火山噴火により成層圏の水蒸気が劇的に増加

Jul 31, 2023

2022 年 10 月 24 日 - David Hosansky 著

ラジオゾンデは、100 年前の技術を利用した気象学の地味な主力製品であり、科学者が大気について重要な発見を行えるようになりました。

国立大気研究センター（NCAR）の科学者ホルガー・フェメル氏が主導する科学分野の新しい国際研究は、世界中のラジオゾンデからのデータを利用して、1月の海底火山の噴火により成層圏の水蒸気量が世界全体で増加したことを示した。

観測技術の利用の専門家であるヴォーメル氏にとって、この発見は、電池式気象計器を気球に乗せて世界中の場所から 1 日に 1 ～ 2 回飛行させることの永続的な有用性を実証するのに役立ちました。 ラジオゾンデは、温度、相対湿度、風、その他の大気パラメータを測定するために 1930 年代から導入されてきました。 しかし、一部の国はコストを節約するために衛星の使用を削減し、代わりに衛星やその他の新しいテクノロジーに依存しており、そのうちのいくつかは耐用年数の終わりに近づいています。

「これは実に見事なデータセットであり、これは大規模なラジオゾンデのネットワークがあるからこそ実現したのです」とヴォーメル氏は語った。 「成層圏は非常に乾燥しているため、ラジオゾンデで成層圏の湿度を調べようとは誰も考えませんが、一部のラジオゾンデは、今回の噴火のような極端な現象でも機能することができます。」

この研究は米国国立科学財団から資金提供を受けました。

このような水蒸気の衝撃が地球の気候システムに及ぼす影響はおそらく小さいが、これまでよく研究されてきた地上火山の噴火とは異なる。 水蒸気は地表からの熱が宇宙に逃げるのを防ぐため、おそらく数年間は温暖化にわずかな影響を与えるでしょう。 また、地球を紫外線から守るオゾン層の回復をわずかに遅らせる形で化学に影響を与えるだろう。 しかし、その効果は一時的なものになるだろうとフェメル氏は言う。

むしろ、この発見の主な重要性は、地表から約5～12マイル上空で始まる成層圏への影響の大きさに関係している。 2022年1月15日に南太平洋にあるフンガ・トンガ・フンガ・ハアパイの水中噴火は、地表から約500フィートの深さで発生した。 溶けた岩石からの強烈な熱によって海水は蒸気に変わり、火山ガスや火山灰とともに海上から 58 キロメートル（36 マイル）もの高さまで上昇しました。 この火山は津波を引き起こし、島国トンガの近隣地域を壊滅させ、遠く日本とアメリカ大陸にまで到達した。

噴火から数日以内に、NOAA の科学者チームが、南半球の成層圏化学に対する噴火の影響を測定するために、フェメルが設計したものを含む一連の特殊な機器を携えてインド洋のレユニオン島に集結しました。 彼らの発見の中には、噴火現場から数千マイル離れた成層圏の水蒸気レベルが358ppmもの高さであったことが挙げられる。 これは、一般的なレベルである 5ppm を上回る驚異的な増加でした。

興味をそそられたヴォーメル氏は、この地域の国々が打ち上げたラジオゾンデのデータを調べ始めた。 噴火から1日も経たないうちにフィジーから噴煙に向けて発射されたラジオゾンデの1つでは、1,300ppm以上の水蒸気レベルが検出され、オーストラリア東部のラジオゾンデでは2,900ppmのレベルが示された。

「これは本当に驚くべきことでした」とヴォーメル氏は語った。

フンガ・トンガ・フンガ・ハアパイ噴火の世界的な影響を詳細に明らかにしようと決意した彼と共著者らは、ワイオミング大学とNCARが保管していたラジオゾンデデータの別々のリポジトリに目を向けた。 研究者らは、噴火によって少なくとも50テラグラム（5000万トン）の水蒸気が成層圏に注入されたことを発見した。 彼らの計算では、成層圏の水蒸気の量が地球全体で 5% 以上増加していることが示されました。

比較すると、フィリピンのピナツボ山のような地上火山の噴火では、水蒸気ではなく、大量の灰やその他の粒子が成層圏に注入されます。 粒子が太陽光の侵入を遮断し、気候に冷却効果を及ぼすため、これは地球の気温に逆の影響を及ぼします。

ラジオゾンデは、多数の場所で大気の詳細なスナップショットを提供し、上昇するさまざまな高度で非常に正確な観測を提供するため、研究にとってラジオゾンデは非常に重要であるとフェメル氏は述べた。 衛星機器には大気の広範囲にわたる測定という利点がありますが、ラジオゾンデの高密度ネットワークは大気状態の詳細を記入し、衛星観測を検証するために重要です。

「衛星は、私たちの地球に関する情報を提供し、私たち全員の安全を守るために必要な天気予報にデータを入力するために、絶対に不可欠です」とフェメル氏は述べた。 「しかし、ラジオゾンデは1世紀近くにわたって重要な観測を行ってきており、気象システムを観測する私たちの能力においてラジオゾンデは依然として重要な要素であることを忘れてはなりません。」

タイトル：フンガ・トンガ・フンガ・ハアパイによる成層圏への水蒸気注入著者:ホルガー・ヴォーメル、ステファニー・エヴァン、マット・タリージャーナル：科学

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