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はいっ！皆さんこんばんは！いや、日本は朝ですね。おはようございます。本日の気水圏です。
CO計のトラブルに隠れて表には出てきませんでしたが、スカイラジオメーターという測器も実は不調でした。そのため予備品とパーツ交換したりしまして、なんと！本日復活！！ぱちぱちぱち・・！
スカイラジオメーターのご説明はまだですよね。詳しくは今度説明するとして、簡単なご説明をいたします。
空気中には眼には見えない小さな粒が浮いています。エアロゾルといいます。大きいものなら黄砂とか。これは鉱物粒子です。小さいものなら煙とか。これは黒色炭素エアロゾルと呼ばれます。空気中にある液体・固体の微粒子はすべてエアロゾルと呼ばれるのでその範囲はとても広いですね。
さて、これらエアロゾル粒子は白いものは「散乱」と言って、光を受けるとその光を色んな方向に散らしてしまいます。真後ろに散らせばそれは反射ですね。そのほかにも横（測方散乱）などにもその光の進路を変えてしまいます。逆に黒い粒子なんかは当然光を「吸収」し、熱に変換します。この「散乱」と「吸収」の二つの効果を合わせて「消散」といいます。
太陽から届く光（放射といいます）は大気の上端から地表に来るまで、エアロゾルの「消散」効果によって減衰を受けます。そして放射が大気を通過する際にどれだけ減衰を受けるのかを表す数字が「光学的厚さ」といいます。光学的厚さが厚いほど光は大気を通過しにくくなり、地表に届く光は少なくなります。一言でいうと「淀み具合」といったところでしょうか。
ほら、大きな火山噴火があると冷夏になるって聞いたことあるでしょう？これは噴火の際に大気中へたくさんのエアロゾルが放出されるからです。そのエアロゾル量の増加に伴って、光学的厚さが厚くなります。だから地表への光が届きにくくなり、結果的に気温が下がるというわけです。
前置きが長くなりましたが、スカイラジオメーターとは主に太陽から到達する光の強度（放射強度）を測定する機械です。地上での放射強度を測定することで大気の光学的厚さが測定できるのです。しかも自動で太陽を追尾して方角も高度も合わせていきます。
この光学的厚さは地球の温暖化を知っていくうえでとても重要な要素です。地表への光強度の変化は地表がどれだけ温まるかに影響するからです。
そのスカイラジオメーターは極夜中は観測ができません。太陽が出てないですからね(笑)そのため、ずっと観測休止にしていたのですが…
ある日突然「ぶぃぃーん・・・」という異音と振動が発生！！いやぁ、最初はびっくりしました。何をしたわけでもないのに突然おかしくなるんだもの。
で、気象チーフに協力をいただき一緒に診断したところ、駆動部の故障でほぼ断定しました。そのため予備機と交換。胴体部だけの交換でもいいのですが、一応測定部の鏡筒もその他付属パーツも一式交換することになり、本日一式交換して設置、テスト測定までできました。ちなみに胴体部交換を数日前に行いました。
寒かったですね、この日は-20℃くらいでしたからね。本来八月はもっと冷えるそうですが…こんな感じに這いつくばって胴体交換をし…
テスト運転！！問題となった胴体部の動作の未確認！
いえーぃ、動いた！
そして本日センサーも何も一式全部交換してテスト運転と行きました！！ ウインッ、ウィィーン…と快調に動くスカイラジオ。「やった！」と思う瞬間です。思わず声をあげてしまいました(笑)
そして無事太陽の方を向いてくれました。残念ながら今日は曇りだったけど、久々に見た太陽はどうだったかな？スカイラジオ君。
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南極でのお仕事
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さて、気水圏の仕事シリーズです。ガスサンプリングの二回目です。
前回は週に一回のサンプリング、CO2精製と二酸化炭素分析用フラスコサンプリングのお話でした。
今日は二週間に一度のサンプリング、すなわち
C.酸素窒素比分析用フラスコサンプリング（東北大委託)
D.フロン・炭素循環分析用フラスコサンプリング（NOAA委託)
のお話です。まずは酸素窒素比分析用フラスコサンプリングから行きましょうか。
C.酸素窒素比分析用フラスコサンプリング（東北大委託）
