黄砂
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黄砂（こうさ）とは、東アジアや中央アジア内陸部の砂漠または乾燥地域の砂塵が、強風を伴う砂嵐などによって上空に巻き上げられ、主に春を中心に東アジアなどの広範囲に飛来し、（日本ではおおよそ3月から5月）地上に降り注ぐ気象現象。あるいはこの気象現象により降り注ぐ砂自体のことである。
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[編集] 概要
気象現象としての黄砂は、砂塵（砂ぼこり）の元になる土壌の状態や、「砂塵嵐」（砂嵐）」と砂塵を運ぶ気流などの条件が整うと、発生すると考えられている。発生頻度には季節性があり、春はそういった条件が整いやすいことから頻繁に発生し、比較的遠くまで運ばれる傾向にある。ただ、頻度が少ない秋から冬でも、まったく発生しないわけではない[1][2][3]。
黄砂による砂塵の降下は、地域差があるものの、国際的な規模で被害を発生させる。被害の内容は、屋外や屋内の物に砂塵が付着することによる汚れ、視界や日照の悪化、人間や家畜などが砂塵を吸い込むことによる健康への影響などである[2]。
発生地に近いほど砂塵の濃度は濃く、大きな砂粒が多く、飛来する頻度も高い。モンゴル、中国、韓国などでは住民の生活や経済活動に多大な支障が出る場合があり、黄砂への対策や黄砂の防止が社会的に重要となっている。近年は東アジア各国で、黄砂による被害が顕著になってきているとされており、一部の観測データもこれを裏付けている[4][5][6][7][8]。これに加えて、環境問題への関心が高まっていることなどもあり、黄砂に対する社会的な関心も高まっている[9][10]。
一方で、黄砂による砂塵の運搬が、自然環境の中で重要な役割を果たしていることも指摘されている[11][12][13][2]ほか、黄砂のもたらす独特の景観などが文化にも影響を与えている[要出典]。被害が比較的軽い地域では、黄砂の飛来が季節の風物詩とされているところもある。
「黄砂」という語でひとくくりにされているが、この語を気象学的に定義すると複数の現象が含まれている。発生地付近では黄砂の源となる「砂塵嵐」（砂嵐）、大気中を浮遊する黄砂は「エアロゾル」（浮遊粉塵）であり、風の有無にかかわらず黄砂が空中に大量に浮遊・降下している状態は「風塵」や「煙霧」・「ちり煙霧」、黄砂による大気の見通しの悪化は「視程障害」である。また、東アジア各国では気象機関がそれぞれ「黄砂」の定義や強弱の基準を定めているが、いずれも少しずつ異なっている（後節参照）。
[編集] 黄砂現象の詳説
[編集] 発生地
代表的な発生地としては、西からタクラマカン砂漠（中国西部）、ゴビ砂漠（中国北部・モンゴル南部）、黄土高原（中国中央部）の3か所が挙げられる。これ以外にも、以下のように主な乾燥地帯で黄砂の発生が考えられている地域がある。
- サルイイシコトラウ砂漠（カザフスタン東部）[14]
- グルバンテュンギュト（古爾班通古特）砂漠（中国新疆ウイグル自治区）
- クムタグ（庫姆塔格）砂漠（新疆ウイグル自治区 - 甘粛省）…タクラマカン砂漠に隣接し、拡大により1つの砂漠につながりつつある。[15]
- オルドス（鄂爾多斯）砂漠（中国内モンゴル自治区）[14]
- ムウス（毛烏素）砂漠とクブチ（库布其）砂漠を含む。
- バダインジャラン（巴丹吉林）砂漠（同上）[14]
- トングリ（騰格里）砂漠（同上 - 甘粛省）[16]
- ウランプハ（烏蘭布和）砂漠（同上）[17]
- ソニド（蘇尼特）盆地（同上）[14]
- ホルチン（科爾沁）砂漠（同上）（参考:中国語版ウィキペディアの記事）（[18]
- フンサンダク（渾善達克）砂漠（同上）[18]
- ツァイダム（柴達木）砂漠（中国青海省）[19]
上に挙げたものの中には、ゴビ砂漠周辺に多数分布する中小規模の砂漠が多く含まれているが、まとめてゴビ砂漠に含めることもある。また、中国東北部（旧満州）、モンゴル北部、ロシアの一部なども発生源となっている可能性が指摘されている[20][21]。
これらの発生地は、おおむね年間降水量が500mmを下回り、所によっては100mm以下という乾燥地帯で地表が砂で覆われている[22]。また、飛来する砂塵の分析結果から、発生地は砂漠のみであるとする説、砂漠以外の乾燥した地域であるとする説、その両方であるとする説の3つがある（下の項参照）。実際、砂塵の舞い上がりはアジアの広い地域で発生している[23]。
[編集] 発生
砂塵が舞い上がる条件として、タクラマカン・ゴビ・黄土高原において上空10mの平均風速が5m/s以上という研究結果がある。またこれらに加えて、上昇気流や発生地の日差しといった短期的な気象条件も挙げられる[1][21]。また、周囲を山脈に囲まれたタクラマカン砂漠などの高低差が大きい発生地では、ほぼ毎日同じ時間帯に山谷風と呼ばれる強風が吹き、これが砂塵を舞い上げているとの指摘もある。
