体は「くもり」でも場所によっては雪が降り、「ホワイト・クリスマス」になる確率はあるということです!

そして今年の東京の天気予報では
・最低気温 2 ℃
・降水確率 10 %

これは二年前の再来が期待できる!・・・かもしれません。

以上、今回の豆知識「ホワイト・クリスマスを確実に楽しみたいのなら、北海道、青森、秋田、新潟、長野に行こう!」でした。


メリークリスマス!!

「重」にこめられた思い

※本記事はアドベントカレンダー「明日話したくなる科学豆知識4」(http://www.adventar.org/calendars/1675)の一環として書いています。

こんにちは。NSIの岩山です。

12月11日のエントリにて、イソップが「ナトリウムについての豆知識11連発」という内容を書いています。
われわれNSIがちょうど11周年を迎えたということで、「11」にまつわる豆知識です。

nsi.hateblo.jp

今日はそれに便乗して、イソップの話の中にも出てきた「重曹」のお話をしようと思います。

重曹は、お掃除に便利なものとして、すっかり一般的になった感があります。
ちょうどこの時期、大掃除で活躍しているご家庭も多いのではと思います。

この「重曹」という名前、炭酸水素ナトリウム(NaHCO3)の別名で、ちゃんと学術的な文脈でも使える呼称です。
こんな風に、化学物質名がそのまま一般的に用いられている例は意外と珍しいんじゃないかと思います。
それは生活に役立つ点もさることながら、「重曹」という響きが化学物質名っぽくないということも大いに影響しているんじゃないかと思います。
化学物質名っぽくないこの名前にはどういう由来があるのでしょう?

重曹のうち「曹」は、イソップも言っていたとおり、「曹達(ソーダ)」の略です。
残る「重」ですが、グーグル先生に聞いてみると2つの説が出てきます。

結論から言うとどっちが正しいのかは判然としなかったので、今回は両方を紹介したいと思います。

1つ目の説は「炭酸水素ナトリウムの英語名 Sodium Bicarbonateの『Bi』を『重』と訳したもの」、というものです。
「Bi」はBicycle(自転車、二輪車)みたいな単語で使われているように、「二つ、二重」といった意味です。
この説の場合、「重」は「かさなる」という意味ですね。

そしてもう1つとして、「炭酸ナトリウム(Na2CO3)より密度が高く、重いからだ」という説があります。
どっちかというとこちらの方が言及は多いような気がします。
豆知識としても「へぇ」がたくさんもらえそうですよね。

ふむふむなるほどと思いつつ、しっかりエビデンスにあたろうということで、試薬メーカーのMerckのサイトで確認してみます。
炭酸ナトリウムは無水物・一水和物・十水和物の3種類があるのですが、放置しておくと無水物は吸湿して、十水和物は風解してそれぞれ一水和物になるらしいので代表で一水和物の値を調べます。

www.merckmillipore.comwww.merckmillipore.com

上記ページによると、

炭酸ナトリウム一水和物の密度
2.25g/cm3

炭酸水素ナトリウムの密度
2.22g/cm3

なんとなんと、炭酸水素ナトリウムの方が軽いことが分かります。

この説はガセだったのか・・・と思いつつもう少し物性を見ていると、なにやら「かさ密度」という項目があります。
密度は物質をぎゅうぎゅうに押し固めた状態の体積あたりの重さであるのに対して、かさ密度は粉末のまま重さを量るものです。
これで比較すると・・・

炭酸ナトリウム一水和物のかさ密度
820kg/m3

炭酸水素ナトリウムのかさ密度
1000g/m3

うん、炭酸水素ナトリウムの方が重い、という結果となりました。

こっちの説はなんだかすっきりしませんが、
重曹」は、「かさ密度が大きく、重い方の曹達」
といえそうです。

というわけで、今日の「明日話したくなる科学豆知識」は、
重曹」の名前の由来は、「炭酸水素ナトリウムの英語名 Sodium Bicarbonateの『Bi』を『重』と訳したことから」または、「かさ密度が大きく、重い方の曹達という意味から」
としたいと思います。

ビスマス結晶の独特な形状について

明日話したくなる科学豆知識

※本記事はアドベントカレンダー「明日話したくなる科学豆知識4」(http://www.adventar.org/calendars/1675)の一環として書いています。


こんばんは。
12/6 に「世界に一つだけのビスマス」というタイトルでお話しした辻です。
nsi.hateblo.jp

前回は「ビスマス結晶の持つ構造色」についてのお話をしましたが、今日はビスマス結晶の「形」についてお話したいと思います。

ビスマス結晶の骸晶(がいしょう)

ビスマスの結晶って、色もそうですけど、形もなかなかに独特ですよね。

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人工的にこのような形を細工したのではなく、液体のビスマスが冷やされて結晶として生成される過程で、自然にそのような形になるのです。



ビスマス結晶の独特な形状は、骸晶(がいしょう) と呼ばれる性質によってある程度説明できます。骸骨の「骸」に結晶の「晶」。英語だと "Hopper Crystal" と呼ばれます。


