気象学における氷晶核の役割と形成メカニズム

気象学における氷晶核（ひょうしょうかく、英: ice nuclei）とは、大気中で雲が生成される際、気体の水蒸気から固体の氷への昇華、あるいは液体の水から固体の氷への凝固において、核として働く微粒子のことである。広義の雲核の1種として位置づけられる。

大気中に浮遊するエアロゾルの一種であり、その多くは半径0.1マイクロメートル(μm)以上の大きさを持つ。自然の大気中において、液滴の形成に関与する凝結核と比較すると、氷晶核の数は極端に少ない。

氷晶核の分類と形成プロセス

大気中での固体水分子の均質核生成は比較的高い温度では不十分であるため、氷晶核は不均質核生成による結晶の形成を媒介する。氷晶核は主に以下の4種類に分類され、昇華核を除いた後者の3つを総称して凍結核と呼ぶ場合がある。

• 昇華核：過飽和の空気中において、水蒸気から直接昇華して氷晶となるときに働く核。
• 凝結凍結核：凝結核と凍結核の両方の性質を持つ核。微粒子中の水溶性物質がまず凝結核として働き水滴を形成し、その後過冷却状態となった水滴の中で不溶性物質が凍結核として働く。
• 衝突凝結核：大気中で、過冷却の水滴に衝突し、その衝撃によって凍結を引き起こす核。
• 凍結核：大気中で、過冷却の水滴に取り込まれ、その内部で水滴を内部凍結させる核。

氷晶核となるエアロゾルと生物学的要因

氷晶核の多くは、結晶性の粘土鉱物などの土壌粒子であると考えられている。例えば、ヨウ化銀やカオリナイトなどが氷晶核として働くことが知られている。

また、鉱物粒子だけでなく、氷核タンパク質を持つ一部の細菌（氷核細菌）も氷晶核として機能する。これらの生物由来の粒子は、鉱物単体よりも高い温度で氷晶核として働くことがあり、寒冷地や雪の降る環境下での氷晶形成に寄与しているという研究報告が存在する。