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なおつまがみ
5 years ago
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1 2 章成層圏オゾン層の破壊名古屋大学太陽地球環境研究所松見豊連絡先 : matsumi( アットマーク )stelab.nagoya-u.ac.jp ( アットマーク ) をいれる Matsumi Lab. Nagoya Univ.

2 授業の内容成層圏オゾン層はどのように生成するのかその物理化学過程について解説するオゾン層破壊反応のサイクル反応南極オゾンホールの生成機構について解説する大気オゾンの計測研究について解説するこれらを通して地球規模の環境問題について考える

3 太陽

4 人間活動の地球大気への影響地球規模の重要な環境問題は大気が関与している

5 産業革命以降の大気中の各気体の濃度変化 CO 2 CH 4 N 2 O CFCl 3 フロン

6 オゾン量スイスアローサでのオゾン計測

8 ドブソンユニット (DU, Dobson Unit) の定義オゾンの気柱オゾンを 1 気圧にする = 300 DU

9 1,500 皮膚ガンの増加 Excess cases (per million per year) USA 1,250 フロン規制なし 1,000 倍増規制 (1992) Year

10 オゾン層の破壊フロンハロン ( 塩素しゅう素化合物 ) 人類が放出スプレークーラー冷蔵庫 IC 精密部品洗浄剤土地の改良剤太陽光オゾン層フロンフロンが光を吸収して分解塩素原子 Cl を出すフロン : 非常に化学的に安定

12 成層圏へ CFC の拡散太陽光成層圏大気の窓 220nm 付近 200 対流圏 CFC 光吸収太陽光 30 km 波長 (nm) 大気の混合非常に遅い 0 km nm より長波長 OH が大気の掃除屋 C 3 H 8 + OH C 2 H 7 + H 2 O CF 2 Cl 2 + OH 反応しない非常に長い寿命の気体が成層圏へ CFC ガス

13 フロン (CFC) および代替フロンの大気中での寿命化合物寿命オゾン破壊係数 (ODP) CFCl 3 (CFC-11) 50 年 1 CF 2 Cl 2 (CFC-12) 102 年 0.82 CH 3 Br 1.3 年 0.64 CClF 2 H (HCFC-22) 13 年 0.04 CHF 2 -CHF 2 (HFC-134a) 14 年 ~ 0 1 OH と反応するかどうか OH は大気の掃除屋 CFCl 3 + OH 反応しない CClF 2 H + OH H 2 O + CClF 2 2 対流圏で光分解するかどうか太陽光 λ > 300 nm 300 nm より長波長で光分解するかどうか

14 典型的な大気混合時間対流圏界面 (10 km) 接地境界層 5 km 2 km 1 日 1 週間 1 ヶ月 10 年 0 km

16 1.2 1 太陽光の波長分布大気の窓大気の外の太陽光 0.8 光の強度酸素の吸収オゾンの吸収 O2 O3 地上の太陽光 0.2 目で見える波長 (nm) 生物に有害な光

17 太陽光の高度別のスペクトル強度

18 大気の窓と CFC の光吸収太陽光の波長分布波長 (nm) CFC の光吸収

20 Cl ClO ClO Cl (Cl の消費 ) (Cl の再生 )

21 1 つの塩素原子が個のオゾンをこわす酸素 O2 塩素原子 Cl オゾン O3 サイクル反応酸素原子 O 一酸化塩素 ClO 酸素 O2

24 リザーバー分子リザーバー分子リザーバー分子

25 クルッツェン ( 独 ) モリーナ ( 米 ) ローランド ( 米 )

26 7 大気中全塩素濃度 (ppb) 当初の規制スケジュール南極オゾンホール出現 1992 年改正スケジュール 1990 年改正スケジュールオゾンホール消滅? 年 CFC などオゾン層破壊物質の規制スケジュール ( 現行はモントリオール議定書 1992 年改正スケジュール ) とそれに伴う大気中全塩素濃度の将来予測 (WMO による )

27 フロン (CFC) および代替フロンの大気中での寿命化合物寿命オゾン破壊係数 (ODP) CFCl 3 (CFC-11) 50 年 1 CF 2 Cl 2 (CFC-12) 102 年 0.82 CH 3 Br 1.3 年 0.64 CClF 2 H (HCFC-22) 13 年 0.04 CHF 2 -CHF 2 (HFC-134a) 14 年 ~ 0 1 OH と反応するかどうか OH は大気の掃除屋 CFCl 3 + OH 反応しない CClF 2 H + OH H 2 O + CClF 2 2 対流圏で光分解するかどうか太陽光 λ > 300 nm 300 nm より長波長で光分解するかどうか

28 プロセスに対する理解の必要性大気への排出前駆体プロセス大気中存在量大気組成特性 / プロセス気候環境このプロセスを理解することが重要化学反応過程物理化学特性大気力学過程

29 大気寿命 τ の重要性無限の超寿命消失なし, 回復なし大気中の濃度放出停止長寿命 τ ゆっくりした回復時間短寿命 τ 速い回復大気寿命 τ は大気中の濃度を決めている大気寿命 τ は大気浄化の速度を決めているある成分が環境に与える影響はその大気寿命に依存する

