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オゾン層の破壊は、 1970 年代後半から観測されている 2 つの関連した現象から成ります。1 つは、地球の大気中のオゾン総量が約 4 パーセントずつ着実に減少していること[要出典] 、もう 1 つは、春に地球の極地周辺の成層圏オゾン (オゾン層)が大幅に減少していることです。 [1]後者の現象はオゾンホールと呼ばれます。これらの成層圏現象に加えて、 春には極地対流圏オゾン層の破壊現象も発生します。
オゾン層の破壊とオゾンホールの主な原因は、製造された化学物質、特に製造されたハロカーボン 冷媒、溶剤、推進剤、発泡剤（クロロフルオロカーボン（CFC）、HCFC、ハロン）であり、オゾン層破壊物質（ODS）と呼ばれています。 [2]これらの化合物は、地表から放出された後、乱流混合によって成層圏に運ばれ、分子が沈降するよりもはるかに速く混合されます。[3]成層圏に入ると、光解離によってハロゲン基から原子が放出され、オゾン（O 3）を酸素（O 2）に分解する触媒作用をします。 [4]両方のタイプのオゾン層の破壊は、ハロカーボンの排出量が増加するにつれて増加することが観察されています。
オゾン層の破壊とオゾンホールは、がんリスクの増加やその他の悪影響について世界的な懸念を引き起こしています。オゾン層は、有害な波長の紫外線（UVB）が地球の大気圏を通過するのを防ぎます。これらの波長は、皮膚がん、日焼け、失明、白内障を引き起こします。[5]これらは、オゾン層の薄化の結果として劇的に増加すると予測されており、植物や動物にも害を及ぼします。これらの懸念から、 1987年にモントリオール議定書が採択され、CFC、ハロン、その他のオゾン層破壊化学物質の生産が禁止されました。[6]科学者は時とともに、古い冷媒に代わる地球温暖化係数（GWP）の低い新しい冷媒を開発しました。たとえば、新しい自動車では、R-1234yfシステムが現在一般的であり、 R-134aやR-12などのGWPがはるかに高い冷媒よりも選ばれています。
禁止は1989年に発効した。オゾン層は1990年代半ばまでに安定し、2000年代には回復し始めた。これは南半球のジェット気流が南極に向かって移動しなくなったためであり、逆転する可能性もある。[7]回復は次の世紀にわたって続くと予測されており、オゾンホールは2075年頃までに1980年以前のレベルに達すると予想されている。[8] 2019年、NASAはオゾンホールが1982年に最初に発見されて以来最小であると報告した。[9] [10]国連は現在、現行の規制下ではオゾン層は2045年までに完全に再生すると予測している。[11] [12]モントリオール議定書は、これまでで最も成功した国際環境協定と考えられている。[13] [14]
オゾンサイクルの概要
オゾン-酸素循環には、酸素の3つの形態（または同素体）が関与しています：酸素原子（Oまたは原子状酸素）、酸素ガス（O
2または二原子酸素）、およびオゾンガス（O
3または三原子酸素）。[15]オゾンは成層圏で酸素ガス分子がUVC光子を吸収した後に光解離することで形成される。これにより、単一のO
22つの原子酸素ラジカルに分かれる。原子酸素ラジカルはその後、別のO
2分子が2つのOを作る
3これらのオゾン分子はUVB光を吸収し、その後オゾンはO分子に分解されます。
2そして酸素原子。酸素原子は酸素分子と結合してオゾンを再生します。これは継続的なプロセスであり、酸素原子がオゾン分子と再結合して2つのOが作られると終了します。
2分子。オゾンは UVB 光を吸収する唯一の大気ガスであることは注目に値します。
- O + O
3→ 20
2
成層圏内のオゾンの総量は、光化学的生成と再結合のバランスによって決まります。
オゾンは、いくつかのフリーラジカル触媒によって破壊される。最も重要なのは、ヒドロキシラジカル（OH·）、一酸化窒素ラジカル（NO·）、塩素ラジカル（Cl·）、臭素ラジカル（Br·）である。ドットは、それぞれの種が不対電子を持ち、非常に反応性が高いことを示す記号である。オゾン破壊触媒としてのハロゲンや擬似ハロゲンの有効性は、オゾンや二酸素と反応した後に元のラジカルを再生する経路が異なるため、それぞれ異なる。[16]
関連するラジカルはすべて自然発生源と人為発生源の両方を持っていますが、人間の活動が他のラジカルよりも大きな影響を与えているものもあります。2020年現在、成層圏のOH·とNO·のほとんどは自然に発生していますが、人間の活動により塩素と臭素のレベルが大幅に増加しています。[17]これらの元素は安定した有機化合物、特にクロロフルオロカーボンに含まれており、反応性が低いため対流圏で破壊されることなく成層圏まで移動できます。成層圏に入ると、Cl原子とBr原子は紫外線の作用によって親化合物から放出されます。