またさらに強い風によって、砂塵嵐（ダストストーム, Dust storm）と呼ばれる激しい砂嵐になる場合がある。沙塵暴（簡体字で「沙尘暴」、読みは「シャチェンバオ」[13]、とも呼ばれる。条件として、ゴビで10m/s、タクラマカン・黄土高原で6m/sという研究結果がある。砂が巻き上げられる高さは最大で上空7 - 8kmという観測結果があるが、観測装置が故障することがあるためこれが正確な値かは不明である[1]。
砂塵嵐（沙塵暴）はさらに激しく発達することがあり、中国の気象当局は、瞬間風速25m/s以上で視程が50m以下の砂塵嵐を「黒風暴」（カラブラン, Kara Bran）または「黒風」と規定しており、俗に「黒い嵐」などと呼ばれている。黒風暴は、寒冷前線の通過時などの大気が不安定になったときに、ダウンバーストやガストフロントなどの突風をきっかけに発生する。大きさには数百mから最大で数百kmにおよび、大きな渦を巻きながら移動し、これが押し寄せてくると、高さ数百mの「砂の壁」が迫ってくるように見える。「砂の壁」の中に入ると、急激に周りを飛ぶ砂の量が増え、（昼間であれば）次第に周囲が黄み・赤みを増しながら暗くなり、風も強まってくる。数十分ほど屋外は真っ暗となり、歩くことさえままならない状態となる一方、屋内に避難していても砂の進入によって日常生活が難しいほどになる。黒風暴の発生はごく稀ではあるが、最近では1993年5月5日に発生して甚大な被害を出した（後節で詳しく解説）。[20]
[編集] 移動
(1)転がるようにして進む砂。
(2)跳ねながら進む砂。
(3)空中を浮遊する砂。
単に砂塵が舞い上がると言っても、砂塵の粒の大きさによってその動きはまったく違うものになる。粒の直径が約1mm以上のものは回転運動（左図1）、1mm - 0.05mm（50μm）くらいのものは躍動運動、約0.05mm以下のものは浮遊運動をするといわれている。回転運動をする砂は発生地周辺のみに到達し、移動する砂丘を構成する。躍動運動をする砂は一時的に舞い上がって移動し、沙塵暴のほとんどを構成する。浮遊運動をする砂は風に乗って移動し、遠くまで到達する。[1][2]
浮遊運動をする砂の運動を詳しく見ると、砂嵐によって巻き上げられた後、日中暖まった空気が上昇することによって起きる上昇気流に乗って、上空500m - 2km付近に上昇して移動する。発生地付近では、砂塵の濃度や粒子の大きさがバラバラで非常に複雑な分布であるが、離れるに従って高度1 - 2km付近に濃度が高い層ができる傾向にある。この付近の上空500m - 2kmより下の大気は大気境界層といい、空気の流れが複雑な層である。これより上には自由大気という層があり、一部の粒子がこの層にまで上昇してくると、安定した速い気流に乗って遠くまで運ばれる。ただ、低気圧が発達しながら移動するなどして、激しい風によって空気がかき混ぜられた場合は、日本上空で最大高度6 - 7km程度ともっと高い高度にも高濃度の層ができ、遠くまで運ばれることもある。また、昼に発生して大気境界層を浮遊している砂塵は、夜になって大気境界層と自由大気の境界が下がってきてもそのまま同じ高度にとどまるため、一部は自由大気に入って遠くまで運ばれることになる。
東アジアや中央アジアなどの広い範囲には偏西風が吹いている。しかし、地上付近では偏西風の影響が少ないため、気圧配置によって砂塵はあらゆる方向に流される。しかし、高度が高くなると偏西風の影響が強くなるため、上空高くに舞い上がった黄砂は東寄りに流される。これにより砂塵は発生地の東側の地域への到達が多い傾向にある[2]。
[編集] 落下
こういった過程を経て粒の大きな砂から落下していく。北京では粒子の直径がおよそ4 - 20μm、発生後3 - 4日経って到達する日本では4μm前後という調査結果がある[2][24]。参考として、通常の黄砂の場合、舞い上げられた砂粒の3割が発生地に、2割が発生地の周辺地域に、5割が遠方に運ばれて落下・沈着すると言われている[25]。
各発生地ごとに砂塵が到達する地域は異なる。例えば、朝鮮半島で観測される黄砂は多くが満州（中国東北部）で発生したものであり、タクラマカン砂漠で発生した黄砂であることは稀だ。朝鮮半島とタクラマカン砂漠は、5,000km以上離れており、長距離運搬される条件が整った時にしか砂塵は到達しない。
また、韓国に到達する黄砂の「発生から飛来までの経過日数」と「飛来時の平均高度」を調べた韓国気象庁の資料では、タクラマカン砂漠は経過日数4 - 8日・高度4 - 8km、中国北部の乾燥地帯は3 - 5日・1 - 5km、黄土高原は2 - 4日・1 - 4km、中国東北部は1 - 3日・1 - 3kmなどとなっている。[25]
[編集] 発生量と天候・季節
黄砂の年間発生量は年間2億 - 3億tで、降下量は日本で1年間に1km2あたり1 - 5t、北京で1ヵ月間に1km2あたり15t程度と推定されている[26]。ただしその量は、発生地の天候に左右されると考えられている。
発生地で降水量が多いとその後の黄砂発生は減り、逆に降水量が少ないと、黄砂発生が増える傾向にある。降水量によって、土壌の乾燥状態、積雪や植物の有無といった地面の状態が変化するためである。しかし、黄砂の量は降水量よりもむしろ嵐による強風の程度や頻度に左右されることが多い。現在、黄砂の大部分は、発生地である乾燥地帯を襲う砂嵐によるものだと考えられている。そのため、強い低気圧が通過した前後などは砂嵐が多く発生し、黄砂の量も多くなる。また、砂粒の大きさなども関係しているとされる。
