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砂嵐（砂塵嵐とも呼ばれる）は、乾燥地帯や半乾燥地帯でよく見られる気象現象です。[ 1 ]砂嵐は、突風前線やその他の強風が乾燥した地表から砂や土を吹き飛ばすことで発生します。細かい粒子は跳躍と浮遊によって運ばれ、土壌をある場所から別の場所に堆積させます。これらの嵐は視界を悪化させ、交通を混乱させ、深刻な健康被害をもたらす可能性があります。長期間にわたって繰り返される砂嵐は、農業生産性を低下させ、砂漠化の一因となる可能性があります。
北アフリカ、中東、中央アジア、中国の乾燥地帯は、大気中の塵の主な陸上発生源です。[ 2 ]休耕地システムの無視など、地球の乾燥地帯の管理が不十分なため、砂漠の縁辺部からの砂嵐の規模と頻度が増加し、地域および地球規模の気候が変化し、地域経済にも影響が出ていると主張されています。[ 3 ]
砂嵐という用語は、砂漠の砂塵嵐、特にサハラ砂漠や、土や岩よりも砂が一般的な土壌である地域で、細かい砂粒が視界を遮るだけでなく、かなりの量の大きな砂粒が地表近くに吹き寄せられる場合に最もよく使われます。一方、砂塵嵐という用語は、細かい砂粒が遠くまで吹き飛ばされる場合、特に砂塵嵐が都市部に影響を与える場合によく使われます。
緩く結合した粒子の上を通過する塵の力が強くなると、砂の粒子はまず振動し始め、次に跳躍と呼ばれるプロセスで表面を移動し始めます。砂の粒子が地面に繰り返し衝突すると、より小さな塵の粒子が緩んで剥がれ落ち、浮遊して移動し始めます。最小の粒子が浮遊する速度を超える風速では、浮遊、跳躍、クリープなど、さまざまなメカニズムで移動する塵の粒子群が存在します。[ 3 ]
2008年の研究では、砂粒子の初期の跳躍運動が摩擦によって静電場を誘発することがわかった。跳躍する砂は地面に対して負の電荷を帯び、それがさらに多くの砂粒子を緩め、跳躍運動を始める。このプロセスにより、以前の理論で予測されていた粒子の数が2倍になることがわかった。[ 4 ]
粒子が緩くなる主な原因は、長期間の干ばつや乾燥した状態、および風速の速さです。突風前線は、激しい雷雨からの雨で冷やされた空気の流出によって発生する可能性があります。または、突風は乾燥寒冷前線によって発生する可能性があります。つまり、乾燥した気団に移動して降水を発生させない寒冷前線です。これは、米国のダストボウル時代によく見られたタイプの砂嵐です。乾燥寒冷前線が通過した後、加熱された地面の上を冷たい空気が移動することによって生じる対流不安定性により、前線で発生した砂嵐が維持されることがあります。
砂漠地帯では、砂塵嵐は、雷雨による流出気流、または広範囲にわたる風速増加を引き起こす強い気圧傾度によって発生することが最も一般的です。巻き上げられる塵や砂の垂直方向の広がりは、地上の大気の安定性と粒子の重量によって大きく左右されます。場合によっては、低高度の逆転層によって塵や砂が比較的浅い層に閉じ込められることがあります。また、塵（砂は除く）が6,000メートル（20,000フィート）もの高さまで巻き上げられることもあります。
干ばつや風は砂嵐の発生に寄与し、不適切な農業や放牧方法も砂塵や砂を風にさらすことで砂嵐を引き起こします。山火事も砂嵐の原因となることがあります。[ 5 ]
砂嵐の原因となる不適切な農業慣行の一つに、乾燥地農業がある。特に不適切な乾燥地農業技術としては、集約的な耕作や、植生回復前の特に脆弱な時期に嵐が襲来した際に作物や被覆作物が定着していないことなどが挙げられる。[ 6 ]半乾燥気候では、これらの慣行により砂嵐に対する脆弱性が高まる。しかし、風食を抑制するために土壌保全対策を実施することができる。