これも東北大委託研究のサンプリングです。やっぱりフラスコに空気を詰めて持って帰るんですが、酸素窒素比の場合は加圧しません。一気圧でサンプリングします。
ちなみにこれは酸素濃度を分析するためのサンプリングです。酸素濃度の正確な測定は実はとても難しい。そのために色んな手法が確立されています。酸素と窒素の比率分析で濃度測定をするというのもその一つです。詳しいことを書き始めると止まらなくなるので控えておきます。直接絶対値を測定するよりも、酸素窒素比率を分析してやる方が楽に誤差が小さくなる。そうだったよね、くぼにゃん？？日本だと波照間島の観測ステーションでもやっていたはず。
ちなみに昭和の酸素計はあえて酸素濃度をそのまま観測しています。原理は簡単で、中に燃料電池がある。燃料電池は鉛と酸素の反応（酸化）が起きた時に出る電流を利用しています。だから、この発生する電圧を見てやれば、どれくらいの酸素があるかわかるというもの。濃い酸素の中では酸化反応しやすいわけですから、電池の電圧も上がりますよね。逆に薄ければ電圧も小さくなる。
だいぶ話が脱線しました。酸素サンプリングにはこんなフラスコを使っています。
ちなみに、今からとります。今は水トラップが十分冷えるのを待っています。ほら、最初の測定器紹介のときに水トラップというのを付けて、エタノールで-50℃とか-80℃とかまで冷やして空気中の水分を取り除くお話ししましたね？このサンプリングでも水トラップを使って空気から水蒸気を取り除きます。今はそいつが冷えるのをひたすら待ているというわけです。
ちなみに左側から入気、右側から排気です。小さなポンプを使って2700ccのフラスコの中に空気を入れます。だから効率よくフラスコ内の空気を置き換えてやらないと適切なサンプルが取れないのです。だから、入気側はガラス管が伸びています。
さらに注意しなきゃいけないことはコックを開けた時の開け具合。二酸化炭素サンプリングなんかは開いてればいいのですが（むしろあけすぎ注意、コックがおかしくなる）、酸素サンプリングはコックの開け具合まで指示があります。というのも、狭いところを空気が通過すると、成分によって通りやすさが違うので分流が起きてしまうのです。酸素と窒素の比率を求めたいわけですから、分流した一貫のおしまい。だからそんな細かいところまで指示がある。
ポンプも激しいのは使いません。小さくてかわいらしいポンプ。
動かすと普通のポンプは「バタバタバタ…」とか「ボボボ・・」って音がでますが、この子は違う。「くぴぴぴぴ…」っていいます。んー、かわいいねぇ。
なんて言ってると誤解されてしまうのでやめておきましょう。変態ではありません。ポンプフェチでもありません。昭和の生活がこういう人間を作り上げるのです。
ちなみにこれが普通のポンプ。CO2測定器とかに使っています。
こうして比べるとやっぱりでかいね。いじめられそうです。
冗談はとにかく、外からの空気を水トラップを通して、あの小さなポンプが精いっぱいの力でフラスコ内に押し出しています。フラスコ置換は30分。二酸化炭素サンプリングの5分とはえらい違いです。水トラップ用エタノールを冷やすのに半日、チューブ内空気を置換し水トラップを冷やすのに30分以上、で実際のサンプリングも30分以上。結構時間は食いますね。
今とれているサンプルは良いサンプルなのか。それとも失敗なのか。それは国内分析をして初めてわかる。と思うと、戦々恐々しながら一つ一つ手順を確認しながらサンプリングしています。
さて、本来ならもう一つのNOAA君の話をしてしまいたのですが、何せNOAA君はサンプリング中のサンプリング。ここは一席彼のためだけに設けてあげたいもの。ということで次にまわします。実はついさっきやってきたんだけれども。一度やると、文字通り息も絶え絶えになるサンプリングです。
ということで今日の写真。昨日出たオーロラです。強風が吹き荒れる中頑張って撮りました。さすがに連続写真は撮れなくて、動画は作れないのが残念だな。かなり激しいオーロラで、空一面のカーテンがぶわっと揺れたりよじれたりしていました。まずは観測棟屋上から見晴し岩方面。
お次は情報処理棟（私のいる観測棟のお隣さん）の上でうごめくオーロラ。まるで何か羽化するようです。
…
あっ。
画像が許容量超えちゃった…！
ということでこの先見せる予定だった写真はNOAA君の回にお披露目します。
それではお元気で。