時期としては、春に最も多く発生する。降水量が少なく地面が乾燥する冬は、シベリア高気圧の影響で風があまり強くない穏やかな天候が続き、乾燥地帯の表土は積雪に覆われて飛ばされにくくなるため、黄砂が発生しにくい。春になると、表土を覆った積雪が融け、高気圧の勢力が弱まる代わりに偏西風が強まり、低気圧が発達しながら通過するなどして風が強い日が増え、黄砂の発生も増えるためと考えられている。春の中盤に入り暖かくなってくると植物が増え、夏になると雨が多くなるため、土壌が地面に固定されるようになって次第に黄砂の量は減り、秋に最少となる[1]。
参考として、発生地側の新疆ウイグル自治区での砂塵嵐の日数を調べた統計では、最多の4月に年間の約20%が集中し、3月 - 6月の4ヶ月間に年間の約70%が集中する。敦煌から河西回廊での砂塵嵐の日数を調べた統計では、春の3ヶ月間に年間の5割弱が集中する。ただし、秋にも約1割の発生があり、年間を通して発生していることも読み取れる[2]。一方、飛来地側の日本では、春にあたる2月 - 5月の4ヶ月間に年間の約90%が集中し、夏にあたる7月 - 9月は全くと言っていいほど観測されない。[27]ただし、これは地上での観測をもとにした統計であり、上空を通過する薄い黄砂は夏にも観測されている[3]。
また近年、地上では視程も低下しないため黄砂として観測されない時に、自由大気（自由対流圏）と呼ばれる層で薄い砂塵が観測されることがわかってきた。これは「バックグラウンド黄砂」と呼ばれている。普段地上でほとんど黄砂が観測されない夏や秋にも発生するほか、高山では酸性霧の中和に関与していることが解明されてきている。バックグラウンド黄砂の特徴として、発生地付近で砂嵐の発生が無く、砂塵を巻き上げて運ぶ低気圧の発生も無い状態にも関わらず、発生することが挙げられる。また、バックグラウンド黄砂の成分の特徴として、通常ではCa（カルシウム）が主にCaSO4（硫酸カルシウム）の形で存在しているのに対して、バックグラウンド黄砂では主にCaCO3（炭酸カルシウム）の形で存在していることが挙げられる。これは、バックグラウンド黄砂が、地上から排出される大気汚染物質に含まれているSO42-（硫酸イオン）とほとんど混ざっていないことを意味し、普通の黄砂とは異なる経路を通ってきていることを示している。[28][29][3]
[編集] 観測
黄砂の観測は、気象観測としては目視が中心で、降る砂の量や視程といった大気の状態の観測を基に広く情報が発表される。
なお、国際的に通用する気象現象の表現方式である、WMO規定の国際式天気図記号では、以下の11種類が黄砂を表す記号に該当する[2]。
- 06.空中広くちりまたは砂が浮遊（風に巻き上げられたものではない）→
- 07.風に巻き上げられたちりまたは砂→
- 08.前1時間内に観測所または付近の発達したじん旋風あり→
- 09.視程内または前1時間内の砂じんあらし→
- 30.弱または並の砂じんあらし。前1時間内にうすくなった→
- 31.弱または並の砂じんあらし。前1時間内変化なし→
- 32.弱または並の砂じんあらし。前1時間内に濃くなった→
- 33.強い砂じんあらし。前1時間内にうすくなった→
- 34.強い砂じんあらし。前1時間内変化なし→
- 35.強い砂じんあらし。前1時間内に濃くなった→
- 98.観測時に雷電。砂じんあらしを伴う→
以上の記号は、SNYOPなどの形式に変換され、国際的に気象情報を交換する気象通報として各観測地点から世界中に送信される。また、黄砂の濃度などの情報は、数年前まで国際的なデータの融通が利かない状態が続いていたが、中国が情報提供を開始したことなどを受けて2008年春から、東アジアの広範囲で多くのデータを共有できるようになった。これにより、黄砂の予報の精度などが向上している。
研究や大気環境の監視（大気汚染の観測など）を目的とする精密な観測においては、目的に応じてさまざまな計器が使用されている。
- LIDAR（レーザーレーダー） - 常時無人観測が可能だが、濃度が高い場合は観測できないことがある。
- 日射計、放射計 - 黄砂等の光学的な性質、粒子の大きさを観測できる。
- 比濁計（ネフェロメーター）、吸光計 - 黄砂等の光学的な性質を観測できる。
- パーティクルカウンター、質量濃度計 - 黄砂等の質量、濃度、粒子の大きさを観測できる。
- 飛行時間型質量分析計（英語版参考リンク:TOF-MS） - 黄砂等の化学的な性質を観測できる。
- 視程距離計 - 目視と異なり、定量的に視程を観測できる。
以上は地上に設置する機器である。このほか、広域的な観測ができる人工衛星のデータも利用されている[2]。
また、飛行機、ヘリコプター、気球、船舶を利用した観測、2,000m以上の高地（自由大気と呼ばれる大気の層で地面との摩擦が無いため、大気が他とは異なった流れになっている）での観測、黄砂粒子のサンプルを採取した分析などが行われている[1]。気象衛星のデータも、非定期的で限界もあるが利用されている。
[編集] 黄砂の変化と歴史
[編集] 地質調査による解析