- CFCl
3+電磁放射→ Cl· + · CFCl
2
オゾンは反応性の高い分子であり、触媒の助けを借りてより安定した酸素形態に容易に還元される。塩素原子と臭素原子は、様々な触媒サイクルを通じてオゾン分子を破壊する。そのようなサイクルの最も単純な例としては、[18]塩素原子がオゾン分子（O
3）、酸素原子を奪って一酸化塩素（ClO）を形成し、酸素分子（O
2ClO は 2 番目のオゾン分子と反応して塩素原子を放出し、2 つの酸素分子を生成します。これらの気相反応の化学的な略語は次のとおりです。
- 塩素·+ O
3→ ClO + O
2
塩素原子はオゾン分子から酸素原子を取り除き、ClO分子を作る。 - ClO + O
3→ Cl· + 2 O
2
このClOは別のオゾン分子から酸素原子を取り除くこともできる。塩素はこの2段階のサイクルを自由に繰り返すことができる。
全体的な影響はオゾン量の減少ですが、これらのプロセスの速度はヌルサイクルの影響によって低下する可能性があります。下層成層圏のオゾン破壊につながるより複雑なメカニズムも発見されています。
塩素原子1個は、塩化水素（HCl）や硝酸塩素（ClONO）などの貯蔵種を形成してこのサイクルから塩素原子を除去する反応を除き、最大2年間（対流圏に戻るまでの時間スケール）オゾンを継続的に破壊します（したがって触媒です）。
2) 臭素は原子当たりで見ると塩素よりもオゾン層を破壊するのに効率的ですが、現在大気中の臭素の量ははるかに少ないです。塩素と臭素は両方とも全体的なオゾン層の破壊に大きく貢献しています。実験室研究では、フッ素原子とヨウ素原子も類似の触媒サイクルに関与していることが示されています。しかし、フッ素原子は水蒸気、メタン、水素と急速に反応して、地球の成層圏で強く結合したフッ化水素(HF) を形成します[19] 。一方、ヨウ素を含む有機分子は下層大気で非常に急速に反応するため、成層圏に大量には到達しません[20] 。
塩素原子1個は、触媒サイクルから除去される前に、平均10万個のオゾン分子と反応することができます。この事実と、クロロフルオロカーボン（CFC）とハイドロクロロフルオロカーボン（HCFC）によって毎年大気中に放出される塩素の量を合わせると、CFCとHCFCが環境に及ぼす危険性がわかります。[21] [22]
オゾン層破壊に関する観測
オゾンホールは通常、地球表面上の一点上のオゾン総柱の減少によって測定されます。これは通常、ドブソン単位で表され、「DU」と略されます。オゾンの最も顕著な減少は、下層成層圏で発生しています。1970年代初頭以前と比較して、南極の春と初夏にオゾン柱が著しく減少していることは、全オゾンマッピング分光計(TOMS)などの機器を使用して観測されています。[23]
南極大陸の春に南半球で観測され、1985年に初めて報告されたオゾン層の最大70パーセントの減少（Farman et al.）は、現在も続いている。9月と10月の南極全柱オゾンは、1990年代以降、オゾンホール発生前の値より40～50パーセント低い状態が続いている。[1] 2016年には、徐々に「回復」傾向にあることが報告された。 [24] 2017年、NASAは成層圏の温暖化により、オゾンホールが1988年以来最も弱くなったと発表した。2070年頃に回復すると予想されている。[25]
北極では南極よりも年ごとに減少量が大きく異なります。北極では冬と春に最も減少し、成層圏が最も寒い時期には30%にも達します。[26]
極成層圏雲（PSC）で起こる反応は、オゾン層の破壊を促進する上で重要な役割を果たしている。[27] PSCは、北極と南極の成層圏の極寒でより容易に形成される。これが、オゾンホールが最初に南極で形成され、より深くなった理由である。初期のモデルはPSCを考慮に入れておらず、徐々に地球規模で破壊されると予測していたため、突然の南極のオゾンホールは多くの科学者にとって大きな驚きであった。[28] [29] [30]
中緯度におけるオゾンホールというよりは、オゾン層の破壊というほうが正確である。中緯度におけるオゾン層総量は、1980年から1996年の間に1980年以前の値を下回った。その後、北半球中緯度では、規制が施行され成層圏の塩素量が減少したため、1996年から2009年にかけて最低値から約2％増加した。南半球の中緯度では、その期間、オゾン層総量は一定であった。熱帯地方では顕著な傾向は見られないが、これは主に、熱帯の緯度ではハロゲン含有化合物が分解して塩素原子と臭素原子を放出する時間がなかったためである。[1] [31]
