砂嵐の仕組み

砂塵嵐はどこで発生しますか?

ある地域での土壌の浸食と別の地域での堆積は、太古の昔から私たちの地球規模の生態系で役割を果たしてきたプロセスです。砂嵐は、それが引き起こす大惨事として見出しを飾りますが、その発生が必ずしも破壊と騒乱の物語であるわけではありません。たとえば、毎年 2,000 万トンの塵がサハラ砂漠のボーデレ窪地からアマゾン盆地に運ばれ、熱帯雨林に必須のミネラルと栄養素を供給して肥沃と繁栄を維持しています [出典: ]。

数分しか続かないサイクロンのような小さな粉塵の爆発から、ハリケーンに近い速度で 50 日間連続して粉塵が吹き続ける嵐まで、砂嵐は気候、天候、風の組み合わせによって発生します。中央アジア、北アメリカ、中央アフリカ、オーストラリアは砂嵐が最も多く発生する地域ですが、条件が整えばどこでも発生する可能性があります。

砂嵐に必要な最初の要素、つまり粉塵の発生源は、気候に大きく依存します。理想的な粉塵源は、土壌の組成が非常に乾燥しており、表面に緩く保持されている地域に発生します。これは乾燥地域および半乾燥地域で最も一般的に発生し、通常は長期にわたる干ばつの後に発生します。湿気は土壌をコンパクトに保ち、植生を維持するのに役立ち、通過する風に吹き飛ばされるのを防ぎます。当然のことですが、砂漠では砂嵐が頻繁に発生します。しかし、辺縁の乾燥した土地は、大規模な砂嵐の発生源となることが増えています。これらの地域の生態系は脆弱で、微妙にバランスが取れています。砂漠化と呼ばれるその劣化により、長期にわたる干ばつの際に土壌の風に対する耐性が低下します。砂漠化は自然に起こることもあります。たとえば、ボデレ窪地は、かつてチャド北部にあった大きな淡水湖であった自然の乾燥した湖底です。現在、毎年冬には、干上がった湖から 1 日平均 0.7 トンの塵が吹き上げられています [出典: ]。

しかし、人間の活動によって砂漠化が進むことが増えています。過剰な動物の放牧、木材の伐採、農法は乾燥地の表土を剥ぎ取り、枯渇させます。これらの地域で干ばつが発生したとき、そして最終的には干ばつが発生するとき、必要なのは適切な天候だけであり、砂嵐が発生することになります。

では、砂嵐はどのようにして発生するのでしょうか?まず、風がどのように粉塵を空気中に取り込むかを調べ、その後、気象パターンが粉塵が空中に浮遊した後にどうなるかを決定する方法を調べます。

粉塵はどのようにして空中に浮遊するのでしょうか?

風がなければ、ほこりは通常、地面に残ります。風が塵の舞い上がりを引き起こす力であることは間違いありませんが、追加の物理的および電気的力がプロセスを加速します。

風が塵源の上を通過すると、緩く保持されている砂や塵の粒子が移動します。土が乾いていれば、動き出すのにそれほど時間はかかりません。地表を混乱させるには、風速の閾値が時速約 9 マイル (時速 14.5 キロメートル) であれば十分です [出典: 国連]。もちろん、これほど低い風速が必ずしも嵐を引き起こすわけではありませんが、事態を巻き起こすのにどれほど小さな力しか必要としないのかがわかります。

風が粒子を動かす方法は、粒子のサイズと重量によって異なります。最小の粒子 (直径 0.002 ミリメートル未満) は空気中に容易に浮遊し、最大の粒子 (0.5 ミリメートル以上) は地面の表面に沿って転がり、この動きは「クリーピング」と呼ばれます。ただし、粉塵の排出に最も大きな影響を与えるのは、これら 2 つのサイズ間の粒子の移動です。これらの粒子は一時的に持ち上げられ、風上の表面に跳ね返ります。表面に当たると跳ね返ります。また、周囲の粒子に対して連鎖反応を引き起こします。

表面の粒子をピンポン玉と考えてください。風力によって推進された 1 つのボールが他のボールに跳ね返ると、他のボールも跳ね返されます。ピンポン球が水面に当たるたびに、風の有無に関係なく、追加のボールが空中に浮遊します。もちろん、ボールが空中に浮くと、風力の影響を受けやすくなります。この集団的な行為はソルテーションと呼ばれます。塩を含む粒子は、そのサイズに応じて空気中に高く持ち上げられます。シルトとも呼ばれる塵の粒子は、直径が 0.002 ～ 0.05 ミリメートルです。

懸濁液中の非常に小さな粒子はそれ自体で問題を引き起こしますが、ほとんどの嵐を非常に危険なものにするのは塵の粒子です。粉塵は空気中に 700 メートル (2,296 フィート) 以上舞い上がることがあります [出典: 国連]。

