霜と霜柱が出来る理由

霜というのは、地表近くの空気中に含まれる水蒸気が氷になったものです。夜間駐めておいた車のガラスやボンネットの表面が白くなっているのを見かけると思いますが、これが霜です。

霜は身近な水がおもしろい現象を引き起こす例です。
と言うのは、お湯を沸かすと“やかん”の口から湯気が出ます。
これは水が沸騰して気体の水蒸気になり、この水蒸気が周囲の冷たい空気に触れて細かな水滴になるために白く見えます。
普通、このように気体の水蒸気は液体の水になり、更に冷やすと固体の氷になります。
ところが、霜の場合は気体から液体をパスして固体の氷になります。
気体から固体状態になることを「昇華」と言います。
逆に、固体状態から直接気体になることも「昇華」と言います。

霜は農家や園芸趣味の方には大敵です。
「遅霜」と言って、日中が暖かくなった春、夜間、地表付近の気温が突然低くなって葉や花を凍らせてしまうからです。
霜の害を防ぐには、気温が低くなりそうな夜には畑で焚き火をして地表付近の空気を温めたり、扇風機のようなもので空気をかき混ぜて冷たい空気が淀まないようにします。

霜が空気中の水蒸気が凍った霜に対して「霜柱」は、地表近くの土に含まれている水が凍ったものです。
地面表面付近の温度は氷点下でも、地中の温度は表面より温かく氷点下以上あります。
このため、地中に含まれる水は毛細管現象によって地表近くに上がってきます（下図Ａ）が、地面表面付近が氷点下のために凍ってしまいます（下図Ｂ）　地中の水は毛細管現象によって地表に上がり続け、氷は成長し続け、また、水は凍ると体積が増えるので地表の土を持ち上げます（下図Ｃ）

これが「霜柱」です。
霜柱も農家や園芸趣味の方には大敵です。地中は温度が高く凍らないので植物の根は生きていられますが、霜柱が立って土が持ち上げられると冷たい空気が根に当たってしまうからです。また、種が霜柱によって表面に出て、風雨で飛ばされたり流されたりしてしまうからです。
＊毛細管現象というのは液体の表面が小さくなろうとする性質（表面張力）によって細い管を上昇する現象を言います。