研究によると、夏季の山火事は従来考えられていたよりもはるかに大気汚染を悪化させる。
自然に燃える樹木や低木は、微小粒子と呼ばれる粒子を、米国環境保護庁の排出量インベントリーに記載された水準の3倍の速度で大気中に放出する。
エアロゾルを形成する、すすを含む微細な粒子は人の健康に有害で、とりわけ肺や心臓に悪影響を及ぼす。
「バイオマスの燃焼は大量の汚染物質を生み出します。健康面から見ると、吸い込むには非常に有害なエアロゾルです」と、ジョージア工科大学の地球・大気科学教授グレッグ・ヒューイは述べる。
この研究結果は、山火事の煙に含まれるその他の化学物質についても明らかにしており、その中にはこれまで測定されたことのないものもある。また、米国西部における微小粒子、すなわち粒子状物質の年間排出量の推定値を大幅に引き上げる可能性が高い。
従来の米国環境保護庁のデータは、森林の専門家が火をつけた管理燃焼で採取した煙のサンプルに基づいていた。山火事のただ中で、空から煙をこれほど徹底的に測定することは、この研究以前には不可能だった。
この研究では、研究者らは3件の大規模な山火事の煙の中を飛行機で通過した。その中には、カリフォルニア州の歴史上3番目に大きな山火事である2013年のリム火災も含まれていた。NASAと米国エネルギー省の航空機に搭載された多数の計測機器により、搭乗した研究チームは化学物質や粒子をリアルタイムで測定し、大量のデータを収集できた。新たな研究はこのデータに基づいている。
「実際に火災の真上まで行って、何が放出されているのかを測定しました」とヒューイは言う。
「煙が見えますし、暗いのには理由があります……中に何があるのか、ときどき考え始めてしまいます。」
モンタナ大学の大気化学教授ボブ・ヨーケルソンは、大型NASA機に設置する計測機器を選定した約20人の科学者の一人だった。「どうしても必要だと思うものを諦める必要は、ほとんどありませんでした」と彼は言う。ヨーケルソンは飛行経路の設計にも協力した。
この論文は、Journal of Geophysical Research: Atmospheres誌に掲載され、「次回のNASA火災化学物質モニタリング計画の基礎となることが期待されています」とヒューイは述べる。
山火事の煙から検出されたメタノール、ベンゼン、オゾン前駆物質などの有害な排出物を聞くと、まるで石油精製所が炎上したかのように思えるかもしれない。これはそれほど突飛な話ではない。石油などの化石燃料は、古代のバイオマスに由来するからだ。
「煙が見えますし、暗いのには理由があります」とヒューイは言う。「山火事を測定すると、測定できるものはすべて捉えられます。中に何があるのか、ときどき考え始めてしまいます。」
管理燃焼の方が汚染は少ない
研究では、山火事の煙に多くの有機化学物質が含まれていることが示された。また、技術の進歩により、煙の中に特定の硝酸塩が含まれることを初めて検出できた。しかし、バイオマスの燃焼が、こうした化学汚染物質の主要な発生源であるとは考えられない。
この研究の主な発見は微小粒子に関するもので、砂粒や人の髪の毛よりもはるかに細かい、ほこりやすすのような粒子だ。粒子は単独で、あるいは水分と結びついてエアロゾルとなり、空中に浮遊する。その後、人が吸い込むことがある。粒子状物質の中には、遺伝子損傷を引き起こす酸化物質を含むものもある。遠くまで漂い、人口密集地を汚染する可能性もある。
産業活動も人々を有害なエアロゾルにさらすが、燃焼した燃料の量あたりでは、火災の方が多くのエアロゾルを生み出す。「自動車や発電所は汚染防止装置を備えているため、物質をはるかにクリーンに燃焼させます」とヒューイは言う。
「計画的な火入れでは、1エーカーあたり5トンのバイオマス燃料を燃やすことがある一方、山火事では30トン燃やすことがあります。」
さまざまなエアロゾルも大気中に上昇するが、地球温暖化や寒冷化に及ぼす正味の影響は、まだ明らかでない。太陽光を地球から反射させるエアロゾルもあれば、反対に大気中に熱を閉じ込めるものもある。
地球温暖化によって山火事の規模と件数が拡大するにつれて、それに伴う汚染も増える可能性がある。専門家が管理する人為的な火入れを増やせば、こうした排出を減らせる可能性があると研究は示唆している。
いわゆる計画的な火入れは山火事を防止または抑制するもので、単位面積あたりの汚染は山火事よりはるかに少ないとみられる。
「計画的な火入れでは、1エーカーあたり5トンのバイオマス燃料を燃やすことがある一方、山火事では30トン燃やすことがあります」とヨーケルソンは言う。「この研究は、燃料1トンあたりで見ても、山火事は計画的な火入れの3倍のエアロゾルを排出することを示しています。」
専門家が行う計画的な火入れの排出については、さらに解明が必要だが、新たな研究は、山火事では燃焼量も汚染もはるかに大きいことを明らかにしている。このデータは、山火事の排出量全体の推定精度向上にも役立つ。
火災予防の専門家は、災害を防ぎ、風下の人口密集地に汚染物質が流れ込まないよう、厳格な規則に従って計画的な火入れを行う。研究者らは、経験のない人がバイオマスを燃やすことを勧めていない。大気汚染につながるうえ、山火事を含む悲惨な火災を引き起こすおそれがあるためだ。
煙の中を飛ぶ
実際の自然災害の最中にこのような実験を行うことは、多数の優れた計測機器を集めて飛行機に搭載する難しさだけでなく、ほかの理由からもまれだ。飛行には危険が伴う可能性もある。煙には有毒物質が含まれているだけでなく、その乱気流が飛行機を揺さぶり、機器や研究者を激しく揺らす。
「煙が機内に入り込んで、気分が悪くなります」とヨーケルソンは言う。「メモを取り、計測機器を操作し、火災を見て、ヘッドセットで話し、写真を撮ろうとする。同時に、機体はひどく揺れます。小型機に乗っていると、たいてい胃の調子がよくありません。」
データと熱帯暴風雨のデータを収集した飛行プロジェクトは、NASAのSEAC4RSと米国エネルギー省のBBOPだった。SEAC4RSは「Studies of Emissions and Atmospheric Composition, Clouds and Climate Coupling by Regional Surveys（地域調査による排出物・大気組成・雲・気候結合の研究）」の略称。BBOPは「Burning Biomass Observation Project（バイオマス燃焼観測プロジェクト）」の略称。
この研究には、ジョージア工科大学、インスブルック大学、カリフォルニア大学アーバイン校、コロラド大学ボルダー校、コロラド州立大学、カリフォルニア州立大学、ロスアラモス国立研究所、カリフォルニア工科大学、メリーランド大学、Aerodyne Research Inc.、ブルックヘブン国立研究所、オスロ大学、NASA、米国海洋大気庁、パシフィック・ノースウェスト国立研究所の研究者も貢献した。研究はNASAの資金提供を受けた。
