マイクロプラスチックが天候を悪化させている可能性

この記事は クリエイティブ・コモンズ・ライセンスに基づきThe Conversation から転載されました。

雲は、大気中の目に見えない気体である水蒸気が塵などの微小な浮遊粒子に付着し、液滴または氷結晶に変化することで形成されます。新たに発表された研究では、マイクロプラスチック粒子も同様の効果をもたらし、マイクロプラスチックを含まない水滴よりも5～10℃（9～18°F）高い温度で氷結晶を生成する可能性があることを示しました。

これは、空気中のマイクロプラスチックが、通常は雲が形成されないような状況で雲を発生させ、天候や気候に影響を及ぼす可能性があることを示唆している。

私たちは大気化学者であり、さまざまな種類の粒子が液体の水と接触するとどのように氷が形成されるかを研究しています。大気中で常に起こっているこのプロセスは、核生成と呼ばれています。

大気中の雲は、液体の水滴、氷の粒子、あるいはその両方の混合物で構成されています。気温が華氏32度からマイナス36度（摂氏0度からマイナス38度）の中層大気から上層大気の雲では、通常、乾燥した土壌からの鉱物塵粒子や、花粉やバクテリアなどの生物粒子の周囲に氷結晶が形成されます。

マイクロプラスチックは幅5ミリメートル未満、鉛筆の消しゴムほどの大きさです。中には顕微鏡でしか見えないほど微細なものもあります。科学者たちは、南極の深海、エベレスト山頂、そして南極の新雪でマイクロプラスチックを発見しています。これらの破片は非常に小さいため、空気中を容易に移動します。

雲は地球の複雑な気象システムの重要な部分であり、降水量、気温、気候に影響を及ぼします。

なぜそれが重要なのか

降水のほとんどは通常氷の粒子から始まるため、雲の中の氷は天気と気候に重要な影響を及ぼします。

世界中の非熱帯地域では、雲頂が大気圏まで十分に高く伸びているため、冷たい空気によって水分の一部が凍ります。そして、氷が形成されると、周囲の水滴から水蒸気を奪い、結晶は落下できるほど重くなります。氷が形成されない場合、雲は雨や雪を降らせるのではなく、蒸発する傾向があります。

小学校では水は華氏32度（摂氏0度）で凍ると習いますが、必ずしもそうではありません。塵粒子など、核となるものがなければ、水は凍る前に華氏-36度（摂氏-38度）まで過冷却されることがあります。

気温が高い状態で凍結するには、水に溶けない何らかの物質が水滴内に存在する必要があります。この粒子が最初の氷結晶が形成される表面を提供します。マイクロプラスチックが存在すると、氷結晶の形成を引き起こし、降雨量や降雪量の増加につながる可能性があります。

雲は気象や気候にも様々な影響を与えます。地表に降り注ぐ太陽光を反射して冷却効果をもたらし、地表から放射される放射線の一部を吸収して温暖化効果をもたらします。

反射される太陽光の量は、雲に含まれる液体の水と氷の量によって決まります。マイクロプラスチックによって雲内の氷粒子の量が液体の水滴の量よりも増加した場合、この変化率は地球のエネルギーバランスに対する雲の影響を変える可能性があります。

私たちの仕事のやり方

マイクロプラスチックの破片が水滴の核として機能できるかどうかを検証するため、大気中に最も多く存在する4種類のプラスチック、すなわち低密度ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリエチレンテレフタレートを使用しました。それぞれのプラスチックを、未処理の状態と紫外線、オゾン、酸に曝露した後の両方で試験しました。これらはすべて大気中に存在し、マイクロプラスチックの組成に影響を与える可能性があります。

マイクロプラスチックを小さな水滴に懸濁させ、ゆっくりと冷却することで凍結の様子を観察しました。また、氷核形成はマイクロプラスチックの表面化学組成に依存する可能性があるため、プラスチック片の表面を分析して分子構造を解明しました。

私たちが研究したプラスチックのほとんどでは、液滴の50%が華氏-8度（摂氏-22度）まで冷却されると凍結しました。これらの結果は、カナダの科学者による最近の別の研究結果と一致しており、この研究でも、一部のマイクロプラスチックは、マイクロプラスチックを含まない液滴よりも高い温度で氷の核を形成することが示されています。

紫外線、オゾン、酸への曝露は、粒子上の氷核形成活性を低下させる傾向がありました。これは、氷核形成がマイクロプラスチック粒子表面の小さな化学変化に敏感であることを示唆しています。しかし、これらのプラスチックは依然として氷核形成を担っているため、雲中の氷の量に影響を与える可能性があります。

まだわかっていないこと

マイクロプラスチックが気象や気候にどのような影響を与えるかを理解するには、雲が形成される高度におけるマイクロプラスチックの濃度を知る必要があります。また、鉱物ダストや生物粒子など、氷の核となる可能性のある他の粒子と比較して、マイクロプラスチックの濃度を把握し、マイクロプラスチックが同程度存在するかどうかを把握する必要があります。これらの測定により、マイクロプラスチックが雲の形成に与える影響をモデル化することが可能になります。

プラスチック片には様々なサイズと組成のものがあります。今後の研究では、可塑剤や着色剤などの添加剤を含むプラスチックや、より小さなプラスチック粒子も対象とする予定です。