古くは、日本では少なくとも7万年前以降の最終氷期には黄砂が飛来していたと考えられている。7万年前 - 6万年前ごろの風送ダスト（風によって運ばれ、堆積した砂や塵のこと。黄砂もこれに含まれる。）の堆積量は10cm²あたり12g、1万年前 - 現在までの完新世における同3 - 4gの3 - 4倍と、かなり多かったと推定されている。このほか、1万8千年前にも黄砂の堆積量が増えている[2]。
気候との関連については、地球が寒冷期にあるときには乾燥化が進むため黄砂が増加し、温暖期にあるときは湿潤化が進むため黄砂が減少したと推定されている。2千年紀（過去1000年）間の中国での塵の降下頻度の記録から、塵の降下頻度の増加が気温の上昇と逆相関関係にあるという研究があり、この説を裏付けている。寒冷期に黄砂が増加した原因として、大気の流れの変化により寒気が南下する回数が増え、砂塵嵐の頻度が増えたことが挙げられている[2]。
また、現在黄砂の発生源となっている黄土高原は、250万年前から始まり200万年前から増えた、風送ダストによってできたと考えられている。これら黄砂や風送ダストの量の変化は、気候変動や地殻変動によって、風や降水、地形などのパターンが変わったことによるものと考えられている[1]。
また、日本の南西諸島にはクチャ（学術名島尻層泥岩）と呼ばれる厚さ約1,000mの泥岩層が分布しているが、この層には黄砂由来の粒子が含まれていると考えられている。島尻層泥岩は新第三紀、およそ2,500万年前から200万年前ごろの地層であり、このころにも黄砂が飛来していた可能性を示唆している。堆積物の分析結果から、最も古い時代では、白亜紀後期に当たる約7,000万年前から発生していたとされている[30]。
[編集] 文献への登場
中国では、紀元前(BC)1150年頃に「塵雨」と呼ばれていたことがわかっている。史料においてはこのほか、「雨土」「雨砂」「土霾」「黄霧」などの呼称があった。また、BC300年以後の黄砂の記録が残された書物もある[1]。
朝鮮では、『三国史記』に、新羅時代の174年頃の記述として、「ウートゥ（雨土）」という表現が残っている。怒った神が雨や雪の代わりに降らせたものと信じられていた。644年頃には黄砂が混ざったと見られる赤い雪が降ったという記録も残っている[1]。
日本では江戸時代頃から、書物に「泥雨」「紅雪」「黄雪」などの黄砂に関する記述が見られるようになった[1]。また、俳句の季語としては「霾（つちふる・ばい）」、「霾曇（よなぐもり）」、「霾風（ばいふう）」なども用いられている。古くは、1477年に紅雪が降ったとの記録（『本朝年代紀』による）が残っている[2]。
[編集] 20世紀からの変動
近年は黄砂の発生が増加傾向にあるとの報道が多い。地球温暖化や砂漠化の進行を考える上で、黄砂の発生頻度の変化は重要な視点の1つとされているが、正確にその変化を捉えるためには長期的なデータが必要となる。主なデータを以下に挙げる。
- タクラマカン砂漠以西を除く発生地では、強風の発生頻度の増加および積雪面積の減少に伴って黄砂の発生頻度が増えている[4]。
- 中国北西部では、1960年代から40年間は減少傾向で、特に1980年代から1990年代には大きく減少しているが、1970年代前後は各地で変化にばらつきがある[5]。
- 中国華北地方では1990年代までは減少の一途をたどっていた[6]ものの、2000年代に入って増加している。
- 韓国では、過去約100年間のデータから、1930年代後半から1940年代前半にかけて、黄砂の発生頻度が1990年代後半以降と同程度かそれ以上であったこと、1940年代後半から1950年代頃までは減少傾向で、それ以降増加傾向であり、晩秋から早春にかけての発生頻度が増えている[7]。
- 日本の気象庁の観測では、1967年の観測開始以降、2002年に黄砂観測の日数・延べ日数が共に最多を記録したが、年ごとの変化が大きいため長期的な変化傾向ははっきりと判明していない[8]。
- 発生頻度の変化とは別に、激しい砂塵嵐や濃度の高い黄砂の増加が見られるとの研究もある。
総じて、韓国では1950年代以降、中国では2000年代以降に増加傾向にあるといえる。ただし、年ごとに発生の頻度や強さ、発生パターンなどは変動している。
変動の主な原因としては、降水量の変化や積雪面積・積雪期間、黄砂の飛来経路の変化などが大きいとされている。しかし、中国での砂漠化や乾燥化も増加の原因だとされている。今現在中国国土の18パーセント、約174万km³が砂漠と化しているが[31]、過剰な放牧や耕地拡大などの農業の問題、生活や経済の問題がその原因とされており、環境問題としてとらえられる場合もある。中国政府や地方政府が土地の乾燥化に拍車をかけるような政策をとるなどして、乾燥地域の拡大につながっているとの指摘もある一方、黄砂の影響を受けている韓国や日本なども、木材や農産物の輸入などを通して間接的に関わっているとの見方がある[32]。
また、汚染された排水や廃棄物によって土壌が汚染され、植物が枯れて乾燥化を進めている例もある。カザフスタンでは、アラル海の例を見ると分かるように、農業政策の失敗により地下水や湖水をくみ上げすぎるなどして、土地の乾燥化が進んだ。また、内モンゴル自治区などでは、過放牧や工業汚染によって乾燥化が進み、黄砂の新たな発生地になりつつあるといわれている。