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みなさま
気水圏のお仕事シリーズです。今日はガスサンプリング①です。
ガスサンプリングというのは、平たく言えば定期的に空気を採取して国内に持って帰るミッションです。国内に持ち帰った後で、それぞれの研究者の方々がサンプルの分析をします。これらの分析結果も当然温暖化や環境汚染を研究するのに重要な役割を果たします。
個人的には一番観測してる気になれて、手間がかかるけど好きです。だから一回で説明しきってはもったいない。ということで「その①」です。
まず、項目をそれぞれあげてみましょう。まずは週に一度のサンプリング項目。
A.二酸化炭素分析用フラスコサンプリング（東北大委託）
B.同位体比分析用CO2精製（極地研）
それから二週間に一度のサンプリングはこちら。
C.酸素窒素比分析用フラスコサンプリング（東北大委託）
D.温暖化ガス・炭素循環分析用フラスコサンプリング（NOAA委託)
そして二か月に一度のサンプリング
E.大容量大気サンプリング（極地研）
さらにイベント的に時々やっているのが
F.ハロカーボン分析用フラスコサンプリング(東大委託）
度のサンプリングも風を読み、適切な時に採取するのが鉄則です。失敗は許されないし、国内に持ち帰って初めて失敗に気づくなどということはあってはならない。一番やりがいを感じる半面、一番プレッシャーも感じます。こいつのために毎晩私は観測棟に寝泊まりしています。いいタイミングってなかなかつかまらないんです。だから起きてる限り風を見て、装置立ち上げやサンプリング実施の機会を見計らっています。
ちなみにいい風というのは、カタバ風といわれる風です。カタバ風についてはまた後日、写真でも交えてお話します。カタバ風が吹いているときの空気が本当に本当の南極の自然の空気だと思ってください。
まずは一週間に一度のサンプリングから行きましょうか。
A.二酸化炭素分析用フラスコサンプリング(東北大委託）
このサンプリングは()書きにつけたように東北大学の委託研究です。こんなフラスコに南極昭和基地の空気を封入しています。
まずはサンプリング配管をただ空気を流して五分以上。そうやって、空気取り入れ口からフラスコ手前までの配管の空気を置き換えます（パージという）。私は万全を期すために30分〜1時間以上は置換します。
そしてフラスコをつなげて上流部コックを開ける。そのまま15秒待ってから下流のコックを開ける。するとフラスコ内をサンプル空気が泳いで抜けていくようになります。そのまま5分以上。フラスコ内の空気を置換するためです。私はやっぱり長めに見て、7〜10分程度待つようにしています。
時間が来たら下流のコックを閉めます。すると当然ですが圧力が上がってきます。そのまま2気圧まで上がるのを待ってから15秒。最後は上流コックを閉めて、緩まないよう自己融着テープを巻いて完了。
サンプルはあまり温度変化にさらされないように実験室とつながっているボンベ倉庫に保管しています。
サンプリングの中では一番手っ取り早いものです。
B.同位体比分析用CO2精製(極地研）
さて、これはなかなか面白いですよ。手間はかかるけど。手間のかかる子ほどかわいいというか。ね。
まずは装置の全体写真。左の方にフラスコが見えますね。
左に「ング」まで見えているのがフラスコ。ここにいったん空気を封入します。真ん中のでかい銀色容器の右には見えにくいけどガラス製の細い封入管があります。最終的にはここにCO2だけを封入して、国内に持ち帰ります。
まずは使う装置やフラスコ・ガラス封入管を真空引きします。ほしいサンプル以外の空気が入らないようにするためです。加熱真空引きといって、各部品を加熱しながら真空引きし（三時間とかそれ以上）、そのあと常温真空引きををします（これもに三時間は少なくともします）。規定以上の真空度までひけたら準備ＯＫ。
風向風速を見て、CO2計・CO計・その他エアロゾル測器のデータ等を見ながらしばらく汚染がなく、そのまま安定してきれいな空気が取れそうだというタイミングを見計らって…先ほどと同じように配管・フラスコのパージをしてサンプリングします。これは加圧ではなく、一気圧で採取をします。
採取したらフラスコを装置に戻します。そしてフラスコを開けずにもう一度常温真空引きをします。一度フラスコの取り外しをして室内空気が入り込んでいるためです。1〜2時間程度ひきます。
