気象学における氷晶核の役割と分類
📌 主なポイント
- ✓氷晶核は大気中の水蒸気から昇華あるいは水滴から凝固して氷晶を形成する際の核となる微粒子である。
- ✓自然の大気中における氷晶核の数は、一般的な凝結核に比べて極端に少ない。
- ✓氷晶核は作用の違いにより、昇華核、凝結凍結核、衝突凝結核、凍結核の4種類に分類される。
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、また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総称である。これは雲核の1種に位置付けられる。
大気中での特性と数
大気中に浮遊するエアロゾルの一種であり、半径0.1マイクロメートル（μm）以上の大きさを持つことが多い。自然の大気中においては、通常の凝結核に比べて氷晶核の数は極端に少ない。そのため、無数の雲粒が存在する中でも氷晶へと成長できるものはごく一部にとどまる。
0 ℃以下の環境であっても、他の多くの雲粒は過冷却の水滴として存在し続ける。氷晶はこの過冷却水滴を蒸発・昇華させることで成長（昇華成長）していく。気温が低下するにつれて氷晶へと変化する雲粒の割合が増加し、約-40 ℃に達すると、氷晶核が存在しない場合であっても過冷却水滴が自発的に凍結し始める。
氷晶形成のメカニズム
大気中における固体水分子の均質核生成は、比較的高い温度環境では十分に機能しない。そのため、氷晶核は不均質核生成による固体水分子の結晶形成を媒介する役割を担う。一般に、氷に近い結晶格子定数を持つ微粒子が氷晶核として有効に働くと考えられている。
氷晶核の分類
氷晶核は、その形成プロセスや作用機序により主に4つの種類に分けられる。なお、後者の3つを総称して凍結核と呼ぶ場合もある。
- 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を形成する際に働く核。
- 凝結凍結核：凝結核と凍結核の双方の性質を併せ持つ核。まず微粒子内の水溶性物質が凝結核として働き水滴を生成し、その水滴が過冷却状態になると、内部の不溶性物質が凍結核として作用して凍結を引き起こす。
- 衝突凝結核：大気中を落下・浮遊する過冷却の水滴に衝突し、その衝撃によって凍結をもたらす核。
- 凍結核：過冷却の水滴の内部に取り込まれ、その中で水滴を内部から凍結させる核。衝撃とは無関係に作用する。
氷晶核となるエアロゾルと生物的要因
氷晶核の多くは、土壌粒子に含まれる結晶性の粘土鉱物であると考えられている。例えば、ヨウ化銀は約- 8℃、カオリナイトは約- 15℃で氷晶核としての働きを示し始める。
また、特殊なタンパク質を持つ一部の微生物（氷核細菌）は、鉱物単体よりも高い温度で氷晶核として機能することが知られている。こうした生物由来の氷核は、積雪地帯などにおける降水プロセスや環境科学の分野でも研究の対象となっている。