そのほかにも、地球温暖化により内陸部の降水量減少や気圧配置の変化が引き起こされ、それらが乾燥化や強風の増加をもたらして、黄砂の増加に関係しているとの考えもある。また、エルニーニョ現象と黄砂発生頻度の関連性も指摘されている。
ただし、黄砂や黄砂被害の変化と、その原因とされる自然環境の変化や人為的な要因については、まだ不明な点もある。また、黄砂とは別の問題である大気汚染などが、黄砂の悪影響を増大させている側面もある。[2]
[編集] 類似の現象
類似の現象としては、アフリカ・サハラ砂漠からの乾燥した高温風（リビア名ギブリ、イタリア名シロッコ）、ギニア湾岸からベルデ岬付近の地域で吹く乾燥した冷涼風ハルマッタン、スーダンの砂嵐ハブーブ、エジプトの乾燥した高温風ハムシンなどがあり、砂嵐を伴うことが多く、黄砂によく似ている[33]。シロッコは砂塵の混じった赤い雨を降らせたり、地中海に広く分布する赤土テラロッサの起源になっていると考えられており、黄砂との類似性がある[2]。ただし、これらは黄砂とは異なり、風や砂嵐の名称である。
また、黄砂のような砂塵の大規模な発生地帯には、中央アジア（黄砂など）、アフリカ（ギブリ・シロッコなど）のほかに、北アメリカ、オーストラリアなどがある[34]。
[編集] 黄砂の形状と成分
[編集] 形状
日本など発生地から遠くに飛来する黄砂の粒の大きさは0.5µm（マイクロメートル） - 5µm(=0.0005mm - 0.005mm)くらいで、タバコの煙の粒子の直径 (0.2 - 0.5µm) よりやや大きく、人間の赤血球の直径 (6 - 8µm) よりやや小さいくらい。この大きさの粒は、地質学においては砂というよりも「泥」に分類される。
中国で観測されるものは粒の大きいものが多く、日本で観測されるものは粒の小さいものが多い。1934年に中国から日本にかけて行われた調査では、粒の大きさは0.001mm - 0.5mmのものが多かったという（光学顕微鏡による調査のため微小な粒子は観測できない点に注意）。1979年に名古屋で採取された黄砂の分析では、おおむね1μm - 30μmのものが多く4μmくらいの粒子が最も多かった。こういった調査により、黄砂の粒子は、粘土粒子同士が凝集したり、やや大きい鉱物の粒子に粘土粒子が付着したりしてできたのではないかと推定されている[1]。
[編集] 組成と成分
組成を見ると、主に石英、長石、雲母、緑泥石、カオリナイト、方解石（炭酸カルシウム）、石膏（硫酸カルシウム）、硫酸アンモニウムなどからなる。砂漠に多く黄土には無い石膏が含まれていることから、黄砂は砂漠由来であるとする見方があるが、石灰岩などの主成分である炭酸カルシウムが硫酸アンモニウムと反応して石膏となることが知られており（次の文で詳説）、必ずしも砂漠由来であるとは限らないとする見方もある[1]。2002年4月に黄砂の発生・飛来地域で行われたエアロゾルの成分分析では、カルシウム鉱物に占める石膏の割合が、東の地域にいくほど増加したという調査結果がある[35]。
粒子の種類によって度合いは異なるものの、黄砂は空気中のさまざまな粒子を吸着する。北京など中国の主要都市では、黄砂が増加する冬季にエアロゾルの量が増加するためその多くが黄砂であると考えられているが、黄砂発生地の土壌・エアロゾルと中国主要都市のエアロゾルの成分を比較すると、後者のほうが硫酸イオンや硝酸イオン、重金属である鉛の濃度が高くなっていた。また実験により、黄砂の粒子が触媒となって、二酸化硫黄ガスが黄砂粒子の表面に吸着されて反応し硫酸イオンになることや、中国主要都市の大気に多く含まれる硫酸アンモニウムが、湿度が高いときに黄砂に吸着され、黄砂中のカルシウムがアンモニアと置換反応して硫酸カルシウム（石膏）になることも分かった[16]。
黄砂は上空を浮遊しながら次第に大気中のさまざまな粒子を吸着するため、その成分は発生する地域と通過する地域により異なると考えられている。中国・韓国・日本などの工業地帯を通過した黄砂は硫黄酸化物や窒素酸化物を吸着すると考えられているが、中国と日本の茨城県つくば市でそれぞれ採取された黄砂の成分調査によると、つくば市のものは二酸化窒素(NO2)や硫酸水素(HSO4)が増加しており、これを裏付けている[36]。
2001年にアジアの黄砂発生源を3つに区分（中国西部・中国北部・黄土高原）して行われた黄砂の成分分析では、質量が多い順にケイ素が24 - 30%、カルシウムが7 - 12%、アルミニウムが7%、鉄が4 - 6%、カリウムが2 - 3%、マグネシウムが1 - 3%ほどを占めた。このほか、微量のマンガン、チタン、リンなどが検出された[37]。
鳥取県衛生環境研究所の調査では、2005年4月に黄砂を含む大気中の成分を調べたところ、平均値に比べてヒ素が22倍、マンガンが13倍、クロムが7倍、ニッケルが3倍という高い数値を記録しており、黄砂の飛来時には大気の成分が通常とは異なることを示唆している[38]。
