雨の後、空気中の小さな粒子が減ることがあります。空中に浮かぶ粒子はエアロゾルと呼ばれ、雨などによって地表へ運ばれる経路があります。ただし、雨が降れば粒子が全部なくなる、雨水が薄ければ落ちた粒子の量も少ない、と決めることはできません。
雲の中と、降る途中の取り込み
粒子は雲粒ができる過程に関わり、降水とともに除かれることがあります。また、降る雨が途中の粒子を取り込む経路もあります。この記事では細かな仕組みを一つに決めず、空気から雨水へ、そして地表へ粒子が移る収支に注目します。
雨水の試料を分析してある成分が見つかっても、それがすべて同じ地域の空気から取れたとは限りません。空気や雲が移動するためです。どこで、どの期間に採取した雨水かを明記し、観測地点へ落ちた量と発生源の特定を分けて考えます。
濃さと総量は別の指標
1Lあたりに含まれる量が多い雨水でも、雨そのものが少なければ、地面へ落ちた総量は小さい場合があります。逆に薄い雨が大量に降れば、総量は大きくなります。濃度だけを見て「今日は多く落ちた」と判断しないことがポイントです。
面積1平方mに雨量1mmの雨が降ると、水量は1Lになります。水深0.001m×面積1平方m＝0.001立方mで、これが1Lです。この対応を使うと、雨水の濃度mg/Lと雨量mmから、単位面積あたりに落ちた成分量を計算できます。
例題1 薄い雨の方が総量は多い？
ある成分の雨水中の濃度は、日Aが2mg/Lで雨量5mm、日Bが0.5mg/Lで雨量30mmでした。面積1平方mへ落ちた成分の量をそれぞれ求め、どちらが多いか答えなさい。採取中の損失はありません。
答え・解説： Aの水量は5Lで、2×5＝10mg。Bは30Lで、0.5×30＝15mgです。濃度はAの方が高いのに、総量はBの方が5mg多くなります。濃度を比べる問いと、落ちた量を比べる問いでは、見る数が違います。
例題2 降り始めと後半を合わせる
同じ面積で集めた雨水が、前半10Lで濃度3mg/L、後半30Lで濃度1mg/Lでした。二つを混ぜた濃度を求めなさい。成分は反応せず、水の体積は足せるものとします。
答え・解説： 成分量は前半30mg、後半30mgで合計60mg。水は40Lなので、60÷40＝1.5mg/Lです。(3＋1)÷2＝2mg/Lは、二つの水量が同じ場合の計算です。濃度を先に平均するのではなく、量へ直してから合計します。
雨の前後の空気を比べるとき
空気中の濃度が雨の後に低下していても、雨だけが原因とは限りません。風向が変わり別の空気が来た、排出する活動が変わったなどの可能性もあります。雨水への取り込みを調べるには、雨量、風、空気の観測などを合わせて考えます。
逆に、雨が降っても測定した粒子濃度が下がらないことから、取り込みが全くなかったと断定もできません。除かれる一方で新しい粒子が供給されれば、濃度が保たれる場合があります。入る量と出る量を両方考える収支の視点が役立ちます。
雨水に溶けた成分と浮いた粒
採取した雨水には、溶けた成分と固体の粒子が含まれる場合があります。ろ過した後の液だけを調べたのか、全体を分析したのかで値の意味が異なります。「雨水に含まれる量」という表題だけで、測定方法を省略しないようにします。
また、採取容器にあらかじめほこりが付いていれば、雨から来た量へ混ざります。空の容器の確認や、雨が降る時だけふたを開ける方法などが、測定の目的に関わります。降っていない間に落ちた粒まで集める場合には、雨による除去だけの値とは呼べません。
単位を合わせて読み戻す
mg/LにLを掛ければmgになり、1平方mでの採取ならmg/平方mとして示せます。採取面積が違う二つの容器では、集まった総量をそのまま比べず、面積あたりへ直します。小さな容器の値が小さいだけで、周囲の空気がきれいだったとは判断できません。
この題材では「雨が空気を洗う」という日常の言い方を、量の移動として詳しくします。雨水の濃さ、降った水量、空気の濃度を別の欄へ書き、問いに必要な組合せを選びましょう。割合と単位の基本が、環境の資料を読む力につながります。
途中で採取瓶を交換する意味
降り始めと後半を分けて採ると、時間とともに濃度が変わる様子が分かります。最初から一つの瓶へ混ぜれば一雨全体の平均は分かりますが、どの時間帯が濃かったかという情報は失われます。必要な答えに合わせて採取の区切りを設けることが大切です。
同じ十分間ごとの採取でも、降った水量が等しいとは限りません。時間をそろえた試料の濃度を単純平均しても、一雨全体の濃度にはならない場合があります。それぞれの瓶の水量を使い、成分の量をいったん求めてから足し合わせます。
また、容器の口の面積が200平方cmなら、1平方mの50分の1です。そこで集まった量を面積あたりへ直すには50倍しますが、濃度そのものを50倍するわけではありません。採取面積は総量へ関係し、mg/Lという濃度は雨水の中の比を表しています。この二種類の数を取り違えないようにします。
雨水で測った総量が減っても、空気中のすべての粒子について同じ結果だとは限りません。分析対象の成分を示す名前を残し、資料にない粒子まで結論を広げない読み方を身につけましょう。