生き物が生きていく上で必要な「水」は、あまりにも身近過ぎる存在のため、水についてじっくりと考える機会は意外と少ないものです。しかし、誰もが当たり前の存在に感じる水について、まったく解明されていない代表的な5つのものをまとめるとこうなります。

对于生物赖以生存的“水”，由于它是一个太过于与生活息息相关的存在，反而很少有机会对于水进行深入的思考。但是，对于这个任何人都觉得是理所应当存在的水，我们总结出了5个具有代表性的未解之谜。

◆1：いくつも種類がある「氷」

◆1、有着很多种类的“冰”

水が凍ると「氷」となるのは誰もが知るところ。このような固体状態の水である氷は、極めてめずらしいことに、液体状態よりも体積が増加することが知られています。これは水素結合という原子同士の特殊な結合を原因とするもので、水はセ氏4度(以下、温度はすべてセ氏で表記)の時に最も体積が小さくなる(＝密度が高くなる)事が知られています。

水冻住之后会变成“冰”，这是众所周知的事情。人们也都知道这种固态的水形成冰之后，会出现一个非常罕见的现象：其体积比起液体状态下的水要大。这是因为水分子在结合的时候，原子以一种特殊的结合方式排列。水在摄氏4度（以下的温度均以摄氏度表示）时体积最小（即密度最高）。

しかし、「水の固体状態の氷が1種類ではない」ということは学校では教わらず、知らない人も多いはずです。現在、知られているだけでも氷は17種類あり、一般的に私たちが氷と呼んでいる「Ih」以外にも自然状態でごく微量の「Ic」が存在することや、その他にも高圧下の宇宙にのみ存在し得る15種類の氷が見つかっています。

但是，因为学校没有教给我们“水在固体状态下不仅只有一种形态”，所以很多人应该都不知道吧。现在，仅我们所知道的冰就有17种，一般情况下，我们所谓的冰被称为“Ih”，除此之外还有在自然状态下微量存在的“Ic”，还发现了仅在高压下的宇宙中存在的15种冰。

水素結合が整っていて密度の低い「一般的な」氷の状態(右)から圧力を加えて最密充填構造の限界に到達するまでに、氷はさまざまな形状をとると考えられており、今後、既知の17種類以外の状態の氷が発見されるかもしれません。

根据水分子的结合密度的高低，从“一般情况下”冰的状态（右图）到附加压力到逼近极限、以密度最大填充的构造状态，冰会呈现出各种各样的形状。今后，除了已经知道的17种冰的状态之外，或许还会有新的发现。

◆2：水の蒸発メカニズム

◆2：水的蒸发装置

物質が液体から気体へと変化することは「気化(蒸発)」と呼ばれており、水が蒸発して水蒸気になることも気化によるものです。この水が蒸発する割合は、大気の雲の発生に大きく影響するので気象を予測するのに非常に重要なものの一つとなっています。

物质从液体变化为气体的过程我们称之为“气化（蒸发）”。水蒸发为水蒸气的过程也叫气化。水蒸发的比例会对大气中云的产生造成很大影响，它是气象预测中非常重要的参考值之一。

しかし、水が蒸発するメカニズムについてはいまだに完全には理解されていません。水に塩を加えると表面張力が上がり、表面張力波が抑制されるため理論上は蒸発率は下がるはずなのに、実験ではほとんど蒸発率に変化が見られないなど、蒸発メカニズムは解明されていないとのこと。

但是，对于水的蒸发机制到现在为止还未能完全理解清楚。在水中放些盐会使水的表面张力增强，由于表面张力波被抑制，理论上蒸发率应该是下降的，但是实际实验显示蒸发率未发生明显变化，蒸发体制无法解释水的蒸发。