1991年にフィリピンのピナツボ山が噴火した際に観測されたように、大規模な火山噴火は、不均一ではあるものの、相当なオゾン層破壊効果をもたらすことが示されています。[32]
オゾン層の破壊は、成層圏と上部対流圏の気温低下の多くを説明する。[33] [34]成層圏の暖かさの源はオゾンによる紫外線の吸収であるため、オゾンの減少は寒冷化につながる。成層圏の寒冷化は、 COなどの温室効果ガスの増加からも予測されている。
2およびCFC自体にも影響があるが、オゾンによる冷却効果が支配的であると思われる。[35]
オゾン層の予測は依然として難しいが、観測値に対するモデルの予測精度や、異なるモデル化技術間の一致は着実に向上している。[1]世界気象機関の全球オゾン研究監視プロジェクト報告書第44号は、モントリオール議定書を強く支持しているが、 UNEP 1994年評価では1994～1997年のオゾン層の損失が過大評価されていたと指摘している。 [36]
大気中の化合物
CFCおよび関連化合物
クロロフルオロカーボン（CFC）やその他のハロゲン化オゾン層破壊物質（ODS）は、主に人為的な化学的オゾン層破壊の原因となっている。成層圏内の有効ハロゲン（塩素と臭素）の総量は計算可能であり、等価有効成層圏塩素（EESC）として知られている。[37]
CFCは冷媒として1930年代にトーマス・ミッドリー・ジュニアによって発明されました。 [38] CFCはエアコンや冷却装置、 1970年代以前はエアロゾルスプレーの推進剤として、また精密電子機器の洗浄プロセスで使用されていました。また、いくつかの化学プロセスの副産物としても発生します。これらの化合物の重要な自然発生源はこれまで特定されておらず、大気中に存在するのはほぼ完全に人間が作り出したものです。前述のように、このようなオゾン層破壊化学物質が成層圏に到達すると、紫外線によって分解され塩素原子を放出します。塩素原子は触媒として機能し、成層圏から除去されるまでに数万個のオゾン分子を分解することができます。CFC分子の寿命が長いため、回復には何十年もかかります。 CFC分子が地表から上層大気まで到達するのに平均約5～7年かかり、そこで約1世紀留まり、その間に最大10万個のオゾン分子を破壊すると計算されています。[39] [検証が必要]
1,1,1-トリクロロ-2,2,2-トリフルオロエタンは、CFC-113aとしても知られ、イースト・アングリア大学の研究チームによって大気中に新たに発見された4つの人工化学物質のうちの1つである。CFC-113aは、大気中の量が依然として増加している唯一の既知のCFCである。その発生源は謎のままであるが、違法製造が疑われている。CFC-113aは1960年以来、衰えることなく蓄積し続けているようである。2012年から2017年の間に、このガスの濃度は40％上昇した。[40]
ネイチャー誌に掲載された国際研究チームの研究によると、2013年以降、主に中国北東部からの排出により、禁止化学物質であるクロロフルオロカーボン11（CFC-11）が大気中に大量に放出されていることが判明した。科学者らは、対策を講じなければ、これらのCFC-11の排出により、地球のオゾンホールの回復が10年遅れると推定している。[41] [42] [43]
酸化アルミニウム
大気圏に再突入して燃え尽きた衛星は、数十年間大気圏に留まる酸化アルミニウム（Al 2 O 3）ナノ粒子を生成する。 [44] 2022年だけでも推定値は約17トン（ 約250kgの衛星1機あたり約30kgのナノ粒子 ）であった。[44]衛星群の数が増えると、最終的にはオゾン層の破壊につながる可能性がある。[44]
コンピュータモデリング
科学者は、観測データとコンピュータ モデルを組み合わせることで、オゾン層の破壊は CFC による人為的 (人為的) ハロゲン化合物の増加によるものだと結論付けています。これらの複雑な化学輸送モデル ( SLIMCAT、CLaMS (成層圏の化学ラグランジュ モデル) など) は、化学物質と気象場の測定値を化学反応速度定数と組み合わせて機能します。これらのモデルは、CFC光分解生成物をオゾンと接触さ せる主要な化学反応と輸送プロセスを特定します。
オゾンホールとその原因
南極オゾンホールは、南極成層圏の最近のオゾン濃度が1975年以前の値の33％まで低下した領域です。[46]オゾンホールは、9月から12月初旬の南極の春に、強い西風が大陸の周りを循環し始め、大気の容器を形成するときに発生します。この極渦内では、南極の春の間に下層成層圏オゾンの50％以上が破壊されます。[47]
