Why does ice float in water? - George Zaidan and Charles Morton

なぜ氷は水に浮く？－ジョージ・ザイダン、チャールス・モートン

翻訳: Kozue Macmichael 校正: Akiko Hicks

Water is the liquid of life.

水は生命に不可欠な液体です

We drink it,

私達は水を飲み

we bathe in it,

水で浴し

we farm,

cook,

作物を育て

料理をし

and clean with it.

水で洗います

It's the most abundant molecule in our bodies.

私達の体内に最も大量にある 分子なのです

In fact, every life form we know of

実際 私達が知る生き物すべては

would die without it.

水がなければ 死んでしまいます

But most importantly, without water,

しかし 一番重要なのは 水がなければ

we wouldn't have

私達は

iced tea.

アイスティーを楽しめません

Mmmm, iced tea.

うーん アイスティー！

Why do these ice cubes float?

氷はどうして浮かぶのでしょうか？

If these were cubes of solid argon

もし これがアルゴンの固体なら

in a cup of liquid argon,

液体のアルゴンの中にいれると

they would sink.

沈んでしまいます

And the same goes for most other substances.

他のほとんどの物質でも同じです

But solid water, a.k.a. ice,

しかし 氷と呼ばれる 水の固体は

is somehow less dense than liquid water.

液体の水よりもなぜか密度が低いのです

How's that possible?

なぜでしょう？

You already know that every water molecule

水の分子はすべて

is made up of two hydrogen atoms

2つの水素原子が

bonded to one oxygen atom.

１つの酸素原子に結びついて出来ていますね

Let's look at a few of the molecules

水滴の中にある

in a drop of water,

分子をいくつか見てみましょう

and let's say the temperature is 25 degrees Celcius.

水温は摂氏25度とします

The molecules are bending,

分子は 曲がったり

stretching,

伸びたり

spinning,

and moving through space.

回ったり

そのスペースの中で 動き回っています

Now, let's lower the temperature,

では水温を下げて

which will reduce the amount of kinetic energy

分子の持つ運動エネルギーを

each of these molecules has

減らし 分子があまり

so they'll bend, stretch, spin, and move less.

曲がったり 伸びたり 回ったり 動かないようにしてみましょう

And that means that on average,

そうすると 大抵の場合

they'll take up less space.

分子の動く空間が縮まります

Now, you'd think that as the liquid water

液体である水が

starts to freeze,

凍り始めると

the molecules would just pack together

分子はひしめき合って

more and more closely,

分子間の距離がさらに縮むはずですが

but that's not what happens.

しかしそれは起こりません

Water has a special kind

水には

of interaction between molecules

ふつうの他の物質にはない

that most other substances don't have,

分子間の相互作用があり

and it's called a hydrogen bond.

それは「水素結合」と呼ばれます

Now, remember that in a covalent bond

「共有結合」では たいてい

two electrons are shared,

２つの電子が原子間で

usually unequally,

どちらかの原子に偏って

between atoms.

共有されていましたね

In a hydrogen bond,

水素結合では

a hydrogen atom is shared, also unequally,

分子内の水素原子が 他の原子との間で

between atoms.

不均等に共有されます

One hydrogen bond looks like this.

１つの水素結合はこのようになります

Two look like this.

２つはこうです

Here's three

これは３つ目

and four

４つ

and five,

５つ

six,

６つ

seven,

eight,

７つ

８つ

nine,

ten,

９つ

10

eleven,

twelve,

11

12

I could go on.

といくらでも続いていきます

In a single drop of water,

水１滴の中で

hydrogen bonds form extended networks

水素結合は 何百 何千 何百万

between hundreds, thousands, millions,

何十億 何兆という分子がつながる

billions, trillions of molecules,

ネットワークを作り上げ

and these bonds are constantly breaking and reforming.

これらの結合は 常に壊れたり 再生されたりしています

Now, back to our water as it cools down.

では 水に戻って 水温が低くなった時を見てみます

Above 4 degrees Celcius,

摂氏４度以上では

the kinetic energy of the water molecules

水の分子の運動エネルギーが

keeps their interactions with each other short.

互いに結合する時間を短くするので

Hydrogen bonds form and break

水素結合ができては 壊れ

like high school relationships,

高校生の恋愛関係のように

that is to say, quickly.

「短い」のです

But below 4 degrees,

しかし ４度以下では

the kinetic energy of the water molecules

水の分子の運動エネルギーが

starts to fall below the energy

水素結合のエネルギーよりも

of the hydrogen bonds.

低くなっていきます

So, hydrogen bonds form much more frequently

そうすると 水素結合で結びつく頻度が

than they break

壊れるものより高くなり

and beautiful structures start to emerge

無秩序状態から とてもきれいな

from the chaos.

構造が出来上がってくるのです

This is what solid water, ice,

これが 固体の水 つまり氷を

looks like on the molecular level.

分子レベルで見たものです

Notice that the ordered, hexagonal structure

その秩序だった 六角形の構造は

is less dense than the disordered structure

液体の水の無秩序の構造よりも

of liquid water.

密度が低いことがわかります

And you know that if an object is less dense

そして 物質の密度が

than the fluid it's in,

それが入っている液体よりも低い場合

it will float.

それは浮きますね

So, ice floats on water,

ですから 氷は水に浮きます

so what?

だから 何なの？って？

Well, let's consider a world without floating ice.

では 浮かぶ氷のない世界を想像してみましょう

The coldest part of the ocean

海の最も冷たいところは

would be the pitch-black ocean floor,

暗黒の海底になります

once frozen, always frozen.

一度凍れば 解けることはありません

Forget lobster rolls

甲殻類は生息地を失うので

since crustaceans would lose their habitats,

ロブスターサンドはなくなりますし

or sushi since kelp forests wouldn't grow.

海藻の森など育たないので 寿司も作れません

What would Canadian kids do in winter

カナダの子どもたちは冬に何をするのでしょうか

without pond hockey or ice fishing?

ポンド・ホッケーや アイスフィシングがなくなったら？

And forget James Cameron's Oscar

ジェームス・キャメロン監督の アカデミー賞も

because the Titanic totally would have made it.

タイタニック号が無事なら もらえなかったでしょう

Say goodbye to the white polar ice caps

日光を反射して 地球が焼けるのを

reflecting sunlight

防いでくれている

that would otherwise bake the planet.

白い極地の氷冠とも お別れです

In fact, forget the oceans as we know them,

実際 70％の地球の表面を覆い

which at over 70% of the Earth's surface area,

惑星の気候を調整している

regulate the atmosphere of the whole planet.

私たちの海でさえ 失われてしまうのです

But worst of all,

でも 最悪なのは

there would be no iced tea.

アイスティーが楽しめなくなってしまうことです

Mmmmm, iced tea.

うーん アイスティー