パスタを茹でた鍋の底に塩の輪ができる理由を解明！

日常から生まれた疑問

この研究は、研究者たちがパスタを食べながら「なぜ塩はあの特徴的な輪を作るのか？」と疑問に思ったことから始まりました。

オランダのトウェンテ大学に所属するマチュー・スージー氏とその同僚たちは、スージー氏自宅のホワイトボードを使って実験計画をざっと描き、すぐに検証に取りかかりました。

疑問を持ったらすぐに実験に進めるのは、まさに研究者の強みと言えるでしょう。

研究チームはこの計画に従い、水槽に塩粒を落とす実験を行い、パスタ鍋に塩を加えたときと同じ条件を再現しました。

すると、塩粒が沈むときの現象が改めて詳細に明らかになりました。

単独の塩粒が沈むと、その後ろには小さな乱流ができ、まるで塩粒が水を引きずりながら落ちていくような状態になります。

しかし、多数の塩粒が同時に沈む場合には、それぞれの粒子が作り出す乱れが複雑に重なり合い、まるでダンスのように相互に横方向へ押し出していきます。

最終的には鍋の底で、粒子がぐるりと広がって円形のパターンを形成するのです。

スージー氏は

「一度にたくさんの粒子を落とすと、各粒子が水をかきわけながら落ちるため、小さな流れの乱れがたくさん生まれます。そして、その乱れは近くにいるほかの粒子も横に押しやってしまうのです。その結果、沈んでいく粒子の集団は徐々に広がっていき、底に到達したときにはきれいな円形の分布になるというわけです」

と説明しています。

粒子が急速に底に到達すると、円形の堆積物が形成され、その粒子の雲の跡に巻き込まれた水がさらに粒子を放射状に押しのけます。

これにより、中央部分だけがきれいに空いた“枯渇領域”が生まれ、よりはっきりとした円形の塩の輪が浮かび上がるのです。

しかし、話はそこで終わりません。

研究者たちは、塩を落とす高さも重要であることを突き止めました。

粒子を高い位置から落とすと、沈むまでに時間がかかるため、塩粒同士が大きく広がって互いの乱れの影響を受けにくくなります。

その結果、粒子は雨のようにバラバラと独立して沈み、最終的には鍋の底に均一で大きな円形のパターンを描くようになります。

一方、より低い位置から塩を落とすと、塩粒が固まって沈みやすくなり、結果として密度の高いリングを形成しやすいのです。

このように、沈降速度や粒子同士の相互作用、さらに鍋の底や縁付近での局所的な蒸発といった要素が折り重なり、あの特徴的な「塩の輪」を作り出しています。

これらの結果は、沈降や乱流、さらに複数の粒子の長距離相互作用や航跡の引き込みといった、幅広い物理的概念がキッチンの鍋の中に隠されていることを示しています。

また、鍋の底や縁に熱が集中しやすく、そこから水分が蒸発して塩分濃度が局所的に高くなる現象も、この輪をより鮮明に形成する一因です。

一方、お湯のほとんどを捨ててしまったあとに生じる輪のほうは、ゆっくりと蒸発する液体の流れによって塩分が周囲へ押しやられる「コーヒーリング効果」に近い仕組みに由来すると考えられます。

残った少量の水分が端から先に蒸発し、中心から外側へ向かう流れが塩を運ぶため、鍋の縁に沿って白い輪状の沈着が残るのです。

次回パスタを茹でるときは、鍋の中でひそかに起こっているこの“塩粒ダンス”をぜひ想像してみてください。

目に見える塩の輪は、重力や流体力学、蒸発の影響が絶妙に組み合わさって生まれる、まさにキッチンの中の小さな物理ショーなのです。

さらには、このような粒子沈降のメカニズムは、産業分野や自然界の堆積物の動態を理解するうえでも貴重な手がかりになると期待されています。

日常の何気ない光景に目を向けることが、新たな発見につながる好例と言えるでしょう。