注：表面张力波是由液体表面张力为恢复力所产生的波。

◆3：水の表面は酸性か塩基性か

◆3：水的表面是酸性的还是碱性的？

ナイアガラの滝が作る霧にはマイナスイオンが含まれていることが知られています。ナイアガラの滝に限らず多くの滝でマイナスイオンが出ているのは、水の表面に水酸化物イオンが蓄積しているからで、液面のPHは7より大きな塩基性であると考えられてきました。

我们已经知道尼亚加拉大瀑布形成的水雾中含有负离子。不仅仅只有尼亚加拉大瀑布，在很多瀑布中都检测出了负离子，这可以解释为：位于水表面的酸化物离子聚集，导致液面的PH值大于7呈碱性。

しかし、近年の実験やシミュレーションでは実際には液体の水の表面には水酸化物イオンよりも水素イオンが多く、PHは7未満すなわち酸性であることが分かっています。

但是，在近年的实验和模拟实验中，我们得出结论：比起液体水表面的酸化物离子，水离子的数量更多，所以PH值不满7，也就是说呈现酸性。

◆4：アモルファス氷

◆4：无定型水

水は温度が下がっていくと0度以下で固体の氷になりますが、ゆっくり冷却すると0度以下でも凍らない過冷却という現象が起こります。なお、どんなにゆっくり冷却したとしても-38度では凝固してしまうことも分かっています。

水温降到0度以下就会变成固体冰，但是缓慢地冷却使之降到0度以下，水就不会被冻住，而会发生一种叫做“过冷却” 的现象。另外，无论怎样缓慢冷却，到了-38度的时候，依旧会凝固成冰。

しかし、水をゆっくりと冷却し続けると、-38度より低い低温領域では分子の結合に規則性がないアモルファスな状態の「アモルファス氷」と呼ばれる結晶をとり得ることが知られています。

但是，持续将水缓慢冷却，到了比-38更低的低温领域，分子间的结合已经没有了规则性，成了无定型状态，这时得到的结晶被称为“无定型水”。

固体は分子構造に規則性があり、液体は分子構造に規則性がないのが一般的ですが、水の場合、固体でありながら分子構造に規則性がない状態が生じ得るという点で特殊性を持ちます。つまり、固形で流動性がないのでアモルファス氷は「固体」ですが、分子構造に規則性がないという点では「液体」と同じで、極低温状態ではガラスのように「固いけれど液体」とも言えるというわけです。

一般情况下，固体分子的构造有一定规则性，液体分子的构造没有一定规则性，但是，水却比较特殊，虽然身处固体的状态，它分子的构造却不具有规则性。也就是说，“无定型水”是没有流动性的“固体”，在分子构造上没有一定规则性这一点上和“液体”相同，所以也有说法比喻在极端低温条件下，水像玻璃一般“虽然很坚固却是液体”。

◆5：量子サイズの水

◆5：量子大小的水

カーボンナノチューブや陽子交換膜を作り出せるようになって以来、水分子を量子サイズに閉じ込めるというチャレンジが進められています。実験上も計算上も水を分子数百個レベルと極少量を狭い空間内に閉じ込めると、量子効果を示すことが分かっています。

自从做出了碳纳米管和质子交换膜以来，一直在进行着将水分子封锁在量子的尺寸中的挑战。无论是从试验中还是计算上，将百个数量级的极少量水分子封闭在狭小的空间中，可以表现出一定量子效果。

これらの量子効果を示す水の特性が、生物学から地質学に至るまであらゆる領域に影響を与えると考えられており、例えば、より効果的に海水から純水を作り出す淡水装置を設計できると予想されています。しかし現時点では、水をうまく閉じ込めることさえうまくいっておらず、この分野の研究は解決すべき問題が山積みだとのことです。

这些表现出量子效果的水的特性，从生物学到地质学，它将给几乎所有的领域带来影响。比如说，能够预想人们可以设计出更加有效果的海水净化装置，将海水净化为淡水。但是，现阶段人们还无法做到将水顺利地封闭起来，所以在这个领域的研究中需要解决的问题还堆积如山。

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