上で説明したように、オゾン層破壊の主な原因は塩素含有源ガス（主にCFCおよび関連ハロカーボン）の存在です。紫外線の存在下では、これらのガスは分解して塩素原子を放出し、それがオゾン層破壊の触媒となります。塩素触媒によるオゾン層破壊はガス相で起こることもありますが、極成層圏雲（PSC）の存在下では大幅に促進されます。[48]
これらの極成層圏雲は、極寒の冬に形成される。極地の冬は暗く、3か月間太陽放射（日光）がない。日光不足は気温の低下に寄与し、極渦が空気を閉じ込めて冷やす。気温は-80℃前後またはそれ以下である。この低温が雲粒子を形成する。PSC雲には3種類あり、硝酸三水和物雲、ゆっくり冷却する水氷雲、急速に冷却する水氷（真珠層）雲であり、春にオゾン層破壊につながる化学反応の表面を提供する。[49]
関与する光化学プロセスは複雑だが、よく理解されている。重要な観察結果は、通常、成層圏の塩素のほとんどは「貯蔵庫」化合物、主に硝酸塩素（ClONO
2) と HCl などの安定した最終生成物も生成する。最終生成物の形成は、本質的にはオゾン層破壊プロセスから Cl を除去する。貯蔵化合物は Cl を隔離し、これは後に 400 nm より短い波長の光を吸収することで利用可能になる。[50]南極の冬と春の間、極成層圏の雲粒子の表面での反応により、これらの「貯蔵」化合物が反応性フリーラジカル (Cl および ClO) に変換される。脱窒は、雲がNO を除去するプロセスである。
2成層圏からPSC粒子中の硝酸に変換され、その後沈降によって失われます。これにより、新たに生成されたClOがClONOに戻るのを防ぎます。
2。
オゾン層破壊における太陽光の役割は、南極のオゾン層破壊が春に最も大きくなる理由です。冬には、PSCが最も豊富であるにもかかわらず、化学反応を引き起こす極上空に光がありません。しかし、春には太陽光が戻ってきて、光化学反応を引き起こすエネルギーを提供し、極成層圏の雲を溶かし、ホールメカニズムを駆動する大量のClOを放出します。春の終わり近くに気温がさらに上昇すると、12月中旬頃に渦が崩壊します。暖かくなると、オゾンとNO
2低緯度からオゾンを多く含む空気が流入すると、PSCは破壊され、オゾン層の破壊プロセスが停止し、オゾンホールが閉じます。[51]
破壊されるオゾン層のほとんどは下層成層圏にあり、これとは対照的に均質気相反応によるオゾン層の破壊は主に上層成層圏で起こり、その量ははるかに少ない。[52]
効果
オゾン層は太陽からの紫外線UVBを吸収するため、オゾン層の破壊により地表のUVBレベルが上昇し（他の条件が同じ場合）、皮膚がんの増加などの損傷につながる可能性があります。これがモントリオール議定書の理由でした。成層圏オゾンの減少はCFCや地表UVBの増加と密接に関連していますが、オゾン層の破壊と人間の皮膚がんや眼の損傷の発生率の上昇を直接結び付ける観測証拠はありません。これは、一部の皮膚がんにも関係しているUVAがオゾンに吸収されないことと、長期にわたるライフスタイルの変化の統計を制御することがほぼ不可能であることが一因です。オゾン層の破壊は風のパターンにも影響を与える可能性があります。[53]
紫外線の増加
オゾンは地球の大気中の少数成分であるが、UVB放射の吸収の大部分を担っている。オゾン層を通過するUVB放射の量は、オゾン層の斜面の厚さと密度とともに指数関数的に減少する。 [54]成層圏のオゾンレベルが減少すると、より高いレベルのUVBが地球の表面に到達する。[1] [55]樹木の年輪におけるUV駆動フェノール形成は、北半球のオゾン層の破壊が1700年代後半に始まったことを示唆している。[56]
2008年10月、エクアドル宇宙機関はHIPERIONという報告書を発表した。この研究ではエクアドルの地上機器と過去28年間の数カ国の12の衛星のデータを使用し、赤道緯度に到達する紫外線が予想をはるかに上回り、キトのUVインデックスが24まで上昇したことを発見した。WHOは11を極端なインデックスであり、健康に大きなリスクがあると考えている。報告書は、地球の中緯度周辺のオゾン層の減少により、すでにこれらの地域の多くの人々が危険にさらされていると結論付けている。[57]その後、ペルー宇宙機関CONIDAも独自の研究を発表し、エクアドルの研究とほぼ同じ結果が得られた。
生物学的影響