30 成層圏オゾンを観測する

31 1.2 1 太陽光の波長分布大気の外の太陽光 0.8 光の強度酸素の吸収オゾンの吸収 O2 O3 地上の太陽光 0.2 目で見える波長 (nm) 生物に有害な光

32 地上紫外分光によるオゾンの計測太陽光ドブソン分光計による観測オゾンの光吸収紫外 CO, O 3, VOCs, etc. ドブソン分光計

34 ドブソン分光計 nm, nm nm, nm

35 地上赤外分光によるオゾンの計測太陽光フーリエ赤外分光計観測オゾンの光吸収赤外 CO, O 3, VOCs, etc. 太陽追尾装置母子里陸別北海道高分解能フーリエ変換型赤外分光器 (FTIR)

36 太陽追尾装置母子里観測所フーリエ変換赤外分光計 Bruker IFS120HR 可動鏡 1.5m 移動

37 赤外地上分光によるオゾンの計測

38 ドブソンユニット (DU, Dobson Unit) の定義オゾンの気柱オゾンを 1 気圧にする = 300 DU

39 成層圏オゾンを観測する

41 オゾンゾンデの測定原理 O 3 + 2Br - + H 2 O O 2 + Br 2 + 2OH - 炭素電極 C + 2OH - CO + H 2 O + 2e - 白金電極 Br 2 + 2e - 2Br - 白金電極 A 炭素電極オゾンを含む大気 KBr 溶液

44 成層圏オゾンを観測する

46 ILAS I, II 日本の人工衛星 ( みどり I, II)

52 成層圏オゾンを観測する

56 成層圏オゾンを観測する

58 オゾン層エアロゾル空気分子で反射 2 色のレーザーオゾン分子の光吸収のある波長オゾン分子の光吸収がない波長光の速さ m/s 到達時間で高度わかるオゾン分子の光吸収 O3 受光器受光望遠鏡データ処理系波長 (nm)

61 成層圏オゾンを観測する

65 南極オゾンホールオゾンゾンデ観測

69 成層圏の飛行機 (ER-2) 観測

71 極域では冬になると著しく気温が低下するため成層圏であっても雲が発生するこの雲を極成層圏雲 (PSC) と呼ぶ

74 リザーバー分子リザーバー分子リザーバー分子

76 極渦による大気成分の隔離南極

79 フロン (CFC) および代替フロンの大気中での寿命化合物寿命オゾン破壊係数 (ODP) CFCl 3 (CFC-11) 50 年 1 CF 2 Cl 2 (CFC-12) 102 年 0.82 CH 3 Br 1.3 年 0.64 CClF 2 H (HCFC-22) 13 年 0.04 CHF 2 -CHF 2 (HFC-134a) 14 年 ~ 0 1 OH と反応するかどうか OH は大気の掃除屋 CFCl 3 + OH 反応しない CClF 2 H + OH H 2 O + CClF 2 2 対流圏で光分解するかどうか太陽光 λ > 300 nm 300 nm より長波長で光分解するかどうか

80 代替フロン HCFC:R22(CHClF 2 ) CFC ほど強力ではないが, オゾン層を破壊する能力があり, 温室効果ガスでもあるオゾン破壊係数 0.055, 地球温暖化係数 1700 HFC:R134a(CH 2 FCF 3 ) オゾン層を破壊能力がないという意味で環境配慮型だが, 強力な温室効果があるオゾン破壊係数 0 地球温暖化係数 1300 京都議定書温室効果係数代替フロン (HFC PFC) 六フッ化硫黄 (SF 6 ) は 1995 年に比べて先進国全体で 5.2% 削減する

81 オゾン破壊係数 ODP (Ozone Depletion Potential)

82 成層圏オゾン層の今後の課題フロンの減少とともに成層圏オゾン層が復活するか国際的なフロンガスなどの生産使用禁止の取り決めの効果現在がオゾン破壊の最も大きな時期でありこれから回復に向かう予測 - 予測どおりに回復するか気候変動がオゾン層破壊にどのような影響を与えるか地球温暖化成層圏の温度の低下をもたらすオゾン破壊反応の不均一反応の活発化の予測

83 以上は講義 2 章の一部です 2 章成層圏オゾン層の破壊に興味がある方は連絡をください連絡先 : matsumi( アットマーク )stelab.nagoya-u.ac.jp ( アットマーク ) をいれる

科学技術・学術審議会資源調査分科会光資源委員会（第1回）配付資料［資料8］

科学技術・学術審議会資源調査分科会光資源委員会（第1回）配付資料［資料8］資料 8 光と地球環境および環境計測名古屋大学太陽地球環境研究所松見豊 matsumi @ stelab.nagoya-u.ac.jp http://www.stelab.nagoya-u.ac.jp/ste-www1/div1/matsumi/ 2006 年 11 月 6 日 ( 月 ) 文部科学省科学技術学術審議会資源調査分科会光資源委員会地球環境と光 1. 地球環境問題に関わる光オゾン層破壊や地球温暖化などの地球環境問題の発生メカニズムには光が関与している