科学

なぜぬれた砂は形を保てるの？

まず答え

砂が少しだけぬれると、砂粒の間に小さな水の橋ができます。水の橋が隣り合う粒を引き寄せるため、砂がまとまり、乾いた砂より形を保ちやすくなります。砂が水に溶けたり、水がのりに変わったりするわけではありません。

砂粒の間にできる「水の橋」

乾いた砂

粒の間に水の橋がなく、まとまりにくい

ほどよく湿った砂

小さな水の橋が粒を引き寄せ、形を保ちやすい

水が多い砂

すき間が水で満たされると、砂はまとまりにくい

ベージュは砂粒、水色は水を示しています。実際の粒や水の橋の形は砂によって異なります。

砂粒のすき間に水が入ると、粒と粒の間に薄い水の橋ができます。水には、表面をできるだけ縮めようとする力があります。これを表面張力といいます。水と空気の境目が曲がると、曲面の内側と外側では押す力（圧力）に違いが生まれます。表面張力とこの圧力差が砂粒を引き寄せます。こうした働きを毛管力（もうかんりょく）といいます。小さな橋がたくさんできると、砂全体がまとまりやすくなります。

水は多すぎても少なすぎてもだめ

水が少なすぎると、水の橋があまりできず、粒同士をつなぐ力も弱いままです。適度に水があると、橋が増えて砂を固めやすくなります。

一方、砂粒のすき間が水でほぼ埋まると、毛管力を生む水と空気の境目が少なくなります。このように、すき間が水でほぼ満たされた状態を「飽和（ほうわ）」といい、砂のまとまりが弱くなって、砂の城が崩れることがあります。ちょうどよい水分量は、砂粒の大きさや形、押し固め方によって変わります。

押し固めると、形を保ちやすい

砂を型に入れて押し固めると、粒が動きにくくなり、形を保ちやすくなります。実験でも、砂の強さは水分量だけでなく、どれくらい押し固めたかによっても変わることが示されています。

乾くと崩れるのはなぜ？

水が蒸発すると、水の橋は小さくなり、やがて切れてしまいます。砂粒を引き寄せていた毛管力が弱まるため、砂の城は形を保てなくなります。水は砂を永久に接着しているのではなく、砂粒の間で一時的なつながりを作っているのです。

参考資料