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結氷(けっぴょう)とは、海、湖、池、沼、河川などの水面、あるいは滝などの流水が凍結すること。氷結などとも言い、湖などでは全体が結氷すると全面凍結ないし全面結氷と表現される。
結氷は、気温が摂氏0度を下回ったときに発生し、より気温が低いほど起こりやすい。ふつう、平地で冬に発生する現象であるが、高地や山岳地帯ではより早く発生し遅く終わる。
結氷した氷のことを、海では海氷、湖では湖氷(こひょう)、河川では川氷・河氷(かわごおり)、滝では瀑氷(ばくひょう)と呼ぶ。また、結氷した滝を氷瀑(ひょうばく)と呼ぶ。
気象庁は毎冬、初めて観測される結氷を初氷(はつごおり)、その日を結氷初日(けっぴょうはつび)としており、日本各地の気象官署で観測されている。また、毎冬最後に観測される結氷を終氷(しゅうひょう)、その日を結氷終日(けっぴょうしゅうじつ)としているが、こちらはデータの性質上その日からしばらく時間が経ってからしか確定しないので、ほとんど知られていない。
一般に、凍った海や湖沼、川は色が白いので、凍っていないときに比べてアルベド(太陽放射の反射率)が高く、地球を冷やす効果がある。しかし、地球温暖化によって、結氷が見られる地域はより狭くなり、初氷はより遅く、終氷はより早くなると予想される。北極海などでは温暖化によって、海氷の面積が狭くなるだけではなく、厚さも薄くなることで春に解ける早さが早くなる。一旦、氷の面積が少なくなるとアルベドが下がるので、より多くの熱を吸収して水温が高くなる。それによって、更に氷が少なくなるといった悪循環(正のフィードバック)が起こることが懸念されている。
さまざまな段階を経て、湖の水面すべてが凍る全面結氷となる[1]。
湖の氷のタイプは、 primary ice、secondary ice、superimposed ice、agglomerate ice の4種類ある[2][3]。
湖が凍った後、昼と夜の寒暖差で氷が伸縮を繰り返してできる御神渡りと呼ばれる亀裂ができる現象を見ることができる[4]。御神渡りで有名な場所は、諏訪湖であるが、屈斜路湖などでも見ることができる[5][6]。
氷結後の氷の下では、硬く閉ざされた水面下の観測が難しく調査例が少ないが、溶存酸素量が低下し、アンモニウム態窒素が増加することが報告されている。濁度は、風や波による攪乱が止まることで、水面側が澄んでおり、水底側は懸濁物質が沈降して濃くなっている[7]。
ただ、氷が透明な期間は植物プランクトンが活動し、水面近くの溶存酸素量は回復する[8]。
氷結した水面下では、コイもフナも代謝を落とし、食事もとらない状態となる。ドジョウやアメリカザリガニなどは、土に埋まって冬眠する。ボラは白い脂肪質の膜で眼を覆って休眠モードとなる[9]。
また、野生のフナなどは、氷結した水域での無酸素状態への耐性として、無酸素環境下でも糖からエネルギーとアルコールを作り出す特殊な代謝経路を持つ[10][11]。
カナダ北極圏の先住民であるディネ族は、氷に2か所以上の穴をあけてアイスジガーという板でロープを通した後に網を張る漁業法を考案した[12]。
日本においては、同様に氷に2か所以上の穴をあけて、コマイと呼ばれる板を使いロープを通してから網を張る氷下網漁業[13]、氷下待網漁が野付湾では明治期から行われている[14]。また、屋塚という魚が休める岩を沈め岩の周りの氷に穴をあけて生け簀を作りとらえる方法もある。また、氷下曳網漁である氷曳の歴史は南北朝期までさかのぼるとされる[15]。
また、氷に穴をあけ、そこから釣りを行う穴釣りでワカサギ釣りが行われる。
その他には、アメリカではミネソタ州やウィスコンシン州などの最北端の州以外では違法だが、氷上に穴を掘り、魚型のデコイを入れて動かして魚を集め、暗室の中で銛を構えて待つ方法がある[16]。
中国では、査干湖で氷に大きな穴をあけて馬でウインチを回し網を引き揚げる漁をする「冬捕」は観光資源となっている[17][18]。
流れが速い川などでは、ロシア語でナレド(英語:Aufeis、中国語では涎流氷)という積層状の氷河ができる[19][20]。
また、水面がシャーベット状となったものはシガと呼ばれる。
川底にいかり氷ができて川をせき止める氷の状態をアイスジャム(アイスダム)という[21][22]。洪水を起こして被害が出るため、河川用砕氷船、爆薬、航空機搭載爆弾などを用いてアイスジャムを破壊する[23]。
湖などの結氷はその美しい景観から観光の対象となることが多い。厚い氷が覆って湖面や川面に立つことができる場合は、穴釣りやスケートなどを楽しむことができる。結氷した滝(氷瀑)はときにアイスクライミングの対象となる。
ロシア、フィンランド、スウェーデン、ノルウェー、カナダ、アラスカ州などには、1年に6か月以上凍結している湖や河川も少なくない。
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