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いとはながおか
5 years ago
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1 第 3 章地球温暖化ー地球大気と光と温暖化ー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 地球大気

3 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

4 大気は地球の洋服 < 地上の温度を調節 > 太陽

5 地球温暖化海水熱膨張陸氷融解海面上昇

6 地球温暖化気候変動水循環への影響洪水旱魃

7 1.0 温度変化西暦年平安時代鎌倉時代室町時代江戸時代現在

8 長期的な気温変動

9 温度 ( ) 地球の気温と二酸化炭素濃度アフトニア間氷期ネブラスカ氷期カンザス氷期ヤーマス間氷期イリノイ氷期サンガモン間氷期ウィスコンシン氷期現在二酸化炭素濃度 (ppm) 年 ( 年前 )

10 昔の温度はどうしたらわかる? 古文書にある? 原始人が温度計で測っていた? 昔の物質から測定する方法がある?

11 南極氷床コアの測定南極の氷を採取しそれに含まれる空気から過去の大気中にあった二酸化炭素の濃度および同位対比から過去の温度を測定

12 氷床コアサンゴから温度を測定 18 O / 16 O の同位対比の計測 18 O / 16 O = 水の H 2 18 O と H 2 16 O では同じ温度でも蒸気圧が違う

13 100 年後は 700ppm? 大気中の CO 2 濃度 280 ppm 180 ppm 370 ppm 40 万年前時間 ( 千年 ) 現在 GCP 2001 IPCC 2001

14 気候変動に関する政府間パネル IPCC (Inter-governmental Panel on Climate Change ) IPCC 報告書世界気象機関国連環境計画

15 地球温暖化 100 年後はどうなる? 100 年後横浜の世界最速のスパーコンピュータのシュミレーション計算の結果現状の経済拡大 100 年後 4.2 上昇 N.H. Temperature ( C) Global Temperature ( C) IPCC Projections 2100 AD

16 地球表面の温度は何によって決まっている?

17 惑星探査衛星ガリレオから見た地球と月太陽からの光の反射で光っている太陽エネルギーが注ぎ込まれている

18 地球の温度を決めるもの太陽地球から宇宙への熱放射バランス大気の上面でバランス太陽からの日射 5500 地球地球からの熱放射 ~15

19 太陽光のスペクトル ( 波長強度分布 ) 各波長での光の強さ目で見える紫外赤外波長 (nm) スクリーン 5500 の熱放射白色ランプもこの位の温度プリズム太陽太陽光

20 太陽の熱放射 5500 地球の熱放射 ~15 各波長の強度見えるストーブ 600 赤外 0.1μm 1μm 10μm 波長

21 地球大気人工衛星赤外探知機オゾンフロン吸収 15 の熱放射夜各波長の強度メタン CO2 水蒸気人工衛星でとった各波長強度 5μm 10μm 20μm 波長

22 光吸収強度二酸化炭素 (CO2) の光吸収透明波長 (nm) 可視可視紫外の吸収電子励起による赤外の吸収振動励起による電子 O C O 紫外光吸収 O C O O C 赤外光吸収 O O C O 振動電子がより高い軌道をまわる O C O

23 分子の振動と dipole moment 赤外光吸収なし赤外光吸収あり赤外光吸収あり等核二原子分子赤外光吸収なし N 2, O 2 温室効果気体にはならない

24 温室効果大気による赤外光吸収太陽光 5500 の熱放射二酸化炭素 CO 2 メタンCH 4 フロンなど放射を吸収地球 ~15 の熱放射

25 エネルギーバランス温室効果エネルギーバランスエネルギーバランス太陽光 ( 可視 ) 黒体放射 ( 赤外 ) 透過吸収地球地球地球大気なし現状温室効果気体増大単位面積あたりの黒体放射強度 σt 4, σ:stefan Boltzmann 定数

26 光っていない部分からも盛んに赤外光が放出されている

27 地球全体のアルベド 30% 地上反射 3% 雲反射 22% 雲大気吸収 20% 地表で吸収 50% 直接間接の太陽光

28 ステファン - ボルツマンの式単位面積あたりの黒体放射強度 σt 4 Stefan Boltzmann 定数 σ = W m -2 K -4 温度 T 温度が高いほど熱放射大きい

29 太陽と地球の放射のバランス単位面積あたりの黒体放射強度 σt 4, σ:stefan Boltzmann 定数太陽定数 : 地球上での太陽光強度 F s = 1370 W m -2 地球上での単位面積あたりの平均太陽光入射エネルギー A: アルベド地球平均 A = 0.30 入力 = 出力 T E = 255 K

30 大気 1 層モデル大気層地表地球の入力 = 出力大気層での入力 = 出力大気層の面密度 ( 波長依存性なしと仮定 )

31 温室効果気体 2001

32 各種気体の温暖化係数 CO 2 だけでない

33 産業革命以降の各気体の濃度が変化の地球温暖化への直接の寄与度 CFC, HFC CH 4 亜酸化窒素 6.2% N 2 O フロン類 13.5% メタン 19.8% その他 0.4% 二酸化炭素 60.1% CO 2 大気中濃度の変化量 CO 2 1 ( ppmv) CH 4 1 / 100 ( ppbv) フロン類 1 / 30,000 (0 3 ppbv) N 2 O 1 / 3000 ( ppbv)