形を観察すると、段々と階段状になっているのがわかります。まるでピラミッドを内側に向けて掘り進めていったような、人工物のような形状をしています。

言葉では伝えづらいので絵でみるとわかりやすいかもしれません。以下のページの "Sketch of Cubic Hopper Crystal" というタイトルがついた画像をみてください。

Hopper - Minerals.net Glossary of Terms

http://www.minerals.net/thumbnail.aspx?Image=GlossaryImages/hopper-glossary.gif&size=250
© Hershel Friedman - minerals.net より引用


こんな感じです。

とても自然に作られたとは思えない形状ですね。

でも実は、このような形状を自然に作る仕組みが備わっているのです。

骸晶を作る仕組み

ビスマスの結晶には成長の方向があります。角の部分(これを「稜(りょう)」と呼びます)の方が、平らな部分(これを「面」と呼びます)よりも成長しやすいのです。

結晶の成長には核となる部分が必要です。核ができるとそこに粒子がくっついて成長していきます。このとき、くっつきやすい方向があるそうなのです。

条件にもよるそうなのですが、面の部分と比べて稜の部分の方が粒子がくっつきやすいのです。稜の部分の成長に、面の部分の成長が追いつかず、面の部分が取り残されてしまってカクカクした尖った構造になるのですね。

以上の過程を経て、骸骨のような骨だけの中身がない構造ができあがります。この様子から「骸晶」と呼んでいるわけです。


以上の仕組みを勉強しようと、"Hopper Crystal" で調べてみると、以下のウェブサイトを見つけました。

骸晶のしくみは、純粋にミクロな粒子の相互作用の組み合わせによって生じるものなので、その過程をモデル化することでコンピュータシミュレーションによって再現できるようなのです。
demonstrations.wolfram.com

シミュレーションの結果をみてみると、たしかにビスマスの形状に見えてきますね。

粒子レベルのミクロな性質が、私たちの目にもわかるマクロな構造に影響を及ぼすというのは、とても興味深い現象ですよね!

ビスマス結晶の形状は、骸晶だけで説明できる?

階段のように段々と角をつくる「骸晶」の仕組みは、以上の理論でたしかに説明できます。しかし、ビスマスの形状のようすはこれだけで説明できるのでしょうか?

ラーメンマークのような、はたまた迷路のような。カクカクと「螺旋状に」巻きついていく構造については、十分には説明できないように思います。

残念ながら私はこのような構造になる仕組みを知りません。可能であれば、上に紹介したようなコンピュータシミュレーションによって、ビスマス結晶そっくりの形状が自動生成できたら楽しそうだなと思っています。

私は結晶構造や物性に詳しい方に合うたびにこの話を尋ねていますが、未だに詳しい人に出会っていません。もしかすると未解決なのかもしれないですし、解決しているのかもしれません。

もしご存知の方がいたらぜひ教えてください。

まとめ

ビスマス結晶はほんとに魅力的なものです。ビスマスの魅力的な色・形状にはさまざまな科学的な背景が複雑に絡み合ってできています。
単に観察して楽しむのもいいですが、そのあたりを知れば、もっとビスマスのことが好きになるかと思います。

というわけで、今日の科学豆知識は、

ビスマス結晶の独特な形は、粒子のミクロな相互作用によってつくられる」

でした。

それでは!

ガムでお馴染みのアレ

明日話したくなる科学豆知識

※本記事はアドベントカレンダー「明日話したくなる科学豆知識4」(http://www.adventar.org/calendars/1675)の一環として書いています。

こんにちは~。

NSIのイソップです。

今日は,「ガム」に関連した豆知識をご紹介したいと思います。
「ガム」というと,皆さんはどのようなガムを想像するでしょうか。ぶどうやみかん味のガムでしょうか?水色や紫色などの独特な色をしたガムでしょうか?


私は,眠気覚ましや食後に食べたい,スッキリした味のガムを想像しました!
そして,そういうガムのパッケージには大体このような表記が…

キシリトール配合

ということで,キシリトールについて調べてみました!


キシリトールとは,天然の甘味料で,シラカバやカシを原料におもにフィンランドで生産されています。
私たちの身近なところでは,イチゴやラズベリー等の果物やレタスやホウレンソウ,カリフラワー等の野菜などに含まれています。また体内でも肝臓で1日に5~15g生産されています。


因みにこのような構造をしています。

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さて,このキシリトール,何となく歯に良さそうというイメージがあるかと思いますが,具体的にどのようなものなのかご紹介します。


先程,キシリトールは天然の甘味料ということを書きましたが,実は砂糖と比べて糖度は変わらないのですが,カロリーは25%も低いのです!

さらに毎日私たちの口の中では,食事やおやつなどにより発生した酸を唾液によって中和し,溶けたエナメル質を再石灰化が行われていますが,酸の量と回数が増え過ぎると,虫歯になってしまうのです。しかし,キシリトールは唾液の分泌を刺激し,中和を促進させ,再石灰化を活発にします。

こちらの効果は何となくわかっていた方もいらっしゃったかと思いますので,今日の豆知識は「キシリトールは砂糖と糖度は同じだが,カロリーは25%も低い」とします。


明日もお楽しみに!