また、黄砂飛来時に大気中のダイオキシン類の濃度が増加するとの調査結果も出ている。台湾では、大気中の濃度が通常時よりも35%増加するとの結果が出ている[39]。韓国の釜山では、粉塵中の濃度が黄砂は通常のものに比べて2.5倍多い、という2001年の調査結果がある。また、2007年に人体への摂取量を調べた調査では、通常時は約0.01pg-TEQ/kg/日であるのが、黄砂の日には0.028 - 0.038pg-TEQ/kg/日と2倍以上になるという結果が出ている[40]。
韓国で同国の農村振興庁が黄砂を採取して行った検査では、地域差があるものの、細菌の濃度が通常の大気の7 - 22倍、カビの濃度が15 - 26倍と高かった。黄砂が飛来するときに細菌やカビを吸着し、それが繁殖しやすい気温や湿度となるためではないかとされており、人間や家畜・作物への影響が懸念されている[41]。また、同じく韓国で2003年、黄砂の飛来する前後に行われた疫学調査では、尿の成分測定で多環芳香族炭化水素(PAH)に属する発ガン性物質が平均で25%増加したと発表された[42]。
黄砂の後に麦の病害である黒さび病が増加することは日本で知られていたが、研究により同じく麦の病害である黄さび病の胞子も毎年黄砂とともに日本に飛来することが分かっている。[43][44]
肺に入ると炎症を起こすシリカや、カビの菌糸体を構成するβグルカンなどが含まれているという研究結果もある[45]。
大気中を進むうちに、日光に含まれる紫外線によって、細菌の一部は死滅すると考えられているが、化学物質が分解されて有害なものになることも懸念されている。
[編集] 黄砂による影響
黄砂によって、以下に挙げるようなさまざまな被害が確認されている。確認されている被害範囲は東アジアの広範囲に及ぶ。モンゴル、中国、韓国では、黄砂による被害は大きな社会問題となっている。日本では、これらの諸国に比べて被害は軽く、環境問題として取り上げられることが多い。[2]
発生源から離れた地域に被害を及ぼす、国境を越えた環境問題の典型的な例の1つで、中国などの経済発展と密接に関連しており、政治的な対策が鍵を握るとの見方もあり、一部では"Yellow dust terrorism"（黄砂テロリズム）と呼ぶ向きもある[47]。
また、黄砂の観測やモデルによる黄砂飛散の推定結果などから、東南アジアで発生した煤や一酸化炭素が日本に飛来してきていることも分かり[48]、アジアの広範囲で同様の越境汚染問題が複数あることも分かってきている。
[編集] 物理的・経済的被害
大気中の黄砂の濃度が比較的薄いならば、多少の黄味を帯びた霞が発生し、普段よりも視界が悪くなる程度で、日常生活に大きな支障が出るほどではない。しかし、濃度が高くなった場合は、屋外の景色全体が黄味や赤味を帯びた色に見えるようになって、視界が極端に悪くなるとともに、さまざまな被害が報告されるようになる。被害は黄砂が少量の場合でも発生するが、量が多いほど被害が深刻になる。
黄砂が降り注ぎ積もることにより、車や建物の窓、洗濯物が汚れたり、農作物の生育不良を起こしたりといった、物理的被害が最も多い。ビニールハウスや建物の天窓に積もると、遮光障害を起こすことがある。
黄砂が雨雲や雪雲に入ると、吸着された黄砂が雨や雪の粒に混じって降ることがある。黄砂には非常に小さい粒子が含まれているので、雨と混じって泥状となり、建物や車などにべったりと付着することがあり、雨に混じらない黄砂のみが付着した場合に比べて汚れが落ちにくい。黄砂が雪に混じると、積雪が黄色や赤色に変色することもある。
黄砂は、大気汚染物質などと一緒に大気中に長くとどまり、周辺の雲の色を茶色く変色させ、農作物への被害が指摘されている褐色雲をつくる事もある。大規模な黄砂が発生したときは、気象衛星などの画像に写り込むことがある。
濃度が高い場合、視界が悪くなるために航空機の飛行や車の通行、鉄道の運行、人の歩行に障害を及ぼしたり、大気を覆うことによって気象観測を妨害したりする。また、地上波放送などの電波が乱反射し、受信障害や異常伝播を引き起こすこともある。中国や韓国では、黄砂の濃度が高い時には乗用車の速度規制が行われることがある。
精密機械や半導体の工場では、黄砂の微小粒子の侵入により不良品ができるなどの被害も発生する。速度規制や交通の混乱、健康被害などの諸被害によるものや、砂や塵の処理にかかる費用も含め、大きな経済的損失も生じる。
黒風暴のような発生地付近での砂嵐の場合には、砂も多く強風を伴うため、建物の倒壊・埋没、電柱の倒壊や電線の切断による停電なども起こる。
黄砂の発生地である砂漠の一部では、砂嵐などによって砂丘が移動し、住居が砂に埋まったり、道路が通行不能になるなどして、住むことができなくなった村もあり、被害ははるかに深刻である。[2]
[編集] 健康被害
細かい砂の粒子や、粒子に付着した物質、黄砂とともに飛来する化学物質（前節での説明参照）などにより、さまざまな健康被害が生じる。
咳、痰、喘息、ただれ、鼻水、痒みといった呼吸器官への被害や、目や耳への被害が目立つ。黄砂が多い日には、花粉症、喘息、アトピーなどのアレルギー疾患の悪化が見られる。ただし同じ汚染度でも、症状には個人差がある[49][45]。