34 放射スペクトルと吸光度全吸収 100% 透過 CO 2 や H 2 O の光吸収のない波長に光吸収を持つ分子は大きな温暖化係数を持つ

36 Junge relationship 時間スケール 1s 100s 1hr 1day 1yr 10yrs 100yrs マイクロスケール局域スケール比較的長寿命な成分 HO 2 NO 3 OH CH 3 O 2 C 3 H 6 C 5 H 8 メソスケール大気中の長寿命成分 CO Aerosols Trop O 3 SO 2 H 2 O 2 NO x DMS 短寿命成分地球的スケール CFC s N 2 O CH 4 CH 3 CCl 3 CH 3 Br CO 2 CO 2 CFC N 2 O CH 4 南北半球大気混合時間半球内大気混合時間大気境界層混合時間 ,000 空間スケール, km

37 大気中の分子の寿命 1 / k[oh] 分子種寿命 Methane (CH 4 ) Methylchloroform (CH 3 CCl 3 ) Hydrogen (H 2 ) Carbon monoxide (CO) Propane (C 3 H 8 ) Nitrogen dioxide (NO 2 ) Dimethyl sulfide (CH 3 SCH 3 ) Isoprene (C 5 H 8 ) OH は大気の掃除屋 10 years 5 years 2 years 2 months 2 weeks 2 days 0.5 day 1 hour

38 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

40 私たちの研究強力な温室効果気体 CF 3 SF 5 の特性を調べる Cross section (10-17 cm 2 molecule -1 ) base e 光吸収スペクトル測定大気中での光分解速度 Wavelength (nm) 非常に短波長にしか吸収なし赤外スペクトル測定温暖化ポテンシャル夜間赤外放射の窓との重なり大 CF 3 SF 5 大気中の寿命 850 年 GWP = 18,000

41 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

42 私たちの研究大気中での代替フロン化合物の反応過程 CH 3 CHF 2 (HFC-152a) と OH, Cl との反応過程 CF 3 CFHOCF 3 と OH との反応過程 C x F 2x+1 CH=CH 2 (x=1, 2, 4, 6, 8) 化合物の大気化学 : 気相での Cl, OH, O 3 との反応過程 CF 3 O 2 と NO との反応過程 Tim Wallington 博士 ( 米国フォード自動車中央研究所 ) との共同研究

43 2001 黒色のエアロゾルエアロゾルが雲を作る温室効果気体

45 地球全体のアルベド 30% 地上反射 3% 雲反射 22% 雲大気吸収 20% 地表で吸収 50% 直接間接の太陽光

49 海面の上昇 20 世紀の間海面は10~20cm 上昇した今後地球温暖化に伴う海水温の上昇による熱膨張と氷河などの融解によって 2100 年までにさらに9~88cm 上昇すると予測されている 21 世紀の間南極の氷床が融けるかどうかは現在の科学では確実な予測はできないが今後 1000 年では南極の西部の氷床が融ける可能性がありその場合海面は現在より3m 上昇する可能性がある

51 地球温暖化に対する対策は? オゾン層破壊のフロン (CFC) の規制は成功している

52 1997 年京都議定書京都議定書 ( 気候変動枠組条約 ) 2005 年 2 月発効日本ヨーロッパロシアなど締結アメリカは拒否

53 数値目標対象ガス : 二酸化炭素, メタン, 一酸化二窒素,HFC,PFC,SF6 吸収源 : 森林等の吸収源による温室効果ガス吸収量を算入基準年 :1990 年 (HFC,PFC,SF6 は,1995 年としてもよい ) 目標期間 :2008 年から2012 年目標 : 各国毎の目標日本 6%, 米国 7%,EU 8% 等先進国全体で少なくとも5% 削減を目指す

55 地球温暖化対策推進大綱 ( 日本 )

56 100 年後は 720ppm? 大気中の CO 2 濃度環境重視の施策 550 ppm 370 ppm 280 ppm 180 ppm 40 万年前時間 ( 千年 ) 現在 GCP 2001 IPCC 2001

57 地球温暖化 100 年後はどうなる? 100 年後横浜の世界最速のスパーコンピュータのシュミレーション計算の結果現状の経済拡大 100 年後 4.2 上昇環境重視の施策をとる 3.1 上昇 N.H. Temperature ( C) Global Temperature ( C)

58 国全体および一人当たり CO 2 発生量国全体一人当たり

59 人類にとっての地球温暖化の意味 1. 世代間の不公平の問題現在の世代エネルギーを充分使って快適な生活子孫の世代過去の贅沢のつけを受けて温暖化と気候変動で困難な環境で生きる 2. 地域間の不公平の問題先進国エネルギーを充分使って快適な生活発展途上国これから豊かで快適な生活を目指そうとしているのに現状で制限されるのか?

60 気候変動起源原因時間幅宇宙宇宙塵宇宙線など数億年太陽系太陽活動 ( 核融合太陽風の変動 ) 小惑星との衝突隕石落下数千万年地球の惑星運動の変化 ~ 数万年 ( 公転軌道の変化など ) 地球火山爆発海陸の配置や海流循環の変化数千万年生物の発生と進化による大気組成の変化 ~ 数万年人間化石燃料の消費環境破壊人工化学物質の使用核爆発 ( 核の冬 ) 数百年生態系の撹乱 ~ 数千年

61 以上は講義 3 章の一部です 3 章地球温暖化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

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PowerPoint プレゼンテーション 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 ) のところに @ をいれる Copyright @ Matsumi Lab. Nagoya Univ. 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