雲の重さはどれくらい？

青空にぽっかり浮かぶ白い雲は、いかにも軽そうに見えます。手を伸ばせば、綿菓子のようにふわりとつかめそうです。

ところが、雲の重さを計算してみると、思わず空を見上げ直したくなるような数字が出てきます。ありふれた小さな雲でさえ、とても「ふわふわ」とは呼べない重さをもっているのです。

ふわふわの雲は、じつは500トン

雲の正体は、空に浮かぶ無数の小さな水滴や氷の粒です。ですから、雲の重さを知るには、雲の中にどれだけの水があるかを調べればよいことになります。

アメリカ国立大気研究センター（NCAR）の気象学者ペギー・ルモンは、晴れた日によく見かける綿のような雲「積雲」について、こんな見積もりをしています。積雲の中には、1立方メートルあたりおよそ0.5グラムの水が含まれています。1円玉の半分ほどの重さです。これだけなら、ほんのわずかに思えます。

ところが、雲はとても大きいのです。縦・横・高さがそれぞれ1キロメートルの積雲を考えると、その体積は10億立方メートル。これに0.5グラムを掛けると、水の重さは約5億グラム、つまり約500トンになります。ゾウに換算すると、およそ100頭ぶんです。

もちろん、これは典型的な大きさと水の量を仮定した、おおまかな見積もりです。雲の大きさや、中に含まれる水の量は一つひとつ違うので、実際の重さは雲によって大きく変わります。

それでも落ちてこない理由

500トンもの水が、なぜ空に浮かんでいられるのでしょうか。秘密は、雲をつくる水滴の小ささにあります。

雲の粒の直径は、およそ0.003〜0.01ミリメートル。ヒトの赤血球と同じくらいの大きさしかありません。これほど小さいと、空気の抵抗に対して重さがごくわずかなため、落ちる速さはとてもゆっくりになります。直径0.01ミリメートルの粒が落ちる速さは、1秒間に約1センチメートルほどです。

一方、雲ができる場所では、たいてい空気がゆっくりと上昇しています。上昇気流が秒速1メートル程度あれば、雲の粒は落ちるどころか、空中に支えられたままになります。雲は「浮いている」というより、落ちるのが遅すぎて、空気の流れに乗って漂っているのです。

では、雨はどうやって降るのでしょう。雲の粒どうしがぶつかってくっついたり、氷の粒が育ったりして、粒が大きく重くなると、上昇気流では支えきれなくなって落ちてきます。雨粒の直径を1〜2ミリメートルとすると、雲の粒の100倍以上。体積は100万倍以上になりますから、雲の粒が100万個以上集まって、ようやく雨粒1個になる計算です。

まわりの空気は、もっと重い

500トンという数字に驚いたら、もうひとつ計算してみましょう。雲が浮かんでいる空気そのものの重さです。

空気にも重さがあり、地上付近では1立方メートルあたり1キログラムあまりあります。上空ではもう少し軽くなりますが、仮に1立方メートルあたり1キログラムとすると、1立方キロメートルの空気の重さは約100万トン。雲の水の重さ500トンは、その2000分の1ほどにすぎません。

つまり雲とは、巨大な空気のかたまりの中に、ほんの少しだけ水の粒が混じった状態なのです。重たい水の固まりが空中に浮かんでいるわけではない、と考えると、雲が落ちてこないことにも納得がいきます。

積乱雲になると桁違い

夏の夕立をもたらす積乱雲になると、重さは桁違いです。積乱雲は高さが10キロメートルを超えることもあり、横幅も数キロメートルから十数キロメートルに広がります。

たとえば、縦・横・高さが10キロメートルの積乱雲に、1立方メートルあたり1グラムの水や氷が含まれていると仮定すると、その重さは約100万トンになります。積雲の2000倍です。実際の量は雲によって大きく違いますが、積乱雲の中で激しい上昇気流が大量の水を空高く持ち上げていることは確かです。その水が一気に落ちてくるのが、夕立や「ゲリラ豪雨」と呼ばれる激しい雨なのです。