1995年 - 1998年の春に韓国で行われた疫学調査では、黄砂の飛来時に高齢者の死亡率が2.2%上昇したほか、呼吸器・循環器・眼科の入院率や通院率が上昇した。中国の新聞の報道によれば、砂塵の飛散時には肺の感染症・心臓血管の疾病・心筋梗塞・高血圧・脳卒中などの増加が見られるという（『新生網』2002年5月28日付記事による）。日本では、疫学的な調査結果がまだない[2]。
日本などに飛来する黄砂の粒子は非常に細かいため、肺の末端にまで到達するとされているが、その細かさから到達する量自体はそれほど多くないとされている。また、黄砂自体はアレルギー物質ではないものの、汚染物質が付着したときに何らかの相乗効果を及ぼし、汚染物質が人体に及ぼす悪影響を増幅させている可能性も指摘されている[45]。
中国や韓国では、黄砂の濃度が高い場合に、マスク等の着用を奨励したり、外出を控えるよう促したりする情報が、公的機関によって発表されている[2]。
[編集] 自然環境
砂や砂に付着した物質によって、土壌や海洋へミネラルが供給され、植物や植物プランクトンの生育を促進する作用もあり、黄砂に土壌を肥やす効果があることも指摘されている[11]。黄砂の成分であるリンや鉄などが、海洋のプランクトンや、ハワイの森林の生育に関わっているのと研究結果もある[13][12]。また、黄砂に含まれる炭酸カルシウムには中和作用があり、黄砂の飛来と雨が重なると、雨を中性・アルカリ性に変える。そのため、酸性雨の被害軽減にも寄与している。[2]
しかし、麦の病害である黒さび病や黄さび病の発生を媒介することも知られている[43][44]。また、黄砂に吸着されて運ばれるさまざまな物質のうち、有毒な物質による生物への被害や環境汚染が問題視されている。
黄砂が気候にもたらす影響は多数ある。黄砂の粒子が森林や海洋の上にあるときは太陽放射を遮蔽する日傘効果（冷却）、黄砂の粒子が氷雪や氷河の上にあるときは太陽光線を吸収して大気を暖める効果（加熱）、黄砂の粒子が雲核となって地球上の雲の分布を左右する効果（冷却・加熱）、黄砂に含まれる成分が植物やプランクトンに作用することで炭素循環に作用する効果などがあり、結果的にどう作用するかは現在はっきりと分かっていない。[50][51]
[編集] 天体の変色
上空を舞う黄砂によって、太陽や月などの色が変わることもある。太陽は銀色になったり、周りに青い光冠（光環）を伴って青色になったりする。また、月も青色になって青い光冠を伴うことがある[36][52]。
こういった現象は滅多に目にすることができない珍しい現象であるが、中国北部を始め日本などでも観測例がある[52]。
この変色現象は、黄砂の粒子が太陽光の一部を遮蔽して弱め、残りを散乱することで起きる。青の変色はおもにミー散乱によるものと考えられており、同様の原理で火星の夕焼けは青くなる[52]。
[編集] 黄砂への対策
黄砂による被害への対策は各地で行われている。発生地に近い地域では、降り積もる砂を建物内に入りにくくしたり、屋根などに砂が積もって重くならないような工夫などがされている。建物の窓を閉める、建物に入る前に衣服に付着した黄砂をはらう、黄砂の発生後は掃除を行うといった対策が挙げられる[21]。
健康面での被害への対策として、黄砂が大量に降っている場合は、砂の微粒子を体内に取り込まないように、眼鏡やマスクを着用する、うがいや手洗い・洗顔を行う、外出を控えるといった処置をとることが挙げられる[21]。
黄砂は少なくとも数万年前から発生しており[1]、自然現象であって完全に防ぐことはできないという考え方もある[53]。しかし、人為的な処置によって黄砂の量を減らすことはできるのではないかと考えられており、発生地の砂漠化の防止を中心とした対策が行われている。
[編集] 砂漠化・乾燥化の防止
- 中国の水危機, 中国の水資源（英語）, 中国の水供給と衛生状態, 中国の砂漠化問題, 中国の環境問題なども参照。
中国国内の砂漠化・乾燥化地域のほとんどが黄砂の発生源と考えられているが、その中国での砂漠化の主な原因は以下のとおりとなっている。
これらの人為的要因に加え、自然な気候変動による乾燥化が重なったことが、現在に至る過去数十年間の砂漠化の原因とされている。
また、もともと黄土高原などでは雨水だけに頼り、休耕地をつくって雨水を蓄えさせる（黄土や黄砂は粒子が細かく、表面張力によって粒子同士の隙間に水が蓄えられるため、実は保水性がある。）。伝統的な農法が行われていたが、中国のほかの地域と同様に、人口の増加により過剰耕作や灌漑による塩類集積などの問題が発生して、乾燥化が進んでいると考えられている。
砂漠化や乾燥化の過程として、干ばつなどによる軽度の水不足がきっかけとなって植生や生産力が貧弱なものとなるのが最初で、これを防ぐことが最も重要だとされている。このためには水が必要となるが、もともと水不足であるため限界がある。
このような背景がありながら中国北部や西部では、農耕や牧畜を従来の移動型から土地への負荷（水不足のリスク）が大きい定着型へと変えてしまった。この理由として増加する人口を確保するため、生産力や経済力を上げる必要があった。[54][55]
現在、砂漠化防止のため、砂漠緑化と農法の改良を中心とした対策が重要視されている。具体的には、適切な植林、効率の良い薪などの燃料の確保、家畜の管理、土壌浸食の防止、灌漑、水資源の有効利用、エネルギーの再利用、適切な土地利用や農法への転換、砂の移動防止などがあり、技術開発を進め、専門家が指導を行って、砂漠化防止活動を長期間持続できるようにする必要がある[56]。
