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read the atmosphere

気候変動と科学と社会

〈記事メモ〉(2009)Christian Junge 2 July 1912 – 18 June 1996

1.Education and Second World War

2.The US Career and the Chemistry of Atmospheric Aerosols

3.German Career

4.The Scientist and the Person 

 

・科学的バックグラウンドと第2次世界大戦

1912年6月2日にドイツで生まれたユンゲは第一次大戦後のドイツの影響を受けながら育った。最初は化学を勉強しようと思っていたが、街頭で見た路頭に迷う化学者が描かれたポスター*1を見て考えを改めることにした。しだいに航空機に関心を持ち始め、航空技術にとって重要な気象学を専攻することに決めて、グラーツ大学に入学。彼がこの大学を選んだのは気象学者アルフレット・ウェゲナー*2がいたためだが、ウェゲナーは1930年の探検中にグリーンランドの氷上で亡くなってしまい、ユンゲはウェゲナーの元で学ぶことはできなかった。その後ユンゲはハンブルグとフランクフルトで気象学の研究を続け、大気凝結核に関する仕事で1935年に博士号を得た。フランクフルトで大学助手として凝結核の仕事に就いたあと、ドイツ気象庁に就職。

 第2次大戦中、ユンゲは否応なしに気象庁と空軍の軍事的な関係に巻き込まれた。彼のWW2での最初の任務はプロパガンダに関するもので、プロパガンダのパンフレットを気象気球を使って東フランスに打ち上げることが指令だった。大戦中、従軍の気象予報士としてさまざまな戦地で軍事的な仕事を務めた。戦後、ハンブルグのドイツ気象庁へ戻った。

戦争から戻ったユンゲの専門的な立ち位置は経験を積んだ気象予報士であり、またよく訓練され化学に関心を持つ*3大気物理学者であった。これが彼の科学者としてのキャリアの基礎になる。ユンゲは気象予報よりも研究を好んでいたので、大学教授資格を取るためにフランクフルトに戻り、1953年に私講師の資格を得た。

 

エアロゾル粒径分布

ユンゲの大気エアロゾル研究に関する貢献は3つに分けられる:エアロゾル粒径分布、エアロゾル化学、成層圏エアロゾル層だ。

エアロゾル粒径分布の仕事は彼の気象学的バックグラウンドが関係したといえるだろう。ユンゲは気象学者として訓練を受けていたので、まばらなデータから総観的なチャートをつくることに慣れていた。すべてのエアロゾル濃度のプロットが得られていなくてもとりあえず線を引くことにしたのだ。これによって最初の連続的なエアロゾル粒度分布が得られた。ユンゲが得た方程式はみごとな簡潔さで、同僚からは「ユンゲの法則」と称賛された。

 

・アメリカでの大気エアロゾル化学の仕事

ドイツでのキャリアは先行きが不透明と思われたので、ユンゲはアメリカ空軍のケンブリッジ研究センターからの誘いを受けてアメリカに渡ることにした。

ユンゲはエイトケン粒子の成長挙動に関する研究(1952年)を始めたときから大気エアロゾル化学への関心を抱いていた。よく混合された粒子を考えることで化学組成の研究は容易になる。なぜなら気象学的な影響はほとんど無視できると見なせるからだ。これによって特定の気塊の流跡を注意深く追わなくても研究を行うことができる。大気エアロゾル化学の研究は気象学と分けることができたのだ。もっとも、今日ではこのふたつの領域のつながりは再び重要視されつつあるが。
アメリカにわたってからは本格的に大気エアロゾル化学に携わった。当時、大気エアロゾル粒子は雲凝結核として作用することがわかっていた。特定の化学物質はこのプロセスを促進する。先行研究はエアロゾル粒子のもつおおよその化学的特性を示したが、定量的なデータはほとんどなかった。ユンゲはインパクターを使って粒径ごとにエアロゾル粒子を分離し、0.8㎛より小さい粒子とこれより大きな粒子には化学的な違いがあることを見つけた。
 
 
スプートニクショックと成層圏エアロゾル層の発見
1957年10月4日はアメリカの科学研究戦略のターニングポイントになった。ソ連は予想よりもずっと早く世界初となる人工衛星の打ち上げに成功したのだ。多大な研究労力と資金が宇宙科学に充てられ、公衆からのプレッシャーは大きかった。米国空軍の研究部門にいたユンゲも無関係ではいられなかった。
ユンゲは衛星への脅威になる可能性があるとして宇宙からの微細塵を研究することに決めた。成層圏は以前から核実験や成層圏輸送機の実現のために科学的な興味を持たれていた。先行研究は、観測結果から成層圏にチリの鉛直分布が存在し層をつくっていることを結論付けていたが、これを示す実証的な証拠はまだなかった。
研究の実施のために潤沢なリソースを与えられていたユンゲは、観測のために気球を打ち上げることにした。1961年の論文で、成層圏エアロゾル層の知見が確立された。彼の関心は化学にあって、収集した粒子の化学組成を調べ、硫酸の層であることを突き止めた。この層はいまではユンゲ層あるいは硫酸エアロゾル層と呼ばれている。皮肉なことに、この成功が予期せぬ研究プログラムの終わりをもたらしてしまった。硫酸エアロゾル層は宇宙起源のものではなく地球由来のものであることはあきらかだった。ユンゲの研究はもはや宇宙とのかかわりがなくなってしまった。
 
