長大立坑を用いた雲の汚染・変質過程の実規模実験研究

1999 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): 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) ; 内山 政弘 国立環境研究所, 大気圏環境部, 主任研究員 (20160294)
• Keywords: 長大立坑 / 雲の汚染 / エアロゾルの噴霧 / 雲粒粒径分布 / 電子顕微鏡測定 / 鉱物粒子 / エネルギー分散型X線分析装置 / 硫酸への酸化速度

Research Abstract

本研究では、酸性雨生成の最も基本的な過程である大気汚染物質の取り込みによる雲粒の酸性化過程について、岩手県の釜石鉱山日峰鉱中央立坑(観測深度430m)を用い実規模での実験的検証を行った。
本年度は、まず立坑の坑底(高度250mレベル)から、産業用の加湿器を用い、水酸化ナトリウム粒子および亜硫酸水素ナトリウム粒子を噴霧した。発生・噴霧したエアロゾルの粒径は0.02〜5μmで、最多粒径は0.1〜0.5μmであった。また、坑底で噴霧したエアロゾルの約3〜5.5%が坑頂に達していた。エアロゾルを添加しない場合の雲粒の粒径分布は最多粒径が7μmであり、坑底でエアロゾルを添加した場合には、坑頂で観測される雲粒の粒径分布は大粒径側に広がるが、最多粒径は変化しなかった。
次に、個々の雲粒の採取および分析を行った。すすを付着させたテフロンベルトを回転させ、雲粒を慣性衝突により付着させた。サンプリング後アルゴンイオンスパッタリングで白金パラジウムコーティングを行い、走査型電子顕微鏡により観察し、エネルギー分散型X線分析装置で元素分析した。その結果50%以上の雲粒が、噴霧したエアロゾルを含んでいたが残りの粒子は炭酸カルシウム等を含んでおり、炭酸カルシウム粒子あるいは表面に炭酸カルシウムを含む鉱物粒子も雲核として作用している可能性があることがわかった。
亜硫酸水素ナトリウムエアロゾルを坑底より噴霧・注入した場合、坑底および坑頂での雲粒中の亜硫酸イオンと硫酸イオンの比はほとんど同じで、光のない立坑内では亜硫酸から硫酸への酸化はほとんど進行しないことがわかった。このことは、照射装置を立坑内に導入することにより、実規模での雲粒内光化学反応実験が可能となることを示唆している。