極域大気中のエアロゾルの特性・組成は、低温環境、際立った日射の季節（極夜・白夜の存在）、大陸氷床の有無と密接に関係している。気温の低下に伴い、海水の凍結が進み、海洋表面は海氷で覆われる。海氷の存在は、海洋から大気への物質交換（放出）を抑制させる役割をすると考えられていたが、近年の研究から、海氷面積が増加し最大となる時期（特に冬～春季）には、海氷表面に存在するBrine（濃縮海水）や海氷表面に形成するFrost flowerの飛散により、海氷表面から大気中へ海塩粒子が放出されることが示されている(Hara et al., 2011; 2012; Wagenbach et al., 1998)。さらに、広大な大陸氷床が存在する南極域では、荒天（強風）時の表面積雪の削剥に伴い、積雪中の海塩成分の再飛散も起きることが確認されている(Hara et al., 2014)。海氷域からの海塩粒子の放出の結果、冬～春の南極域の対流圏下層では、海塩粒子が、数・重量のいずれでも主要となっている(Hara et al., 2011; 2013) 。低温条件下の海水凍結時には各海塩成分の溶解度の違いにより、気温の低下に伴い、塩の析出が起きる。海塩組成分別のため、海氷域から大気へ放出された海塩粒子の成分比は、海洋表面から放出された海塩粒子や海水組成比とは大きく異なっている(Hara et al., 2012; 2013)。また、夏季の南極大陸氷床上の積雪表面部においても、海塩成分（Mg塩）の分離が起きることも確認されている(Hara et al., 2013; 2014)。海塩組成分別による海塩組成比の変化は、海塩粒子の吸湿特性を変化させるだけではなく、高反応性物質(Br^-)の濃縮を起こすも指摘されている(Koop et al., 2000)。海氷上の海塩成分や海塩粒子中のBr^-は、不均一反応により、Br₂などの高反応性のガス成分に変換される。大気へ放出されたBr₂ などの高反応性臭素成分は、日射条件下では、Brラジカルとなり、春季対流圏下層でO₃消失現象(Simpson et al., 2007) を引き起こすだけではなく、大気中のHgと反応して、Hg消失現象も同時に進行し、効率的なHgの除去過程となる(Ebinghaus et al., 2002)。Hg沈着は、低・中緯度域から長距離輸送され、効率よく極域で除去されるため、極域の生態系でのHg濃縮と密接に関係している。

　海氷中や海氷下の海洋では、植物・動物プランクトンなどの生物が活動する。日射が戻る時期や海氷の融解時期にアイスアルジー（Ice algae：微細藻類の群衆のこと）が際立って増殖し、ガス状のエアロゾル前駆物質(DMS, DMSO, その他の有機物)を大気へ放出させる。大気中に放出されたDMSやDMSOは、OHやBrOなどと気相中で反応をし、SO₂、CH₃SO₃H（メタンスルホン酸）ガス、H₂SO₄ガスへ変換される。さらに、これらのガス状のエアロゾル前駆ガスが既存のエアロゾル粒子上での不均一反応を経て、エアロゾル粒子中のCH₃SO₃H、H₂SO₄に変換される。エアロゾル中のSO₄^2-は人間活動や火山由来のSO₂からも生成するが、CH₃SO₃^-は生物活動由来のDMSから生成するのみのため、海洋生物活動のトレーサーやプロキシとして用いられることもある。エアロゾル中のCH₃SO₃^-濃度は、南極・北極共に夏に極大、冬に極小となる季節変化を示す(Li et al., 1993; Li and Barrie, 1993; Minikin et al., 1998)。H₂SO₄ガスの飽和蒸気圧は非常に低いため、大気中で起きる新粒子生成現象と密接に関係している。南極・北極の大気では、境界層(Allan et al., 2015; Chang et al., 2011; Weller et al., 2015)や自由対流圏(Hara et al., 2011b; Humphries et al., 2016; Khosrawi et al., 2010) で新粒子生成が起きていることが観測的に示唆されている。極域で新粒子生成に寄与するエアロゾル前駆物質としては、海洋生物活動起源のDMSの酸化生成物であるH₂SO₄(Chang et al., 2011)、無機ヨウ素化合物(Allan et al., 2015; Roscoe et al., 2015) の寄与が指摘されている。さらに、新粒子性後の粒子成長率は、H₂SO₄ガス濃度だけでは説明ができないことから、他の凝結ガス(CH₃SO₃H, ヨウ素ヨウ素化合物、有機物)の粒子成長への寄与も指摘されている(Asmi et al., 2010; Hara et al., 2011b; Roscoe et al., 2015)。