砂嵐は、大量の砂を予期せず運搬することがあります。砂塵嵐は大量の塵を運び、その先端は高さ1.6km （5,200フィート）にも達する厚い塵の壁で構成されます。サハラ砂漠から発生する砂塵嵐は、地元ではシムーンまたはシムーンと呼ばれています。ハブーブは、スーダンのハルツーム周辺地域でよく見られる砂嵐で、夏に最も多く発生します。
サハラ砂漠は砂嵐の主要な発生源であり、特にボデレ低地[ 7 ]とモーリタニア、マリ、アルジェリアの境界をなす地域[ 8 ]が挙げられます。サハラ砂漠の砂塵は地中海の大気中に頻繁に放出され、風によって運ばれ、時には北は中央ヨーロッパやイギリスまで到達します[ 9 ] 。
サハラ砂漠の砂嵐は1950年代から半世紀の間に約10倍に増加し、ニジェール、チャド、ナイジェリア北部、ブルキナファソで表土の流出を引き起こしている。[ 10 ]モーリタニアでは1960年代初頭には年間わずか2回の砂嵐しかなかったが、オックスフォード大学の教授であるイギリスの地理学者アンドリュー・グーディによれば、2007年以降は年間約80回発生している。[ 11 ] [ 12 ] 2007年6月にアフリカ東海岸から飛来したサハラ砂漠の砂塵の量は2006年6月に観測された量の5倍であり、少なくとも1999年以降で観測された最高値であったため、大西洋の水温が十分に下がり、2007年後半のハリケーン活動がわずかに減少した可能性がある。[ 13 ] [ 14 ]
砂嵐は重大な健康被害をもたらします。砂漠の砂塵への曝露による短期的な影響としては、喘息患者における症状の即時的な悪化や肺機能の悪化[ 15 ] [ 16 ]、サハラ砂漠[ 17 ]およびアジアの砂嵐[ 18 ]からの長距離輸送された砂塵による死亡率および罹患率の増加などが挙げられ、長距離輸送された砂嵐粒子が循環器系に悪影響を及ぼすことが示唆されています。砂塵肺炎は、大量の砂塵を吸入することによって引き起こされます。
砂嵐の中で呼吸器系が長時間無防備にさらされると、珪肺症[ 19 ]を引き起こす可能性があり、治療せずに放置すると窒息に至る。珪肺症は治癒不可能な疾患であり、肺がんにつながる可能性もある。また、乾性角結膜炎（「ドライアイ」）の危険性もあり、重症の場合は、迅速かつ適切な治療を行わないと失明に至る可能性がある[ 20 ]。
砂嵐は世界中で病気の蔓延を加速させることも示されています。[ 21 ]砂嵐によって地中の細菌や真菌の胞子が微粒子とともに大気中に吹き上げられ、都市の大気汚染と相互作用します。[ 22 ]
砂嵐は乾燥地帯の土壌流出を引き起こし、さらに悪いことに、有機物や栄養分に富んだ軽い粒子を優先的に除去するため、農業生産性を低下させる。また、砂嵐の研磨作用は若い作物に被害を与える。砂嵐は視界も悪化させ、航空機や道路交通にも影響を与える。
塵は堆積した場所にも有益な効果をもたらすことがあります。中央アメリカと南アメリカの熱帯雨林はサハラ砂漠から大量のミネラル栄養素を得ています。[ 23 ] [ 24 ]鉄分が乏しい海洋地域は鉄分を得ています。ハワイの塵はバナナの成長を促進します。中国北部やアメリカ中西部では、黄土として知られる古代の砂嵐堆積物は非常に肥沃な土壌ですが、土壌を固定する植生が乱されると、現代の砂嵐の重要な発生源にもなります。
砂嵐は地球に限らず、火星でも発生することが知られています。[ 25 ]これらの砂嵐は地球の砂嵐よりも広い範囲に広がり、時には惑星を一周し、風速は最大で25 m/s (60 mph)にも達します。しかし、火星の大気圧は地球の約1%と非常に低いため、火星の砂嵐の強さは地球で経験されるハリケーン並みの強風には達しません。[ 26 ]火星の砂嵐は、太陽の熱で火星の大気が温められ、空気が移動して地面から塵が巻き上げられることで発生します。火星の夏の赤道付近で見られるような大きな温度変化があると、砂嵐が発生する可能性が高まります。[ 27 ]