それが終わったら精製です。細かい手順は省きます。まず取り付けたフラスコを開き、装置にサンプル空気を送り込みます。
さて、さっきの封入管のあたりをアップしてみるとこんな感じ。
左の布みたいなのが巻いてあるのが水トラップ。真ん中がCO2トラップで、その右隣が封入管。フラスコの空気は左から右に向かって流れていきます。
サンプルはまず水トラップを通過します。写真では加熱真空引きのときのヒーターが巻いてありますが、生成時にはその左下に見えている容器に突っ込みます。ここにはエタノールが入っていて-73℃くらいまで冷やしてあります。だからサンプル中の水蒸気はここで霜になって、空気中から除去されます。
次にCO2トラップに入ります。ここは液体窒素で-180℃まで冷やしてあります。ここをサンプルが通過すると、二酸化炭素はドライアイスになってトラップ中に残ります。そしてポンプで空気を引いてやると、余分な空気（窒素とか酸素とか）が排出されて、CO2トラップ内にはCO2のみが残るのです。
ここで、CO2トラップの温度を上げていくと、あるところでドライアイスは気化します。この時に右側の封入管を液体窒素で-180℃以下に冷やしてやれば、トラップから気化して出てきたCO2が封入管の中でもう一度ドライアイスになって残るのです。
この封入管をガスバーナーで封じ切ってしまえば、サンプル管にはCO2だけが残るという寸法です。どうです、面白いでしょう！したは作業中の写真です。トラップも冷えて霜がついていますね。
そして完成したサンプル。
そんな観測を週に一度、ここ昭和基地でやっています。
サンプリングというのはいずれにしても夜にやっています。昼間は人が動き回っていて汚染のリスクが大きいから。だから、人が寝静まって汚染がない深夜にやっているわけです。
さて次の記事では残りのサンプリングを紹介しましょう。ではまた。
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みなさま
またまた更新が空きました。ここでの日々はまるで一瞬です。今日のトラブル昨日とトラブル、今日は何があって明日は何があって・・・と過ごすうちにここに来てから半年も過ぎてしまいました。ミッドウィンター祭も終わっちゃった。
さて、いまさらというか、今でこそというか。私の仕事について紹介したいと思います。
えー、つまらない、やめてくれよという方のために先日のオーロラの写真を最後に載せました。それだけ見たい方はどうぞ一思いに一番下へ(笑)
さて、私は「気水圏モニタリング隊員」という隊員できています。モニタリング隊員は継続観測の項目、つまり新たに走り出しをするような観測とは異なり、昔から地道に行われてきていてその積み重ねが重要とされる定常的な観測項目を主な仕事とします。またいわゆる研究者としての隊員さんとは違って、解析などは国内の研究者の先生方が仕事として、私たちは測器のメンテナンス・トラブル対処を仕事とします。だからこれらの項目を研究しているというより、観測データをとってくることと測器の保守をしているということになります。一言でいえば、じみー・・・な仕事。
しかしだからこそ責任がある仕事とも言えます。何かへまをして今年のデータをおじゃんにしたら、過去数十年も重ねてきた観測結果が途切れてしまう。過去積み重ねられてきた伝統に価値があるとも言えます。さらには私たちがとるデータを使って研究を進められる先生方がいるので、よりよいデータを観測してバトンタッチすることが存在意義であり誇りであると思っています。
越冬ではモニタリング隊員は私含め三人おります。気水のほかに宙空担当、地圏担当です。
宙空はオーロラなど大気圏上層のことを研究しています。地圏は地震は地殻変動などを観測しています。そして気水では空気・雪・氷について観測を行っています。
「空気・雪・氷の観測」といってもイメージはわかないでしょう。ということで具体的にお話していきます。
「空気の観測」の中では大きく分けて次の項目に分かれています。
1)温室効果ガスの観測
2）温室効果ガスやフロン濃度の分析のための大気試料サンプリング
3）雲や大気中水蒸気量の変化の観測
4）エアロゾル（空気中を漂う微粒子のこと、詳しくは「研究日誌」を）の濃度観測
5）オゾンや温室効果ガスの高度分布観測
そのほか「雪・氷の観測」として
6）積雪量や氷厚変化、氷床動態のための雪氷観測
さて、どの項目から行きましょうか。順番に行きますか。
