雲ができる仕組みとは？空気が上昇して冷える『断熱膨張』のプロセスと水滴の正体【最新の国際基準で見わける 雲の図鑑】

雲はチリから生まれる!? 図でわかる雲発生の仕組み

雲ができていくプロセス

空気は上昇すると膨らんで冷える

標高の高い場所は空気が薄く感じられます。これは空気を構成する分子（窒素や酸素など／以下、空気分子）の量が変わるためです。空気分子の密度は地表付近でとても濃く、高度が上がるにつれ、次第に薄くなります。地表付近は空気分子の密度がとても高く、空気はいわばきゅうきゅうに圧縮されたような状態で存在します。

しかし、上空に行くほど空気分子の密度は下がるため、空気からの圧（気圧）も弱くなっていきます。空気のかたまりはこの気圧差の影響を受け、上昇すればするほど膨らんでいきます。これを断熱膨張(だんねつぼうちょう)といいます。

空気は膨らむときに、自らがもっているエネルギーを消費します。その結果、空気のかたまりの温度は下がっていきます。

飽和水蒸気量は気温によって決まる

空気は最大でどれだけ水蒸気をもつことができるのか。これを数値で表したのが飽和水蒸気量です。飽和水蒸気量は、気温が高くなればなるほど大きくなり、反対に低くなればなるほど小さくなります。

気温が下がって、空気が今もっている水蒸気の量よりも飽和水蒸気量のほうが小さくなると、空気は水蒸気をもちきれなくなります。もちきれなくなった水蒸気は、小さな水滴となって外に出てきてしまいます。

上昇してきた空気のかたまりは、断熱膨張によってどんどん温度が下がるため、やがてどこかで水蒸気をもちきれない状態となります。

チリなどの微粒子が雲をつくる手助けに

空気と水だけの世界であれば、もちきれなくなった水蒸気はなかなか水滴として出てくることができません。水滴として出てくるためには、きっかけとなるものが必要です。

そのはたらきをするのが空気中に漂っているさまざまな微粒子（チリなど）です。

空気がもちきれなくなった分の水蒸気は、これらの微粒子に向かって集まり、やがて小さな水滴へと成長していきます。この足がかりとなる微粒子を凝結核といいます。

低温下では、微粒子を核にして水蒸気が凍りつき、氷の結晶となります。その結果できるのが氷晶です。そして氷晶ができるきっかけとなる微粒子を氷晶核といいます。水滴や氷晶が次々発生し、量が増えて密度が濃くなると、光を強く散乱するようになり、白っぽいかたまりとして目に見えます。これが雲です。

空気のかたまりが上昇すると

① 地上付近は気圧が高く、空気のかたまりは強い力で押さえつけられている。
② 上空は気圧が低いため、まわりから押さえつけられる力が弱まる。
③ 上昇した空気のかたまりが膨張。
④ 空気が膨張するときにエネルギーを消費し、温度が下がる。
⑤ 空気が冷やされることで、空気中に含まれていた水蒸気が小さな水の粒となって外に出てくる。

【出典】『最新の国際基準で見わける 雲の図鑑』著：岩槻秀明