砂と石の保温性

質問

こんにちは。
yanagiran-hiと申します。

質問なのですが，砂漠が夜になると急激に気温が下がる理由として，
砂は保温性に優れていないために，日中に降り注いだ熱をとどめておくことができないからだと聞きました。

しかし世間には，暖めた石を使ったマッサージや，焼き石を料理に使ったりなど，石の保温性を生かし多くのことに利用されています。

石は「岩より小さく砂より大きい鉱物質のかたまり」で，
砂は「径2mm以下16分の1mm以上の粒子」を指すそうです。

石も砂も基本的な成分は変わらないのに，
大きさが違うだけでそんなに保温性に差がでるのでしょうか？

また砂も集まればそれなりの保温性を持つことはできないのでしょうか？

砂漠の夜の気温があんなに急激に下がる理由，
石と砂の保温性の有無，石と砂の保温性の差についてお答えいただければと思います。

よろしくお願いします。

回答No.6

shokker02 · ベストアンサー

> 大きさが違うだけでそんなに保温性に差がでるのでしょうか？

の明確な回答ではありませんが。

粒の大きさが違えば体積も表面積も違いますが、
粒が小さいほど体積：表面積の比が大きく、熱の出入りがしやすくなります。
例えば寸法が 1/2 なら、表面積は 1/4 、 体積は 1/8 です。
同じ重さで比較すると、表面積は (1/4)x8粒 = 2 [倍]です。

小石が直径 20mm 、砂が直径 1mm とすれば、
面積比 ( 1 /(20^2) ) x (20^3) 粒 = 20 [倍]となります。

尚、石は保温性というよりも、先の回答者さんが言われるように
「熱容量が大きい」という事だと思います。
熱容量が大きいとは、温度１度上げるのに必要な熱量が多いという事で、
逆に熱を放出しても温度の下がり方が小さいという性質です。（「比熱」）

それで石焼イモのように食材に熱を奪われたり周囲に熱が逃げても、
石の温度低下が少ないので温度を維持する時間が長い、と言う事です。
数字を探せなかったのですが、鉄など金属よりも石の方が
熱容量が大きいので石を使う、という事です。

石単体で保温性がある（即ち石と周囲との熱の出入りがしにくい）
という事ではないと思います。

お礼

こんにちは。
返事が遅くなってしまい，申し訳ありません・・・。

粒の大きさによる表面積と体積や，
「保温性」ではなく「熱容量」ということなど，
わかりやすく説明ししていただき，ありがとうございます！！

今回様々な人に教えていただいたことをふまえて，
また色々調べてみたいと思います。

ご回答，ありがとうございました！！

回答No.5

htms42

砂漠の温度変化を問題にするのでしたら
「石」と「砂」の比較ではなくて
「砂漠」と「砂漠でないところ」との比較をすべきでしょう。
砂漠でないところの特徴は植生があるということです。

石に保温性があるという認識は「？」です。
夜中に外にでてはだしで石の上に立って見てください。
砂の上に立つのとどちらが冷たく感じますか。

お礼

こんばんは。
ご回答，ありがとうございます。

確かにご指摘の通り「石」と「砂」ではなく，
「砂漠」と言う環境そのものにも着目すべきだと思いました！

植物の有無，空気中の湿度，砂漠が存在している地球の位置などについても考えてみたいと思います。

ありがとうございました。

回答No.4

indoken

素人です。
晴れていることと乾燥していること（＝放射冷却）、砂層の熱伝導度が低いこと（＝冷えやすい）、が原因に考えられます。

お礼

こんばんは。
返事が遅くなってしまい，申し訳ありません・・・。

やはり乾燥（＝空気中の湿度）と熱伝導度が関係しているようですね・・・。
ひとつの事でなく，いくつかの原因が重なってこの現象が起こっているのだとわかりました。

ご回答，ありがとうございました！！

回答No.3

雪中庵（@psytex）

保温性と蓄熱性は違います。
石焼料理などに使われるのは、単なる保温性ではなく、
熱せられた熱を放出できるからです。
それは砂漠も同じこと（放熱によって冷却する）。

たとえば断熱材を暖めるためには、膨大な熱量が
必要です＝熱容量が大きいですが、それは
「熱しにくくそこに置いた肉にも熱を伝えない」
ことを意味します。
それを「蓄熱性」と言えないことはありませんが、
通常それは、実用上熱を取り出せる＝ある程度熱し
やすく放熱しやすい（=冷めやすい）ものを指します。

お礼

こんばんわ。
ご回答いただき，ありがとうございます！

・「蓄熱：熱を蓄えることであり，余剰となったエネルギーを蓄えておくこと」で，
・「保温：一定の温度を保つこと」
だそうです。

教えていただいた保温性と蓄熱性の違いも，調べてみようと思います。

ありがとうございました！！

回答No.2

tpg0

砂漠が夜間に気温が低下する理由については「空気中の湿度」が低いからです。
砂の保温効果は関係ないです。
鹿児島県指宿市の「砂蒸し風呂」を体験すると砂の保温効果に驚きます。
海岸の砂だから湿り気がある影響もありますが、頭だけ残して、全身に砂を掛けてもらうと大汗です。

大気の影響が大きい典型的見本は、月と金星です。
月は大気がないので、表(太陽面)の温度は100度以上、裏は氷点下100度以下と極端な温度差ですが、金星は気圧の高い二酸化炭素の影響で昼も夜も気温は400度近い高温です。
地球全体を考えても陸地は直ぐに温まり、直ぐ冷えますが、海水は温まりにくい反面、冷めにくいのです。
だから、暖流と寒流が出来るのです。
赤道直下のインドは、夏が年に2回あります。日本の春分の日の時期の夏は、湿った空気の影響で蒸し暑い夏です。その湿った空気が数ヶ月後に日本に梅雨をもたらします。
2回目の夏は秋分の日の時期ですが、湿度の少ない空気なので気温が高くても木陰等では涼しいのです。
この事を考えても、空気中の湿度が夜間の放射冷却にいかに影響してるかが分かると思います。
日本の熱帯夜も高湿度の影響です。
熱し易く冷め易いのは、砂も石も変わりません。
石焼き等は、容積が大きいから蓄熱量も大きいので、砂を固めたコンクリート等も石に負けない蓄熱量はあります。

従って、砂漠の気温が夜間に下がるのは「空気中の湿度が低い」からです。

お礼

こんにちは。
ご回答いただきありがとうございます！

空気中の湿度の量が関係しているとは・・・。
「なるほど！！」といったかんじです。

今回の回答の中に書いて頂いた「月と金星の温度差」についてや「他の星はどうなっているのか」事についても新たに興味を持ったので，また調べてみたいと思います。

ありがとうございました。

回答No.1

honekajiri

専門家ではないドシロートの推測

砂の場合砂の粒と粒の間に空気があります
それが断熱材になって表面の砂にしか熱が伝わらないからではないでしょうか
砂漠にすむトカゲやヘビには昼間の暑さを避けるために砂の中に潜る物がいるくらいです
砂の下の方は熱くなってないはずです

お礼

こんにちは。
返事が遅くなってしまい，申し訳ありません・・・。

確かに言われてみれば，
砂場で表面は熱くても，その下の砂は大変冷たいと言う経験をよくしました。
その事実をうまく利用して生きている動物は，本能的に知っているとはいっても賢くていつも感動させられます・・・（笑

ご回答，ありがとうございました！！