遠くの山がかすんでいる写真を見て、「空気が黄色いから、黄色い気体が流れてきた」と説明していませんか。黄砂で運ばれるのは、地表から巻き上げられた細かな土や鉱物の粒子です。空気に混じって長い距離を移動しても、気体になったわけではありません。まず、運ぶ空気と、運ばれる物を分けて考えましょう。
見えないほど小さくても、粒子は粒子
砂つぶなら机の上で見分けられるのに、空に浮かぶと境目が分かりません。そこで「見えない物は気体」と結び付けると、問題の出発点がずれます。小さな粒子が空気中に浮かんでいる状態は、物質が蒸発した状態と同じではありません。風に乗ることと、状態変化することも別です。
黄砂の説明では、発生場所、巻き上がる条件、上空の風、地上への到達という順番を追うと整理できます。発生地で多く舞い上がった日と、日本で多く観測された日が必ず同じになるわけではありません。移動に時間がかかり、途中で降水に取り込まれたり、地面に落ちたりもするからです。発生量だけで到着する量を決めないことが大切です。
黄砂とPM2.5は、分類の物差しが違う
黄砂は主に由来に着目した呼び方です。一方、PM2.5は粒の大きさに関する分類です。したがって「黄砂かPM2.5か、必ずどちらか一つ」という選び方にはなりません。黄砂に含まれる粒子にも細かなものがあり、二つの分類が重なる部分があります。ただし、黄砂の全てがPM2.5なのでも、PM2.5の全てが黄砂なのでもありません。
ここは図鑑の名前を増やすより、「何を基準に分けた名前か」を言葉にする練習が有効です。産地で分けたリンゴと、重さで分けたリンゴを同じ表に置く場合を想像してみてください。一つの物に、異なる基準の名前が同時に付くこと自体は不思議ではありません。
例題1｜粒の個数が2倍なら、重さも2倍？
同じ体積の空気を採り、模型の粒子を数えました。Aには12個、Bには24個ありました。粒の大きさと密度はそろっていません。「Bの粒子の合計の重さはAの2倍」といえますか。
答え・解説： いえません。2倍と分かるのは個数です。小さな粒24個の方が、大きな粒12個より軽い場合もあります。個数から合計の重さへ進むには、一粒ごとの重さについての条件が必要です。同じ大きさでも材質や密度が違えば、重さまで等しいとは限りません。
問題文で「同じ体積」とそろえているのは、比較する空気の量です。それだけで粒子一個の条件までそろったことにはなりません。何の条件をそろえたのか、名詞を付けて読みましょう。比較実験では「同じ」という言葉の直後を省略しないだけで、判断がかなり安定します。
例題2｜集めた量が多い方が、濃い？
架空の測定で、Aでは空気2㎥から粒子60μg、Bでは空気1㎥から粒子45μgを集めました。どちらも同じ方法で対象の粒子を全て回収できたとします。空気1㎥当たりの粒子の重さが大きいのはどちらですか。
答え・解説： Bです。Aは60÷2＝30μg/㎥、Bは45÷1＝45μg/㎥です。回収した合計量はAの方が多くても、空気の体積をそろえるとBの方が大きくなります。この数値は濃度の計算用で、実際の観測値や健康影響の基準ではありません。
μgは重さを表す単位、㎥は体積を表す単位です。分数の上だけを見るとAを選びやすくなります。牛乳の値段を容器一本で比べる前に容量を確認するのと同じで、ここでは「空気何㎥分の値か」を先に確かめます。濃度の比較では、採取時間だけでなく通した空気の量も関係します。
見通しの悪さだけで濃度を決めない
写真のかすみが濃いからといって、粒子の重さの濃度がちょうど2倍、とは読めません。光の散らばり方には粒の大きさや性質が関わり、湿度などの条件も影響します。カメラの露出、背景、距離が違う写真なら、見た目の比較にはさらに注意が必要です。
観察したことは「遠くの山が見えにくい」。そこから考える原因の候補が「空気中の粒子など」。測定して初めて言えることが「特定の粒径の粒子の濃度」です。この三段階をつなぐ途中を飛ばさないようにしましょう。粒子という言葉を知ることより、観察だけで言える範囲を守ることが、資料問題では役に立ちます。
岩石が細かくなる過程は風化と侵食へ。空気中の粒子とは場面が異なりますが、粒と溶けた物を区別する練習には遠心分離と上澄みもつながります。
測定表を自分で作るなら、「採った空気の体積」「回収した粒子の重さ」「割り算で求めた濃度」を別々の列にします。直接量った値と計算した値を分けるためです。機器の測る粒径の範囲が違えば、同じ場所の資料でも数値が一致するとは限りません。資料名にある粒子の種類や対象範囲まで読む習慣を付けましょう。