真珠母雲

真珠母雲と極成層圏雲：オゾン層と輝く氷の粒子の物語

真珠母雲、その名は美しく輝くその姿を表しています。高度15～30kmの成層圏に現れるこの雲は、真珠貝のような虹色の光彩を放ちます。この美しい輝きは、極成層圏雲と呼ばれる雲の一種であり、その中でも水の氷の粒子が主な構成要素である場合に特有の現象です。

極成層圏雲の形成：極渦と極低温

極成層圏雲は、極めて低温の環境で形成されます。具体的には、気温が約-78℃を下回る極低温が必要です。成層圏は高度が高くなるほど気温が低くなる傾向にありますが、特に下部成層圏では平均気温が-45℃から-75℃と低く、極渦と呼ばれる、冬に極域の上空で発達する強風帯の内側では、さらに気温が低下します。

極渦は、南極の方がより安定して存在するため、南極で極成層圏雲が多く発生します。一方、北極では極渦が不安定になりやすく、発生頻度は低くなります。これは、南極大陸が海に囲まれているのに対し、北極はユーラシア大陸や北アメリカ大陸に接しているため、山岳地形の影響によるプラネタリー波が極渦を乱すことが原因です。

極渦内で気温が極端に低くなるのは、極夜期間の長い日照時間不足による放射冷却と、極渦自体が周囲の大気の移動を阻害するためです。冷気が蓄積され、極低温環境が維持されるのです。

極成層圏雲の組成：氷と硝酸の共存

極成層圏雲の組成は、気温によって変化します。

-78℃以下では、[硝酸]と[水]が同時に凝縮し、硝酸三水和物(HNO3・3H2O)の粒子を形成します。粒子の大きさは1～10μm程度ですが、核生成速度が遅いため、粒子密度は低くなります。
-81℃以下では、微小な硫酸エアロゾルを核として、硝酸と水が凝縮し、硝酸三水和物に硫酸が混ざった過冷却液滴が形成されます。この液滴の大きさは1μm未満です。
* -85℃以下では、水の氷の粒子が主要な構成要素となります。このとき、上空の硝酸は既に凝縮反応で消費されているため、氷の粒子が主に形成されます。

かつては、硝酸と水からなる雲（タイプI）と氷からなる雲（タイプII）に分類されていましたが、近年では様々な組成の粒子が存在することが明らかになり、この分類は用いられなくなっています。

極成層圏雲とオゾン層：塩素の触媒作用

極[成層圏]]雲は、オゾン層破壊に深く関わっています。極夜の間、極成層圏雲の粒子表面では、硝酸塩素]や[塩化水素]などの安定な[[塩素化合物が反応し、塩素分子(Cl2)が生成されます。この塩素分子は極渦内に蓄積されます。

その後、春になって日射が戻ると、塩素分子が光によって分解され、活性塩素原子になります。この活性塩素原子が触媒として働き、オゾンを分解するのです。極渦の安定性や気温の変動は、極成層圏雲の発生範囲や期間、ひいてはオゾン層破壊の程度に影響を与えます。そのため、南極の昭和基地などでは、極成層圏雲の観測がオゾン層破壊の監視にも役立てられています。

真珠母雲の観測：美しい光彩とレンズ状の形態

真珠母雲は、巻雲や高積雲の彩雲と似ていますが、雲全体に光彩が見られる点が異なります。太陽高度が低い時に最も鮮やかな色彩を見せ、日没後もしばらくは明るく輝き続けます。日没後は鮮やかな色からオレンジ、ピンクへと変化し、徐々に暗くなっていきます。日の出時は逆の変化が見られます。月明かりがあれば、夜間でも観察できることがあります。

真珠母雲は、多くの場合、レンズ状やうねり状をしています。これは、成層圏を伝播する重力波の影響によるもので、山脈の風下などでよく見られます。また、光彩が見えるのは、雲を構成する氷の粒子が大きさの揃った球状で、光の回折や干渉によって分光が起こるためと考えられています。

真珠母雲は高緯度地域で冬季に発生し、南極で多く見られますが、北極圏、スカンジナビア半島、イギリス、ロシア、アラスカ、カナダなどでも観測されています。硝酸を主体とする極成層圏雲は、粒子が小さく密度が低いため、肉眼での観測は困難です。

真珠母雲は、その美しい姿だけでなく、オゾン層の研究においても重要な役割を担っています。今後も、その観測と研究は続けられていくでしょう。

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