・ドイツでの仕事と大気化学の発展
空軍ケンブリッジ研究センターでのポストの任期が終わり、彼は1962年にドイツに戻って、マインズ大学の気象学教授になった。1968年にはマックス・プランク化学研究所のディレクターとなり、大気化学部門を設立した。実はマックス・プランクにとってユンゲは第一候補ではなかった。彼らは当初、ノーベル賞受賞者ルドルフ・メスバウワーらに打診したのが、断られてしまった。 しかし結果的に、「次善の策」は最初よりもよい選択だったといえるだろう。大気化学部門はユンゲが大気エアロゾル、トレーサーガス、反応熱力学、そして古大気の研究にともにとりくむさまざまなフィールドの若い科学者を呼び込みむことに成功し、この研究部門のサクセスストーリーを築くことになった。これらの仕事は大気の物理と化学の理解を深め、のちのクルッツェン、ローランド、モリーナの大気化学研究へのノーベル化学賞授与(1995年)につながった。
 
〈感想〉

 ユンゲの名前は「ユンゲ層」として広く知られていると思います。成層圏にはオゾン層とよばれるオゾン濃度の高い層がありますが*4成層圏下部には硫酸液滴を主としたエアロゾル層もあって、「ユンゲ層」とも呼ばれます。発見したユンゲの仕事にちなむものです。
 ユンゲ層をつくっているエアロゾルの主成分は硫酸エアロゾルで、これは太陽光を散乱する作用があるため、グローバルな気候を決定する因子の一つです。硫酸エアロゾルの起源はおもに硫黄化合物の海洋からの放出や大規模な火山噴火による成層圏への直接流入と考えられています。ある種の海洋プランクトンは硫黄化合物を生成し、これが大気中に放出されると大気化学反応により硫化ジメチル(DMS)や硫化カルボニル(COS)を経て硫酸まで酸化されますが、COSは比較的安定なので滞留時間が比較的長く、大気輸送で成層圏まで到達します。これが硫酸エアロゾル層をつくっていると考えられています*5
 
ぼくも最初にユンゲの名前を知ったきっかけになったのは「ユンゲ層」だったですが、ネットで検索しようとしてwikipediaに項目がなかったのですこしびっくりしました。日本語版がないのはいいとして、ドイツ語版も英語版もないなんて...…いいのか。しかし国際エアロゾル学会のwebページでこの記事を発見しました。
 
読んで驚いたのですが、ユンゲ自身は大学で化学の教育を受けていないのですね。ユンゲを大気化学者だと認識していたのでびっくりしました。まあ気象学のなかでも雲凝結核の研究をしていたようなので、十分化学に近いとは思いますが。むかしは、(というか今でもそうですが)大気化学は学際分野なので、研究者の学問的バックグラウンドはいろいろなのでしょう。おそらく黎明期には気象学の出身者が多いのではないかと思っていますが、確認はまだしていません。。いずれ調べてみたいですが。
 
マックス・プランク化学研究所は地球化学の研究で有名ですが、ユンゲがディレクターを務めた1968-1979年の大気化学研究はどんな感じだったのかとても面白そうです。この時期はオゾン層破壊、グローバルな気候影響についての研究が大きく動いた時期と重なります。現代科学史としてだれか書いてくれませんか。

*1:これ、私の科学史の知識が足りなくて時代背景がよくわかりませんでした。第一次大戦後のドイツ化学はこんな感じだったのでしょうか。

*2:ウェゲナーは大陸移動説の提唱者として有名だと思いますが、気象学者(大気物理学)として仕事をしてきました。ゆえに「畑違い」の大陸移動説を提出した時、地質学者からの反応は必ずしもいいものではなかったとされています。

*3:これは私の勝手な想像ですが、少年期の化学への思いがいまだあったのかなと思いますがどうなんでしょう。

*4:オゾン層は単一膜のようなものではなく実際にはもっとブロード。

*5:CLAW仮説とかエアロゾルと気候が絡む面白そうな話はいろいろあります。エアロゾルの気候効果はまだ不確実で研究されているところなのですが、IPCCWG1のAR5にようやく雲とエアロゾルのチャプターができました。最近では成層圏エアロゾルは気候工学の観点からも注目されているようです。