復氷現象の科学的メカニズムと特性

復氷（ふくひょう、英: regelation）とは、氷などの物質に圧力を加えることで融解させ、圧力を取り除くと再び凍結する現象を指します。この現象はマイケル・ファラデーによって発見されました。

物理的原理

復氷は、水のように凍結時に体積が膨張する性質を持つ物質において観察されます。このような物質では、外部からの圧力が増加すると融点が低下するという特性があります。例えば、水の場合、圧力が1気圧上昇するごとに融点は約0.0072 °C低下します。そのため、氷点下の温度であっても、十分な圧力を加えることで氷を液体の水へと相転移させることが可能です。

実験的観察

復氷は、氷塊に細いワイヤを巻き付け、その両端に重りを吊るす実験によって視覚的に確認できます。ワイヤが氷に加える圧力によって、ワイヤ直下の氷が局所的に融解します。ワイヤが氷の内部へ沈み込む一方で、ワイヤが通過した後の氷は圧力が解放されるため、再び凍結します。この過程により、氷塊は切断されることなくワイヤが通り抜けることになります。

表面融解との関連

氷の表面には、融点より低い温度であっても液体に近い層が存在することが知られており、これを表面融解と呼びます。原子間力顕微鏡（AFM）を用いた測定では、−1 °Cで約32 nm、−10 °Cで約11 nmの厚さを持つ液体状の層が確認されています。この表面層は、氷の低摩擦係数や接着性を説明する要因の一つと考えられています。

一般的な誤解

アイススケートの滑走や雪玉の作成は、かつて復氷の例として説明されることがありました。しかし、現代の物理学的な知見によれば、人間がスケート靴や手で加える圧力は、氷を融解させるために必要な圧力よりもはるかに小さく、これらの現象を復氷のみで説明することは困難です。