オゾンホールに関する国民の主な懸念は、地表紫外線の増加が人間の健康に及ぼす影響である。これまでのところ、ほとんどの場所におけるオゾン層の破壊は典型的には数パーセントであり、前述のように、ほとんどの緯度で健康被害の直接的な証拠はない。オゾンホールで見られる高レベルの破壊が世界中で一般的であれば、その影響ははるかに劇的なものとなる可能性がある。南極上空のオゾンホールは、オーストラリア、ニュージーランド、チリ、アルゼンチン、南アフリカの一部に影響を及ぼすほどに大きくなっている場合もあり、環境保護論者は地表紫外線の増加が著しい可能性があることを懸念している。[58]紫外線（UVR）が過剰になると、浅い淡水に生息する底生珪藻類（水質を高め、汚染に強い微細藻類）の光合成速度と成長が減少する。[59]オゾン層の破壊は人間の健康に影響を与えるだけでなく、生物多様性にも大きな影響を及ぼす。それは細胞レベルで植物や樹木にダメージを与え、成長、活力、光合成、水分バランス、害虫や病気に対する防御機構に影響を与えます。これにより、土壌微生物、昆虫、野生生物、そして生態系全体に害を及ぼす一連の生態学的影響が引き起こされます。[60]
オゾン層の破壊は、紫外線が人間の健康に及ぼすプラス（ビタミンDの生成を含む）とマイナス（日焼け、皮膚がん、白内障を含む）の両方の影響を増大させる。さらに、地表の紫外線の増加は対流圏オゾンの増加につながり、人間の健康にリスクをもたらす。[61]
基底細胞がんおよび扁平上皮がん
人間の皮膚がんの最も一般的な形態である基底細胞がんと扁平上皮がんは、UV-B 曝露と強く関連している。UVB がこれらのがんを引き起こすメカニズムはよく理解されている。UV-B 放射の吸収により DNA 分子内のピリミジン塩基が二量体を形成し、DNA が複製されるときに転写エラーが発生する。これらのがんは比較的軽度で、致命的になることはまれであるが、扁平上皮がんの治療には大規模な再建手術が必要になることがある。科学者は、疫学データと動物実験の結果を組み合わせて、成層圏オゾンの長期的減少 1% ごとにこれらのがんの発生率が 2% 増加すると推定している。[62]
悪性黒色腫
別の種類の皮膚がんである黒色腫は、はるかに一般的ではありませんが、はるかに危険で、診断された症例の約15〜20％で致命的です。黒色腫と紫外線曝露の関係はまだ完全には解明されていませんが、UV-BとUV-Aの両方が関与しているようです。この不確実性のため、オゾン層の破壊が黒色腫の発生率に与える影響を推定することは困難です。ある研究では、UV-B放射の10％増加は、男性の黒色腫の19％の増加、女性の16％の増加に関連していることが示されました。[63]チリの南端にあるプンタアレナスの人々を対象とした研究では、7年間で黒色腫が56％増加し、非黒色腫皮膚がんが46％増加し、オゾンが減少し、UVBレベルが上昇したことが示されました。[64]
皮質白内障
疫学的研究では、大まかな曝露量の近似値とさまざまな白内障評価技術を用いて、眼皮質白内障とUV-B曝露との関連が示唆されている。チェサピーク湾の水夫を対象にした研究では、UV-Bへの眼曝露の詳細な評価が行われ、年間平均眼曝露量の増加が皮質混濁のリスク増加と関連していた。[65]主に白人男性で、曝露量が多いこのグループでは、皮質混濁と日光曝露との関連を示す証拠はこれまでで最も強固なものであった。これらの結果に基づくと、オゾン層の破壊により、2050年までに白内障が数十万件も増加すると予測されている。[66]
対流圏オゾンの増加
地表の紫外線の増加は対流圏オゾンの増加につながる。地上レベルのオゾンは、その強い酸化特性により有毒であるため、一般的に健康リスクであると認識されている。特に、幼児、高齢者、喘息やその他の呼吸器疾患のある人にとってリスクが高い。現時点では、地上レベルのオゾンは主に自動車の排気ガスからの燃焼ガスに対する紫外線の作用によって生成される。 [67]
ビタミンDの生成増加
ビタミンDは紫外線によって皮膚で生成される。したがって、UVBへの曝露量が増えると、ビタミンDが不足している人のビタミンD濃度が上昇する。 [68]最近の研究（主にモントリオール議定書以降）によると、多くの人間のビタミンD濃度は最適値を下回っている。特に、米国では、国民健康栄養調査の情報から、ビタミンD濃度が最も低い4分の1（<17.8 ng/ml）が一般人口の全死亡率の上昇と関連していることが判明した。[69]ビタミンDの血中濃度が100 ng/mlを超えると、血中カルシウムが過剰に上昇し、死亡率の上昇と関連しているように見えるが、体には日光が体が必要とする量を超えるビタミンDを生成するのを防ぐメカニズムがある。[70]
動物への影響
2011年11月にイギリスのロンドンにある動物学研究所の科学者らが発表した報告書によると、カリフォルニア沖のクジラの日焼けによるダメージが急増しており、科学者らは「オゾン層の薄化が原因ではないかと懸念している」という。[71]この研究では、カリフォルニア湾に生息する150頭以上のクジラの写真を撮影し、皮膚生検を行った結果、「急性で重度の日焼けによく見られる表皮のダメージの広範な証拠」が見つかった。この表皮の細胞は、紫外線によってDNAがダメージを受けたときに形成される。この調査結果は、「オゾン層の減少による紫外線レベルの上昇が、観察された皮膚のダメージの原因であり、ここ数十年で人間の皮膚がんの発生率が上昇しているのと同じである」ことを示唆している。[72]クジラ以外にも、犬、猫、羊、陸生生態系など、他の多くの動物もUV-B放射線の増加による悪影響を受けている。[73]