中国政府は、「防沙治沙法（防砂治砂法）」の制定（2001年、リンク参照）により法的に被害防止を行うとともに、自然保護区を設定して植林を行っているほか、防護林や草方格を用いて砂の移動を防ぐなどしている。また1990年代から、乾燥地域の拡大を抑えるために、内モンゴル自治区での遊牧民の定住化を進めている。あわせて、乾燥地域の住民を強制的に移住させる「生態移民」という政策も行われている。また、モンゴルでも植林などが行われている。しかし、乾燥・砂漠化の進行にはまだ追いついていないこと、定住・移住生活や適切な農業法に関する指導が行き届いていないこと、対策として不十分であるという問題もある。また、過度な植林によって土壌の水分が著しく失われ、乾燥化を悪化させる可能性も心配されている[1]。
灌漑やダムの建設が、中国内陸部の乾燥化の一因であるともされているため、『南水北調』によって水の需要が多い大河の下流に水を供給することで、大河の上中流での水の使用量を増やし、乾燥化を軽減しようとする動きがあるほか、各地で水資源の利用について考え直そうとする動きがある[20]。
しかし、砂丘の移動防止や土壌の固定効果が高い沙蒿という植物は、薪の確保のため伐採され、家畜にも食べられてしまう。ただ、森林の減少により伐採が制限され薪の需要がひっ迫していることや、乾燥地には森林自体がほとんど無いことから、やむなく伐採されている面がある。
灌漑によって水不足を補おうとすると、塩分濃度が高い灌漑用水によって、乾燥地帯の耕地のもともと高い塩分濃度がさらに高くなり、これを洗い流すために塩分濃度の高い灌漑用水をさらに使うことで、塩類集積が起こってしまう。すると、耕作不可能、野草も生えない乾燥地となりやがて砂漠になってしまう。塩類集積を防ぐには、表面の土を取り除くか塩分濃度が低い水で洗い流すしか方法が無いが、これには大きな労力と費用がかかるため、結局放棄されてしまう。すると、放棄された土地は砂漠化し、新たに他の農地が利用されそこでも塩類集積が起こる、という悪循環が起こっている。
また、農業用水は食糧確保のために増加、生活用水は洗濯機などの普及や人口増加のために増加、工業用水も増加している。さらに、化学物質や重金属による水質汚染は使用できる水の減少をもたらし、水資源の減少に拍車をかけている。また、水の需要増が河川の流量減少・断流や地下水位の低下を招き、それが塩類集積に拍車をかけている。
中華料理は肉料理が比較的多く、所得の増加などにより需要も急激に伸びている。これが豚・鶏・牛などの家畜の増加をもたらし、過放牧や飼料用作物の需要増加、ひいては水の需要増につながっていく。また、食べる量よりも多く作り、食べ物をわざと残す食事の習慣に、需要が多い原因があるとの指摘もある。[55]
乾燥化を防ぐ、あるいは乾燥地を農地として利用可能にするなどを目的とした農業法については、さまざまなものが提案・試行されている。藁や草などを敷き詰めて土を掘らずに耕作する「保護耕作」[57]、保水性の高い素材を利用した農法、塩分濃度の高い水でも育つ植物の栽培などがある。しかし、いずれも水自体が無ければ成り立たない。
塩類集積を防ぎ改善していく突破口としては、水中や土中から容易に塩分を除去する技術や、それを安価で広く普及させることなどが求められている。しかし、現在のところそれはできていない。
このようなことから、砂漠化や乾燥化の防止は簡単に防ぐことができるものではないということが分かる。中国の一人っ子政策などは人口抑制に大きな役割を果たしているが、それでも不十分であり、砂漠緑化をはじめとした地道な活動が必要であるとされている。
日本など発生国以外の国ができる対策として、自国の林業の見直しを通して中国からの木材輸入を減らすこと、自国の農業の見直しを通して中国からの農産物輸入を減らすこと、次節で述べるような協力を行うことなどが考えられる[55][32]。
一方で、乾燥化が進行するスピードに比べて、植林などの対策のスピードが遅く、効果を現すまで時間がかかるため、黄砂対策は実効性を現しにくいという見方もある[20]。
[編集] 研究・国際的な活動
また、各地で気象観測の一環として黄砂が観測されているが、観測点に偏りがあることに加え、気象観測だけでは黄砂現象の解明には不十分なため、より精密で計画的な観測が必要となる。これまでは、個人や小規模なグループによる研究が行われてきた。しかし、1990年代に黄砂現象の実態が詳しく分かるようになったことで、黄砂の実態把握には、数十年という長期間の監視体制を整える必要があることが次第に明らかになってきた[1]。
現在市民向けに提供されている黄砂情報は以下のとおりである[1]。
- 黄砂情報、黄砂に関する気象情報 - 気象庁、気象研究所などによる[58]。
- 黄砂予報、注意情報（3段階） - 韓国気象庁による。
- 砂塵暴予報 - 中国気象局による。翌日までの短期間の予報しかできなかったため、中国科学院（参考・英語版リンク）によって数値予報システムが開発され、運用が開始された。
このほかにも、行政機関や研究機関による大規模なプロジェクトがある[1]。