前述の物理的な力により、特定の風速で浮遊粉塵の量が増加しますが、塩害の影響はそれだけにとどまりません。塩析粒子は電気エネルギーも生成するため、塩析粒子の数はさらに増加し​​ます。粒子が互いに衝突したり表面に衝突したりすると、マイナスの電荷が発生します。しかし、表面は正の電荷を帯び、本質的に静電場が発生します。風船を頭にこすりつけたことのある人なら誰でも、風がなければ髪が浮いた状態でどのように飛び回るかを知っています。ここでも同様の原理が働いています。粒子の帯電により、さらなる塩添加を開始するために必要な風力の量が減少します。実際、表面から粒子を直接持ち上げることができます。

粉塵が空中に浮遊している場合、粉塵はどれくらいの高さまで浮遊し、どこへ行き、どのくらいの時間空中に留まるのでしょうか?次のセクションでは、気象システムが嵐の様子をどのように決定するかを学びます。

気象と砂嵐の形成

気象条件は、砂嵐の規模、持続時間、強さを決定する上で大きな役割を果たします。気象パターンは、大規模な (総観的な) 気象システムと、中規模システムとして知られる小規模なパターンの 2 つのカテゴリに大別できます。

シノプティックシステムは、長距離をカバーする前線システムです。その範囲は 620 ～ 1,500 マイル (998 ～ 2,414 キロメートル) です。

さらに、風の変化が乱気流を引き起こし、高い表面温度が嵐の前縁で対流を引き起こします。これらの力は本質的に、粒子をより高く持ち上げ、より長く浮遊状態に保つように作用します。共視的に引き起こされた嵐は、塵を非常に長距離まで運ぶ可能性があります。たとえば、毎年何百万トンもの砂漠の塵が貿易風に乗って北アフリカの海岸からカリブ海盆地に流れ込みます。

メソスケール システムは、直径 50 ～ 100 マイル (80 ～ 160 キロメートル) の範囲にある小規模な気象システムです [出典: ]。総観系よりも小さいとはいえ、メソスケール系は常に小さな嵐を生成するとは限りません。このスケールで発生する風流は、下り斜面風、ギャップ風、対流の 3 つのグループに分類されます。下り坂風は、山の斜面を吹き下ろし、麓で最大の強さに達する非常に強い突風です。ギャップ風は、比較的小さな水路や山の障壁の隙間を通過する低層の風です。これらは、ボーデレ低気圧を横切って吹き、最終的に大西洋を横断するタイプです。対流は空気の垂直方向の動きです。対流風はすべての寒冷前線で発生しますが、対流は雷雨と最も一般的に関連しており、これらのシステムはハブーブを引き起こします。

砂嵐という言葉を聞くと、ほとんどの人が思い浮かべるのはハブーブです。次のセクションでは、これらの印象的な塵の壁を詳しく見てみましょう。

ハブーブズ

ハブーブは、砂嵐の家族の中で癇癪を起こしやすい兄弟です。総観規模のシステムによって引き起こされる大規模な嵐に比べれば比較的小さいですが、どこからともなく、劇的なファンファーレとともに噴火する傾向があります。スーダンと北アメリカ、つまり南西部の平原でよく見られます。先ほどわかったように、それらは雷雨の活動と関連しています。しかし、私たちが通常雨を連想する雷雨は、砂嵐とどのような関係があるのでしょうか?通常、雷雨の活動に伴う結合風は、砂嵐の発生に大きな役割を果たします。多くの場合、ハブーブの後に雨が降りますが、実際の降雨量は通常わずかであるため、気づかれないことがよくあります。

雷雨が消えると、下降気流が地面に衝突して嵐から広がり、突風前線または流出境界が形成され、そこで雨が降り始めます。これらの突風前線は時速 50 マイル (時速 80.5 キロメートル) を超えることもあり、消滅しつつある嵐から飛び出してくる「ミニ寒冷前線」として機能します。突風前線が露出した乾燥した土地を横切るとき、塵は上で説明したより大規模な前線と同様に空気中に巻き上げられますが、その強度はより大きくなります。典型的な 3 歳児のファッションに忠実で、その結果生じる癇癪は非常にショーです。浮遊塵はそびえ立つ凝縮した厚い壁を形成し、嵐とともに突風前線の約半分の速度、通常時速 30 マイル (時速 48 キロメートル) で移動します [出典: ]。ただし、癇癪と同様、このような嵐もそれほど長くは続きません。ハブーブは 3 時間以内に終わる傾向があり、風が静まるとすぐに視界が良くなります。

ハブーブの影響はほとんどの主要な砂嵐と似ていますが、嵐の原因となる対流風の急速な形成と強さのため、もう少し混乱しています。粉塵が舞い上がる強風により視界が低下し、あらゆる場所に土砂が堆積し、電気機器、機械、さらにはヘリコプターに深刻な支障をきたします。送電線が吹き飛ばされ、飛行機の運行が停止することがよくあります。細かい砂のように感じられる粉塵は、特に喘息を持つ人にとって呼吸器疾患を引き起こす可能性があります。