作物への影響
紫外線の増加は作物に影響を及ぼすことが予想される。イネなど、経済的に重要な植物の多くは、窒素の保持を根に生息するシアノバクテリアに依存している。シアノバクテリアは紫外線に敏感で、紫外線の増加によって影響を受ける。[74]「紫外線の増加の影響を軽減または修復するメカニズムがあるにもかかわらず、植物はUVBの増加レベルに適応する能力が限られているため、植物の成長はUVB放射によって直接影響を受ける可能性がある。」[75]
植物への影響
長年にわたり、北極のオゾン層は深刻に減少しています。その結果、積雪の上や気温が高いために雪が豊富に溶けている地域に生息する種は、地面に到達する紫外線による悪影響を受けています。[76]オゾン層の破壊と過剰なUVB放射の許容は、当初は植物DNAへの損傷を増加させると考えられていました。報告によると、植物が成層圏オゾン層の破壊と同様のUVB放射にさらされた場合、植物の高さや葉の質量に大きな変化は見られませんでしたが、シュートバイオマスと葉面積がわずかに減少するという反応が見られました。[77]しかし、UVB放射は光化学系IIの量子収率を低下させることが示されています。[78] UVBによる損傷は極端な曝露下でのみ発生し、ほとんどの植物はUVBを吸収するフラボノイドも持っており、これにより存在する放射に順応することができます。植物は一日を通してさまざまなレベルの紫外線にさらされます。植物は、一日を通して、含まれるUV日焼け止め（フラボノイドなど）のレベルと種類を変化させることができることが知られています。これにより、紫外線に対する保護力を高めることができます。[79]成長中に放射線の影響を受けた植物は、光合成システムが損なわれるよりも、葉の面積が広くなり光を遮断できなくなることでより大きな影響を受けます。[80] UVB放射線による損傷は、植物自体よりも種間の相互作用に大きな影響を与える可能性が高いです。[81]
オゾン層の破壊が植物に及ぼすもう一つの重大な影響は、紫外線にさらされた植物が受けるストレスである。これは、一酸化窒素と過酸化水素の生成により、植物の成長の低下と酸化ストレスの増加を引き起こす可能性がある。[82]オゾン層の破壊が顕著な地域では、UV-B放射の増加により陸上植物の生産性（同様に炭素隔離）が約6％減少する。[83] [84]
さらに、植物が高レベルの紫外線にさらされると、イソプレンのような有害な揮発性有機化合物の生成を引き起こす可能性があります。植物によるイソプレン大気への放出は、大気汚染を増加させ、大気中の炭素量を増加させ、最終的には気候変動に寄与することで環境に深刻な影響を与える可能性があります。[85]
公共政策
CFCがオゾン層に与えた被害の全容は未だ不明であり、今後数十年は判明しないだろう。しかし、オゾン柱の著しい減少はすでに観測されている。モントリオール条約とウィーン条約は、科学的なコンセンサスが確立されるよりずっと前、あるいは科学分野における重要な不確実性が解決されるよりずっと前に制定された。[86]オゾンの問題は、例えばオゾンシールドやオゾンホールが「分かりやすい橋渡しの比喩」として役立ったため、一般の人々に比較的よく理解されていた。[87]アメリカ人は自発的にエアゾールスプレーの使用をやめ、法律が施行される前から50%の売上減少を招いた。[87]
1976年に米国科学アカデミーがオゾン層破壊仮説を支持する信頼できる科学的証拠があると結論付けた報告書の後[88]、米国、カナダ、スウェーデン、デンマーク、ノルウェーを含むいくつかの国が、エアゾールスプレー缶でのCFCの使用を廃止する動きを見せた。[89]当時、これはより包括的な規制政策への第一歩と広くみなされていたが、政治的要因（ハロカーボン業界からの継続的な抵抗とレーガン政権の最初の2年間の環境規制に対する一般的な姿勢の変化）と科学的発展（オゾン層破壊の規模の最初の推定値が大きすぎたことを示唆したその後の米国科学アカデミーの評価）の組み合わせにより、この方向への進展はその後数年間鈍化した。
デュポン社の重要なフロン製造特許は1979年に失効する予定だった。米国は1978年にエアゾール缶でのCFCの使用を禁止した。[89]欧州共同体はエアゾールスプレーでのCFC禁止案を拒否し、米国ではCFCは冷媒や回路基板の洗浄に使用され続けた。米国のエアゾール禁止後、世界のCFC生産は急激に減少したが、1986年までに1976年の水準にほぼ戻った。[89] 1993年、デュポンカナダはCFC施設を閉鎖した。[90]
