長大立坑を用いた雲の汚染・変質過程の実規模実験研究

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09450195
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 太田 幸雄 北海道大学, 大学院・工学研究科, 教授 (00100058)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 内山 政弘 国立環境研究所, 大気圏環境部, 主任研究員 (20160294) ; 福山 力 国立環境研究所, 大気圏環境部, 室長(研究職) (90011642) ; 山形 定 北海道大学, 大学院・工学研究科, 助手 (80220242) ; 村尾 直人 北海道大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (00190869)
• Keywords: 長大立坑 / 雲の汚染 / 亜硫酸の酸化速度 / 雲粒内酸化速度 / 硫酸 / 二酸化硫黄ガス / 水蒸気の凝結 / 雲粒溶液の希釈

Research Abstract

岩手県の釜石鉱山日峰鉱の中央立坑(観測深度430m:高度250〜680mレベル間を使用)を用いて、雲の汚染・酸性化過程に関する実規模実験を行った。立坑上部にファンを設置し、立坑内の上昇気流の流速を変化させて雲粒の生成量を変化させた。立坑下部においてミスト噴霧器により塩化ナトリウム水溶液ミストあるいは亜硫酸水素ナトリウム水溶液ミストを噴霧した。立坑上部において、雲粒、エアロゾルおよび二酸化硫黄ガスを捕集し、雲粒およびエアロゾル中の亜硫酸、硫酸イオン濃度の分析と、二酸化硫黄ガス濃度の分析を行い、それらの結果から雲粒内での亜硫酸から硫酸への酸化速度を測定した。まず、ミストを噴霧した場合としなかった場合との比較から、本実験においては噴霧されたミストが坑頂まで到達していること、ミスト噴霧時には立坑空気内のバックグラウンド粒子の寄与は無視できることが分かった。次に雲粒内での亜硫酸イオンの酸化速度を求めた。本実験で得られた酸化反応速度は、実験室内で初期雲粒中の亜硫酸イオン濃度程度の水溶液で求められている値よりも3〜4桁大きかった。これは、水蒸気の凝結により雲粒溶液が希釈されていく過程を考慮すると妥当なものと考えられる。このことから、雲粒内での酸化反応に対して、水蒸気の凝結または蒸発による溶液の希釈または濃縮効果が極めて大きいことが分かった。今後は、(1)実大気中での濃度に近い領域で酸化反応速度を求めること、(2)オゾンや過酸化水素等の各種酸化剤の影響を評価すること、および(3)大気中での化学反応の原動力である太陽光を模擬した光照射下で実験を行なうこと、等が重要である。