ハブーブ中の最も差し迫った危険は、航空機の衝突と高速道路の事故です。ハブーブ中はわずか 2 分で視界がほぼゼロになる可能性があり、高速道路を車で走行している場合、これは命の危険につながる可能性があります。黒い吹雪の時には、玉突き衝突がよく起こります。

砂嵐でも生き延びる可能性は高いですが、砂塵が収まると長期的な影響が出る可能性があります。次のセクションでは、砂嵐が私たちの健康と地域社会にどのような影響を与えるかを検討します。

砂嵐の影響

大規模な砂嵐が発生すると、人口密集地への粉塵の堆積が広範囲に及ぶ可能性があり、多くの場合、複数の都市や町に影響を及ぼします。砂嵐は木を倒し、機器を埋没させ、家屋に損害を与える可能性があります。ダストボウルの最後の年に、家畜が野原で死んでいるのが発見され、人々は「粉塵肺炎」に苦しみ始めました[出典: WGBH]。

砂嵐による人命の損失は他の自然災害と比較すると比較的少ないものの、最近では長期的な健康上の懸念が生じています。これは主に、 砂漠化地域から発生する嵐の増加によるものです。これらの嵐の塵には、塩、硫黄、重金属、殺虫剤、一酸化炭素などの汚染物質や毒素が含まれていることがわかっています。汚染を含んだ粉塵は数百マイルも運ばれ、必ずしも嵐の急性事象に悩まされているとは限らない数百万の人々に影響を与える可能性がある。

砂嵐による直接的な経済的影響は重大ですが、都市全体を破壊する大規模な自然災害には匹敵しません。たとえば、中国における砂嵐による被害は平均して年間約65億ドルに上ります[出典: ]。 1 回の大地震が発生すると、その 5 倍の被害が発生する可能性があります。しかし、専門家らは、砂嵐、特に砂漠化地域で発生する砂嵐は、その地域に住む人々の生活に長期的な影響を与えるため、実際の経済的影響を特定するのは難しいと主張している[出典:ユナイテッド航空]国家］。荒廃した乾燥した農地で砂嵐が発生すると、表土が除去され、さらなる砂漠化が引き起こされます。その結果、農民たちは表土と彼らの生計が文字通り吹き飛ばされるのを目の当たりにすることを余儀なくされている。このサイクルが放置されると、一部の地域ではコミュニティ全体が移住する恐れがあります。

一部の砂嵐活動は防ぐことができますが、砂嵐は常に自然生態系の不可欠な部分です。次のセクションでは、砂嵐を防ぎ、砂嵐と共存するために何ができるかを学びましょう。

砂嵐とともに生きる

砂嵐との共存は、予防、準備、予測の 3 つの言葉で要約できます。人間の活動によって粉塵の発生源が生じた地域では、乾燥地の生態系を回復し保存することで、農地を荒らす嵐の数が減ることが示されています。これは、耕作頻度を減らして土壌の破壊を減らすなど、農業慣行を変えることで実現できます。侵食を防ぐために草などの被覆作物を植える。そして、低木や樹木の列を植えて、侵入時の風力の影響を軽減します。

季節的な砂嵐が避けられない地域に住んでいる人にとって、備えをしておくことは財産の損失を防ぎ、健康を守るための最善の方法です。コンピューターや機械をプラスチックや防水シートで覆うと、埃による電気部品の破壊や機械部品の詰まりを防ぎます。砂漠に拠点を置く軍人は砂嵐の際にヘリコプターを包囲することもある。ゴーグルとマスクを手元に用意しておけば、粉塵が飛び始めても目、口、鼻に入らないようにすることができます。

砂嵐を予測することは明らかに人々の備えを強化するのに役立ちますし、大規模な嵐の予測はかなり信頼できます。これを行うために気象学者が使用する方法は、砂嵐が発生しやすいことが知られている地域の風と大気の安定性を注意深く監視することに大きく依存しています。科学者は、天気予報を取得し、それを嵐の研究から得たデータと組み合わせて砂嵐を予測し、それなりの成功率を収めるコンピューター モデルを開発しました。気象学者は嵐の規模と持続時間を予測することさえできます。

ハブーブの予測はさらに困難です。気象学者は、環境が砂嵐の準備が整っている可能性がある雷雨活動の、いわゆる「リアルタイム」予測に頼らざるを得ません。ご想像のとおり、嵐が起こるかどうかを彼らが言うのは難しいですが、少なくとも警戒することはできます。また、科学者は衛星によって収集されたデータを使用して、乾燥地域の土壌水分と利用可能性を判断する方法を開発しました。これは、雷雨が特定の地域を襲ったときにハブーブが発生する可能性を評価するのに役立ちます。

砂嵐とそれに関連する現象について詳しく知りたい場合は、次のページに進んで詳細をご覧ください。