1983年、ウィリアム・ラッケルハウスがアン・M・バーフォードに代わって米国環境保護庁（EPA）長官に就任すると、米国政府の姿勢は再び変わり始めた。ラッケルハウスと後任のリー・トーマスの下で、EPAはハロカーボン規制への国際的な取り組みを推進した。1985年には、主要なCFC生産国のほとんどを含む20カ国がオゾン層保護のためのウィーン条約に署名し、オゾン層破壊物質に関する国際規制を交渉するための枠組みを確立した。同年、南極のオゾンホールの発見が発表され、この問題に対する世間の注目が再び高まった。
1987年、43カ国の代表がモントリオール議定書に署名した。一方、ハロカーボン業界は立場を変え、CFC生産を制限する議定書を支持し始めた。しかし、この変化は不均一で、デュポンはヨーロッパの同業他社よりも迅速に行動した。デュポンは、皮膚がんの増加に関連した訴訟を恐れていたのかもしれない。特にEPAは1986年に、今後88年間で米国でさらに4000万件の症例と80万人の癌による死亡が予想されると主張する研究を発表していたからだ。[91]ドイツがCFC業界の擁護を断念し、規制に向けた動きを支持し始めた後、EUも立場を変えた。フランスと英国の政府と業界は、モントリオール議定書が署名された後も、CFC生産業界を守ろうとした。[92]
モントリオールでは、参加者はCFCの生産を1986年レベルに凍結し、1999年までに生産量を50パーセント削減することに合意した。 [89]南極への一連の科学調査で、オゾンホールは人工有機ハロゲンからの塩素と臭素によって実際に引き起こされたという説得力のある証拠が得られた後、モントリオール議定書は1990年のロンドン会議で強化された。参加者は、2000年までに非第5条国で、2010年までに第5条（発展途上国）署名国で完全にCFCとハロンを段階的に廃止することに合意した（喘息吸入器などの特定の「必須」用途向けの極少量を除く）。[93] 1992年にデンマークのコペンハーゲンで行われた会議で、段階的廃止の期限は1996年に前倒しされた。[93]同会議で、主に農業生産に使用される燻蒸剤である臭化メチル（MeBr）が規制物質のリストに追加されました。議定書で規制されているすべての物質について、発展途上国（「第5条（1）」）に対する段階的廃止スケジュールは延期され、これらの国での段階的廃止は、議定書の第5条（1）以外の締約国からの専門知識、技術、資金の移転によって支援されました。さらに、合意されたスケジュールからの免除は、臭化メチル以外の物質については必須使用免除（EUE）プロセスの下で、臭化メチルについては重要使用免除（CUE）プロセスの下で申請することができました。[94] [95]
市民社会、特に非政府組織（NGO）は、ウィーン会議、モントリオール議定書に至る政策策定のすべての段階、およびその後の遵守状況の評価において重要な役割を果たした。[96] [97] [98] [99]大手企業は、HFCの代替品は存在しないと主張した。[100]ドイツのハンブルクにある技術研究所で、炭化水素ガスのプロパンとブタンの混合物からなるオゾン層破壊物質を発生させない炭化水素冷媒が開発され、1992年にNGOのグリーンピースの目に留まった。グリーンピースはそれを「グリーンフリーズ」と呼んだ。[101] [102]その後、NGOは最初は小規模で経営難の企業と協力して、まずヨーロッパ、次にアジア、後にラテンアメリカで電化製品を販売することに成功し、1997年のUNEP賞を受賞した。[103] [104] 1995年までに、ドイツはCFC冷蔵庫を違法とした。[104] 2004年以降、コカコーラ、カールスバーグ、イケアなどの企業が連合を結成し、オゾン層に安全なグリーンフリーズユニットを宣伝しました。生産はエレクトロラックス、ボッシュ、LGなどの企業に広がり、販売台数は2008年までに約3億台に達しました。[103] [105]ラテンアメリカでは、アルゼンチンの国内企業が2003年にグリーンフリーズの生産を開始し、ブラジルの大手ボッシュは1年後に生産を開始しました。[106] [107] 2013年までに約7億台の冷蔵庫に使用され、市場の約40％を占めました。[100]
