毎年、世界の乾燥地域から膨大な量の鉱物粉塵が大気中に放出されており、粉塵は大気中に最も豊富な種類のエアロゾル粒子の 1 つとなっています。
これらの小さなエアロゾル粒子は、大気の上空で巻雲として知られる繊細な薄い氷の雲の形成において驚くほど大きな要因です。科学者たちは砂漠の塵の粒子が雲の種となることを知っていますが、この関係がどの程度のものなのかは長い間疑問でした。
雲の形成における砂漠の塵の重要性
氷は 2 つの方法で巻雲を形成します。均一核生成では、液体の水滴は適切な条件に遭遇すると自然に凍結します。不均一核生成では、二次粒子 (ダスト粒子など) が周囲に氷の結晶が形成される場所を提供します。この後者の経路は幅広い条件で機能しますが、適切な破片の存在が必要です。
塵によって引き起こされる巻雲は驚くほど豊富で、熱帯地方以外のすべての巻雲の 34 ～ 71% を占めています。巻雲は、高く、繊維状の、白い、薄い雲として分類され、その高度は 7 ～ 18 km の間で変化します。
これまで研究者らは、高高度では気温が低く、氷の核となる粒子が欠如しているため、巻雲の氷の結晶は主に均一な核生成によって形成されると考えていた。
研究者らは、塵流入気圧嵐システム (DIBS) と呼ばれる強い嵐が巻雲の形成に果たす役割をテストしました。これらの嵐は、熱いコンベアベルトを介して塵の粒子を地表から大気中に持ち上げます。
衛星データを使用したこれまでの研究では、DIBS 雲の頂上が巻雲に似た珍しい性質を持っていることが明らかになりました。新しい研究では、科学者たちは衛星データとモデリングを使用して、DIBS巻雲の非常に高濃度の氷の結晶が不均一な凍結によって形成されることを示しました。
世界最大の粉塵排出装置
この研究は、2017 年 5 月にで開催された DIBS イベントのデータに基づいています。4つの別々の気象衛星によって記録されました。画像、分光、レーダー、ライダーのデータによると、2017 年の嵐では、粒子サイズが 10 ～ 30 マイクロメートルの範囲で、1 立方センチメートルあたり 1 ～ 10 個の粒子という非常に高濃度の氷の粒子が生成されました。
これらのデータは、天気予報モデル(WRF-Chem) で使用されました。著者らはこのモデルを 2 つの構成で実行しました。1 つは温度のみに依存する単純なモデルで、もう 1 つは核生成粒子の表面積などの追加要素を含むより複雑なモデルです。
JGR Atmospheresに掲載された研究の著者らは、より洗練されたパラメータ化が単純なモデルよりも雲の観測とより厳密に一致していることを発見しました。新しい、より複雑なモデルでは、氷の粒子の濃度が 10 ～ 100 倍大きくなり、粒子のサイズが大きくなりました。 2～3倍小さくなります。
著者らによれば、これらの発見は、DIBS中の氷の結晶がダスト粒子の不均一な核形成によって形成されることを示しているという。サハラ砂漠は圧倒的に世界最大の塵の排出源ですが、中央アジアの砂漠はしばしば巻雲形成のより重要な発生源です。雲の生成に関して、特定の砂漠は他の砂漠よりもはるかに効率的です。