　上記のような自然起源物質の動態については、南極と北極で共通する点が多いが、燃焼起源物質や人間活動起源物質の動態では、南極と北極の間には大きな違いがある。北極圏は中緯度域の人間活動に近接しているだけではなく、北極圏内にも工業地域があるだけではなく、北極圏内や周辺地域でバイオマス燃焼も頻繁に起きている。北極域に流入する人為起源物質はロシア・ヨーロッパ・北米・アジアの人間活動域から長距離輸送されることが指摘されているが、北極圏内に位置するロシア域の寄与が非常に高いと考えられている。北極域に輸送された人為起源物質は、降水量が低く、湿性沈着されにくいため、その寿命は他の地域と比べると長くなる(Shaw, 1995) 。北極域に輸送された人為起源エアロゾルは、視程不良の状態をもたらし、北極ヘイズ(Arctic haze)として観測されている。北極域の各地では、人間活動に由来するエアロゾル成分（nss-SO₄^2-, NO₃^-, BCなど）は、降水量が減少する冬季～春季に著しく濃度が増加し、夏季に濃度が減少する季節変化を示す(Quinn et al., 2007; 2009; 2005) 。1990年代以降、冬季～春季の人為起源物質濃度(nss-SO₄^2-, NO₃^-, BC)の経年変化は、北極域の各地で減少傾向を示している(Eleftheriadis et al., 2009; Quinn et al., 2007; 2009; Sharma et al., 2004) 。NO₃^-濃度は減少傾向を示す地域もあるが、増加傾向を示す拠点もあり、東アジア域から長距離輸送されている可能性も指摘されている(Quinn et al., 2007)。冬～春季の北極大気中に存在するエアロゾル中のnss-SO₄^2-の濃度は経年減少を示しているものの、その酸性度は増加傾向を示しており、エアロゾルの“質”が変化していることも確認されている(Quinn et al., 2009; 2005)。

　北極域と異なり、南極域は海洋に囲まれ、中緯度域の大陸や人間活動からは隔離された状態にあり、燃焼起源物質や人間活動起源物質の濃度は極めて低い。南極域では、エアロゾル中のnss-SO₄^2-は海洋生物活動起源のCH₃SO₃^-と高い相関を示す(Enami et al., 2016; Minikin et al., 1998) 。また、内陸氷床上の表面積雪中のnss-SO₄^2-の同位体観測では、生物活動の影響を強く受けた海洋エアロゾルの寄与が強いことが示されていた(Uemura et al., 2016) 。エアロゾル体のNO₃^-は、①冬～春季の極成層圏雲(PSCs)発達による成層圏HNO₃ガスの対流圏への混合や、②表面積雪中のHNO₃の光化学反応による大気へのNO_x放出の寄与を強く受けていることが示唆されている(Hara et al., 2011a; 2012; Wagenbach et al., 1998a) 。大気中のBC濃度は90年後半～現在まで、アイスコア中のBC濃度は、1850年頃から現代までの期間では、明瞭な経年トレンドは確認されていない(Bisiaux et al., 2012a; 2012b; Weller et al., 2013) 。南極大気中に存在するBCは、南米・アフリカ・オーストラリアなどで発生するバイオマス燃焼から放出され、長距離輸送により南極域へ供給されていることが示唆されている(Fiebig et al., 2009; Hara et al., 2010) 。南極域では燃焼起源・人為起源物質の寄与は非常に小さく、“南極ヘイズ(Antarctic haze)”は出現しないと考えられていた(Shaw, 1995)。しかしながら、南極沿岸部に位置する昭和基地において、冬～春季にかけて、高エアロゾル濃度状態による“南極ヘイズ”に相当する著しい視程低下現象が観測された(Hara et al., 2010)。北極ヘイズとは異なり、南極ヘイズの主成分は、海氷由来の海塩粒子であり、低中緯度域のバイオマス燃焼や人間活動から放出される成分も混合していたことが確認されている(Hara et al., 2010)。さらに、南極ヘイズをもたらす海氷から放出された海塩粒子は、境界層だけではなく、自由対流圏中層（約4㎞）まで、鉛直混合されていることも明らかとなった(Hara et al., 2014b)。

　ここでは、極域のエアロゾルの概要のみを示した。北極圏のエアロゾルの動態についての詳細は、先行のレビュー(Shaw, 1995)や論文(Quinn et al., 2007)にまとめられている。南極域のエアロゾルについては、レビューや解説にまとめられている(Shaw, 1979, 1988; 伊藤, 1985; 岩坂, 1985, Ito, 1989; 原, 2003, 2016)。

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（福岡大・原　圭一郎）　2016年6月2日　　★