氷点下で植物を枯らさずに「氷で守る」技術とは？

果樹園では寒さから花を守るために、「植物を凍結から守るためにあえて氷で覆う」という方法が採用されることがあります。その不思議なメカニズムについて、科学実験を行うYouTubeチャンネル「The Action Lab」が実際の実験と合わせて解説しています。

Why Freezing Things Keeps Them From Freezing - YouTube

2026年4月にアメリカ西部では例年より遅い時期に氷点下の気温が続き、多くの果樹園で果実の花が凍結し、大きな被害が発生しました。

このような事態を防ぐために、「散水して植物を氷で覆うことで守る」という方法が実際に利用されているとThe Action Labは説明しています。一般的には「氷が断熱材として働くから植物が守られる」と説明されることがありますが、The Action Labはこの説明は正確ではないと指摘しています。氷は液体の水よりも熱をよく伝えるため、断熱効果だけでは説明できません。

「凍らせることで凍結から植物を守る」という方法を説明するため、The Action Labはペットボトルの水から「過冷却水」を作成しています。過冷却水とは、0℃以下でも凍らず、不純物が少ない状態でゆっくり冷やされることで液体を維持している水です。The Action Labは「0℃は水が必ず凍る温度ではなく、凍り始めることが可能になる温度」と説明しました。

水は、氷の結晶が最初に1つできるまでに「核生成」と呼ばれる現象を起こす必要があります。この最初の結晶を作るにはエネルギーが必要なため、条件が整わない限り、水は0℃を下回っても液体のままで存在できます。不純物などが核生成のきっかけとなることで最初の小さな結晶が形成されると残りも凍りやすくなります。動画では実際に、小さな氷の塊に過冷却水をかけることで、水が瞬時に凍って氷の塊が大きくなる様子を撮影しています。

氷の結晶ができやすくなるもう1つの要因として、衝撃を与えることがあります。実際に過冷却水に軽い衝撃を与えると、氷の結晶が一気に成長して一瞬で全体が凍る現象を見ることができます。

この「過冷却水が一瞬で凍る」という実験で最も重要なポイントは、「水は凍ると熱を放出する」という点です。液体から固体へ変化する際、水は「凝固熱」を放出します。そのため、過冷却状態だった水が凍り始めると温度は約0℃まで上昇し、その後は周囲へ熱を放出しながら再び冷えていきます。

動画ではサーモグラフィーで過冷却水を撮影しながら、ペットボトルに衝撃を与えて水が素早く凍る瞬間を撮影しており、約-7℃まで冷えていた水が凍った瞬間に約0℃まで温度が上昇する様子が確認できます。

水が凍ると熱を放出するという性質が農業で利用されています。植物へ散布した水は、凍る途中で熱を放出し続けます。そのため、水が氷へ変化している間は植物の温度が0℃付近に保たれます。つまり、植物に散布した水が凍り続けることで、植物の温度は0℃付近に保たれ、植物自体が氷点下まで冷えることで細胞が凍結して壊れてしまうことを防げるというわけです。

動画では同じ種類の花を2本用意し、一方だけに水を吹きかけてから冷凍庫へ入れ、もう片方はそのまま冷凍庫に入れることで比較する実験も行っています。以下の画像では、水を吹きかけた左の花の方が、右の花よりも高温になっているのが分かります。

しばらく冷凍してから解凍した後、水をかけた花は氷で覆われたものの解凍後も枯れませんでしたが、一方で水をかけなかった花は凍害を受けて枯れてしまいました。

ただし、この方法は万能ではないことにも注意が必要です。散布した水がすべて凍り切ってしまうと、それ以上は熱が放出されなくなるため、植物も氷点下まで冷えてしまいます。また、乾燥した地域では散布した水が蒸発する際の気化熱によって植物がさらに冷え、かえって凍害を悪化させる場合もあります。そのため、散水による防霜は水が凍り続ける状態を維持することが重要であり、散水するタイミングや量には経験が必要になると動画では説明しています。