4章対流圏の大気化学 - 名古屋大学...大気中に排出される気体 気体...
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名古屋大学太陽地球環境研究所
松見 豊
第4章 対流圏の大気化学
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1 10000 1 100
100 200 3000
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
気圧
温度
圧力
熱圏
中間圏界面
中間圏
成層圏界面
オゾン層がないときの温度分布
成層圏
対流圏
対流圏界面
温 度 (゚K)
圧 力
高度
(km
)
1
今回の話
大気中に排出される気体
気体 放出量(Tg year-1) 放出源
一酸化炭素CO 2000 化石燃料の燃焼、バイオマス燃焼、メタンの酸化
メタンCH4 400 湿地、天然ガス、家畜、水田
エタンC2H6 10 天然ガス、バイオマス燃焼、海洋
エチレンC2H4 30 化石燃料の燃焼、バイオマス燃焼
プロパンC3H8 15 天然ガス、バイオマス燃焼、海洋、植物放出
イソプレンC5H8 500 森林・植物放出
モノテルペン類 125 森林・植物放出
窒素酸化物NOx 150 化石燃料の燃焼、バイオマス燃焼、雷放電
硫黄酸化物SO2 200 化石燃料の燃焼、火山
CH3SCH3 16 海洋プランクトン
N2O 20 畑、土壌、海洋
アンモニアNH3 50 家畜、肥料
大気中の分子の寿命 1 / k[OH]
分子種 寿命
Methane (CH4) 10 years
Methylchloroform (CH3CCl3) 5 years
Hydrogen (H2) 2 years
Carbon monoxide (CO) 2 monthsPropane (C3H8) 2 weeks
Nitrogen dioxide (NO2) 2 days
Dimethyl sulfide (CH3SCH3) 0.5 day
Isoprene (C5H8) 1 hourOHは大気の掃除屋
OHの濃度を1×106 個 cm-3とした
長寿命 τゆっくりした回復
短寿命 τ速い回復
放出停止
時間
消失なし, 回復なし
無限の超寿命
大気寿命 τ の重要性
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
大気汚染物質の濃度・影響:大気寿命が重要なファクターである
大気
中の
濃度
Junge relationship
南北半球大気混合時間
半球内大気混合時間
時間
スケール
マイクロスケール
局域スケール
メソスケール
地球的スケール
• CFC’s• N2O
• CH4
• CH3CCl3• CH3Br
• CO• Aerosols
• Trop O3• SO2
• NOx• H2O2
• DMS• C3H6
• C5H8
比較的長寿命な成分
短寿命成分
• CH3O2• HO2
• NO3
• OH
0.001 0.01 0.1 1 10 100 1000 10,000
空間スケール, km
大気境界層混合時間
大気中の長寿命成分
1s
100s
1
hr
1d
ay
1y
r 1
0yrs
100y
rs
メタンの世界的な分布と経年変化メタンの世界的な分布と経年変化
1991年
2000年南半球
北半球
緯度
メタン濃度
NOAA/CMDL surface air measurementsNOAA/CMDL surface air measurements
南北半球の濃度さはなぜ?
季節変化はなぜ?
対流圏の大気化学と環境問題
対流圏オゾンの光化学生成
成層圏オゾン → 生物を太陽紫外線から守る対流圏オゾン → 非常に有害
生物にとって直接的に有害農作物の減収、森林後退地球温暖化の温室効果ガスでもある
大都市における局所的な多量のオゾン発生→ 光化学スモッグ
光化学オキシダント(オゾンが主)1970年代
オゾンの生成過程オゾンの生成反応(共通)
O + O2 + M → O3 + M成層圏での酸素原子Oの生成
O2 + 太陽光(λ < 240 nm) → O + O対流圏での酸素原子Oの生成
NO2 + 太陽光(λ < 400 nm) → O + NONO2は大気の微量成分
オゾン発生にはNOをNO2に戻す反応が必要
NO2 NO
+太陽光→ O3生成
?
サイクル反応
× 2 NO + O2 → NO2 は非常に遅い
1970年代
ロサンジェルス近郊
12:006:00 18:00 24:00一日の時刻
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
オキシダント (O3)
NO2
NO
PsadenaJuly, 25, 1973
濃度
(ppm
)
0.0
光化学スモッグ
炭化水素 3 ppm程度
対流圏の大気化学と環境問題
対流圏オゾンの光化学生成
成層圏オゾン → 生物を太陽紫外線から守る対流圏オゾン → 非常に有害
生物にとって直接的に有害農作物の減収、森林後退地球温暖化の温室効果ガスでもある
大都市における局所的な多量のオゾン発生→ 光化学スモッグ
光化学オキシダント(オゾンが主)1970年代