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水循環の魔法: 雲の凝結コアが気候にとってそれほど重要なのはなぜですか?
雲凝縮核 (CCN) は、水循環において重要な役割を果たし、大気中で水蒸気が液体の水に変化して雲を形成します。 CCN の存在は雲の形成に影響を与えるだけでなく、気候変動にも大きな影響を与えます。地球温暖化が深刻化するにつれ、将来の気候変動の影響を予測するためにCCNを理解することがますます重要になっています。
水蒸気が液体状態に変化するには、非気体表面が必要です。これは凝縮と呼ばれるプロセスです。
雲の凝結核の基本特性
雲の凝結核の直径は通常約 0.2 ミクロンで、これは雲滴の 100 分の 1 です。これらの粒子は、大気中の水蒸気の凝縮において中心的な役割を果たします。研究によると、大気中に CCN が存在しない場合、水蒸気の凝縮プロセスが遅くなり、-13 °C 未満の環境では数時間にわたって超低温のままになることさえあります。
雲の凝結核が存在しないと、水蒸気の凝結が大幅に遅れ、雲の形成と降水量に影響を与えます。
物理的および化学的特性
雲の凝縮核にはさまざまなサイズと組成があり、これは雲の液滴を効果的に形成する能力にとって重要です。これらは、海洋飛沫による海塩、森林火災による黒色炭素、火山活動による硫酸塩など、さまざまな自然現象から発生する可能性があります。これらの粒子の特性は水分を吸収する能力に影響を与え、それによって雲の形成と降水のメカニズムに影響を与えます。
硫酸塩と海塩の粒子は水分を吸収しますが、カーボン ブラックと鉱物粒子は水分を吸着する能力が比較的劣ります。
雲の凝縮核の豊富さ
雲の凝結核の数と種類は、降水量と雲の放射特性に直接影響します。研究が進むにつれ、科学者たちは、太陽活動の変化が雲の特性、ひいては気候にも影響を与える可能性があることを発見しました。
クラウド シーディング テクノロジー
クラウドシーディングは、大気中に小さな粒子を導入することによって雲の形成と降水を促進する技術です。この方法は航空または地上手段で実現でき、レーザーパルスの使用やドローンからの電荷放出などの新技術を含むさまざまな研究がその有効性を探ろうと試みています。ただし、これらの方法の有効性はさまざまであり、結果はまだ一貫していません。
クラウドシーディングに関する多くの研究では、降水量に関する統計的有意性を証明できていませんが、降水量が増加する傾向を示している研究もあります。
海洋雲明るくする技術
海洋雲の増光は、雲の反射率を高めて海洋表面への太陽光の曝露を減らし、表面温度を下げる気候工学技術です。ただし、この技術の導入には化学的な複雑さが伴う可能性があり、たとえば、海塩中の反応性塩素や臭素が大気中の他の分子と反応する可能性があり、オゾンやメタンへの影響を慎重に考慮する必要があります。
CCN と植物プランクトンの関係
雲の凝縮核の生成と植物プランクトンの間にはフィードバック ループがあります。 1970 年代の研究では、海洋の植物プランクトンによって生成される硫化ジメチル (DMS) が硫酸塩エアロゾルに変換され、雲の凝縮核となり、それによって気候制御に影響を与える可能性があることが示されました。しかし、海洋温度が変化すると、このサイクルが乱れ、不安定な強化フィードバックが生じる可能性があります。
火山活動が CCN に与える影響
火山の噴火により、大量の粒子が大気中に放出され、雲の凝結核の形成に影響を与えます。これらのガスや灰のうち、二酸化硫黄は主要成分であり、気候への影響は無視できません。火山の噴火によって放出される二酸化硫黄が硫酸塩に変換されると、地球規模の寒冷化を引き起こす可能性があることが研究で指摘されています。
毎年 9.2 Tg 近くの二酸化硫黄が火山から放出されており、地球の気候に重大な影響を与えています。
地球規模の気候変動が激化し続けるにつれて、気候システムにおける雲の凝結核の役割がますます明らかになってきています。雲の凝結核は、水蒸気変換の触媒であるだけでなく、雲の性質や降水パターンに影響を与える重要な要素でもあります。では、より詳細な研究を通じて気候変動を制御する解決策を見つけることはできるのでしょうか?