ということで、本日は1）の温室効果ガスの観測をお話ししましょう。
温室効果ガスとか、温暖化とかはもう皆さんも聞きなれてきていると思います。まぁ温室効果ガスが元になって温暖化が起きているのかというと、そこはよくわかっていないところでいまだ議論は尽きません。ただ温室効果ガスには気温を上昇させる力があることは確かで、非常によく関係しています。そのため、温室効果ガスのせいで温暖化しているかどうかはひとまず置いたとしても、温暖化のメカニズムをより詳しく正確に解き明かし、将来の気候変動を正しく予測するには温室効果ガス濃度の変化を継続して観測して行くことが重要で、その観測結果は将来の地球にとってかけがえのない財産となるわけです。
温室効果ガスというと皆さんは何を思い浮かべますか？まず出てくるのはCO2でしょう。そのほかにもCH4（メタン）なんかもよく知られています。それからフロンやオゾンといったものも温室効果ガスです。
ここ昭和基地では「大気中微量気体成分の観測」としてCO2、CH4、CO、O2を24時間観測しています。温室効果気体としては問題視されていないCOやO2もなぜ観測するのか。それは、CO2などの温室効果気体に関連が強いと考えられるからです。COは不完全燃焼により発生します。CO2はもちろん燃焼過程と密接に関わっているので、CO濃度と燃焼過程で発生するCO2濃度は密接な関係を持っているということです。
同様にO2もCO2の発生に強くかかわっているため、重要な観測項目です。燃えるものによって（例えば、木・プロパンガス・ガソリンなど）O2とCO2の交換比率が異なるという研究結果もあります。つまり、何が燃えるかによって消費されるO2と生成されるCO2の比率が変わるということです。O2の濃度変動を測定することで、CO2濃度変動の原因がわかるということなのです。
これがCO2を測る装置。ほかの機器もそうですが、できる限り高精度の測定を行うため国内で濃度検定をした高濃度ガスと低濃度ガスを定期的に測定してからサンプルを測定します。例えばCO2の測定であればCO2濃度が高く設定された濃度のガス（Highガス）と低濃度に設定されたガス（Lowガス）を測定することで、測定された出力値を本当に正しい値にすることができる。そのうえでサンプルを測定すれば正しい測定値が得られるという寸法です。さらにリファレンスガス(Refガス)と言ってHigh、Lowの間の濃度の検定ガスも定期的に測定します。よりサンプルに近い濃度のガスを測定することでさらに正しい値とします。
だから写真でボンベが四本写っているのがわかるでしょう。Highガス、Lowガス、Ref(ガス）があります。もう一つはキャリアガスといって、次のサンプルを測定する前に測定器内を洗い流すためのものです。前のサンプルの残りが次のサンプルに残ってしまわぬよう、キャリアガスを流します。
お次はCH4計。
まだまいくよ、CO計。
そしてO2計。
O2計は温度変化に弱いため、前面パネルにまで断熱材を付けています。こうやってガムテープで抑えるだけでも効果があります。測定器そのまま使うだけでなく、少しでも精度を上げるための工夫がしてあります。O2測定用の検定ガスは温度による誤差を限りなく小さくするため、ボンベ専用の断熱ラックにいれて温度管理をしています。しかも縦置きではなく、横置き。縦置きだとボンベの頭と足で温度が変わるため中で濃度ムラができてしまうためです。
ここまでこんなに偉そうに書かせていただきましたが、結局私の研究でも測定器でもないんです(笑）日本にはこれらの測器をそろえて昭和基地に設置された先生方がいらっしゃいます。その先生方がわざわざ毎年越冬することなどできません。そんなこと始まったら誰がデータを分析して発表したりするのでしょう。だから我らモニタリング隊員は代わりに越冬してその間メンテナンス等をするのです。私がとったデータは直接私が解析するわけでも発表するわけでもありませんが、どれだけ質のいいデータをとってくるかが、どれくらい研究が進んでいくのかにかかわってきます。それはプレッシャーでもあると同時に誇りでもあります。日々のメンテナンス、トラブル対処が地球のために役立っていると、そう考えながら毎日仕事をしています。
ということで今日はここまで。測器の写真勝手に出しちゃって怒られないよなぁ…。
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