導入：空に浮かぶ巨大な雲の謎
青空にぽっかり浮かぶ白い雲。時には入道雲のように山のようにそびえることもあります。
しかし不思議ではありませんか？あれほど大量の水を含む雲が、なぜふわりと空に浮かび続けることができるのか。重さと浮力の“重量トリック”を、最新の気象学の知見を交えて解明します。
雲の重さはどのくらい？雲水量と体積の関係
- 発達した積乱雲には10万〜1百万トン規模の水が含まれると推定されます。体積が大きく、雲水量（cloud liquid water content; LWC）が高いほど重くなります。［NOAA “How Much Does a Cloud Weigh?” 2023］
- 一方で、観測される LWC の典型値は 0.01〜3 g/m³ の範囲。雲の体積や混濁度が異なれば、重さも大きく変動します。
つまり「雲は重いが、その重さは雲の種類・体積・湿度条件によって大きくばらつきがある」ということを押さえておきましょう。
雲はなぜ落ちずに浮かぶか？粒のスケールと浮力のメカニズム
- 微小な水滴のサイズ
雲を構成する水滴サイズはおよそ 10〜20マイクロメートル。これは人の髪の毛の太さ（約100µm）よりずっと小さく、この水滴では重力より空気抵抗やブラウン運動・対流の影響が大きく、落下速度（終端速度）が非常に遅いため、長時間浮遊できます。［大学気象教育資料］ - 上昇気流の存在
地表が日射で暖まるとその空気が軽くなり上昇します（対流）。積乱雲ではこの上昇気流の速度が数 m/s から 10〜50 m/s に達することもあり、この強い上昇流が雲の重さを支えます。 - 空気の密度差と浮力
暖かく湿った空気は密度が低く、周囲の空気との温度・湿度差から浮力が生まれます。雲を含む空気塊がこの浮力によって支えられるため、雲粒は「落ちる」より「浮かぶ」状態を保ちます。
雲の生成に必要な条件：凝結核と雲の種類
- 凝結核（Condensation nuclei, CCN）：塵、海塩微粒子、硫酸エアロゾルなど、水蒸気がこれに付着して雲粒ができる種になります。これがないと雲はできにくい。［Recent study, 2022][]
- 雲の種類と浮く高さの差：
- 低い雲（層雲・積雲）：水滴中心、浮遊高度低め
- 高い雲（巻雲等）：氷晶中心、高高度で薄い雲
- 積乱雲：低層から対流圏上部まで垂直発達、大量浮力と雲水を含む
雲が雨になるプロセス
- 雲粒が集まり、大きく成長する（衝突・合体）
- 成長して直径が 0.1mm を超えると、上昇気流で支えきれず落下を始める
- こうして「雨粒」となって空から降ってきます。
このプロセスが雲が「ただ浮くだけでなく」降水をもたらす仕組みです。
雲は気候・天気にも影響する
- 日中：太陽光を反射して地球表面を冷やす
- 夜間：地表からの赤外線を取り込んで断熱作用となる
この反射と吸収のバランスが、気候変動モデル中で非常に重要です。［IPCC, 2021］ - また、上昇気流の強さや雲の発達度により雷・突風・豪雨などの気象現象を引き起こすこともあるため、予報や防災との関係が深いです。
地球外の雲と比較
- 木星や土星：アンモニアや水の氷からなる雲層
- 金星：硫酸の雲が厚く覆う
これらは物質・温度・圧力条件が異なるため、浮遊の仕組みも種類によって変化しますが、「浮く・形成される・落ちる」という基本原理は共通です。
まとめ：自然のバランスの象徴
雲は巨大で重い水の塊ですが、粒子サイズ・上昇気流・浮力の相互作用によって空に浮きます。
積乱雲はその典型例で、天気や気候にも大きく関わる存在です。
次に空を見上げるときは、雲が空に浮かぶ「軽さ」と「重さ」の緻密なバランスを感じてみてください。
出典
- NOAA. How Much Does a Cloud Weigh? (2023) — 雲の質量見積もり。
- Wallace, J.M. & Hobbs, P.V. Atmospheric Science: An Introductory Survey, Academic Press, 2006 — 雲粒サイズ・雲の種類。
- 気象庁「降水のしくみ」公式ページ（2024年更新） — 雲から雨へのプロセス。
- IPCC, Climate Change 2021: The Physical Science Basis — 雲の気候への作用。
- Recent study (2022). The role of condensation nuclei in cloud microphysics.
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