しかし、米国では変化ははるかに遅い。ある程度、CFC はより害の少ないハイドロクロロフルオロカーボン ( HCFC ) に置き換えられているが、HCFC についても懸念が残っている。一部の用途では、CFC の代わりにハイドロフルオロカーボン ( HFC ) が使用されていた。塩素や臭素を含まない HFC は、強力な温室効果ガスではあるが、オゾン層の破壊には寄与しない。これらの化合物の中で最もよく知られているのはおそらく HFC-134a ( R-134a ) で、米国では自動車のエアコンで CFC-12 ( R-12 ) に代わるものとして広く使用されている。実験室分析 (以前は「必須」の用途) では、オゾン層破壊物質を他の溶媒に置き換えることができる。[108]デュポンなどの化学会社は、代表者がグリーンフリーズを「あのドイツの技術」と蔑み、EPAを操って2011年まで米国でこの技術を阻止しようとした。[109] [110] [111] [ 112]グリーンピースの働きかけを受けたユニリーバとゼネラルエレクトリックのベン＆ジェリーズは、2008年に正式な関心を示し、EPAの最終承認につながった。[103] [113]
EUは2009年にオゾン規制を改正した。この法律はオゾン層を保護することを目的としてオゾン層破壊物質を禁止している。[114]この規制の対象となるオゾン層破壊物質のリストは、モントリオール議定書のリストと同じだが、いくつか追加されている。[115]
最近では、政策専門家がオゾン層保護の取り組みと気候保護の取り組みを結び付ける取り組みを提唱している。[116] [117]多くのオゾン層破壊物質は温室効果ガスでもあり、短期および中期的には二酸化炭素よりも数千倍も強力な放射強制力を持つ。したがって、オゾン層を保護する政策は気候変動の緩和に効果があった。オゾン層破壊物質による放射強制力の減少は、おそらく他の温室効果ガスによる気候変動の影響の真のレベルを覆い隠し、90年代半ばからの地球温暖化の「減速」の原因となった。[118] [追加の引用が必要]一方の分野での政策決定は、もう一方の分野での環境改善のコストと効果に影響を与える。
海洋産業におけるODS要件
IMOは、オゾン層破壊物質に関するMARPOL附属書 VI 規則 12を改正しました。2010 年 7 月 1 日以降、MARPOL 附属書 VI が適用されるすべての船舶は、オゾン層破壊物質を使用する機器のリストを保有する必要があります。リストには、オゾン層破壊物質の名称、機器の種類と場所、kg 単位の量、日付を含める必要があります。その日付以降のすべての変更は、意図的または意図的でない大気への放出をすべて記録する船上の ODS 記録簿に記録する必要があります。さらに、新しい ODS の供給または陸上施設への着陸も記録する必要があります。
オゾン層破壊の見通し
モントリオール議定書の採択と強化によりCFC の排出量が削減されて以来、最も重要な化合物の大気中濃度は低下しています。これらの物質は徐々に大気から除去されつつあり、1994 年にピークを迎えて以来、大気中の有効当量塩素 (EECl) レベルは 2008 年までに約 10 パーセント低下しました。オゾン層破壊化学物質の減少は、臭素含有化学物質の減少によっても大きく影響を受けています。データによると、大気中の臭化メチル( CH
3Br）。[1] CFCの段階的廃止は亜酸化窒素（N
2モントリオール議定書の対象となっていないオゾン層破壊物質（O）は、最も多く排出されるオゾン層破壊物質となっており、21世紀を通じてその状態が続くと予想されている。[119]
IPCC第6次評価報告書によると、世界の成層圏オゾン濃度は1970年代と1980年代に急激に低下し、その後は上昇しているものの、産業革命以前のレベルには達していない。オゾン層破壊物質の濃度は低下しており、モントリオール議定書が完全に遵守されれば、年ごとにかなりの変動が予想されるものの、オゾン層は今後数十年で回復し続けると予想される。[120]
南極のオゾンホールは今後数十年続くと予想されている。南極上空の下部成層圏のオゾン濃度は2020年までに5～10％増加し、2060～2075年頃には1980年以前のレベルに戻る。これは、オゾン層破壊物質の大気中濃度の推定値が改訂され、開発途上国での将来の使用量が増加すると予測されたため、以前の評価で予測されていたよりも10～25年遅い。オゾン層の破壊を長引かせる可能性があるもう1つの要因は、風のパターンの変化により成層圏上から窒素酸化物が減少することである。[121] 2016年には、徐々に「治癒」に向かう傾向が報告された。 [24] 2019年には、極成層圏の温暖化により極渦が弱まったため、オゾンホールは過去30年間で最小となった。[122] 2023年9月、南極のオゾンホールは2600万平方キロメートルに達し、記録上最大規模となった。異常に大きなオゾン層の消失は、2022年のトンガ火山の噴火によるものと考えられる。[123]
研究の歴史
地球の成層圏におけるオゾン層の形成につながる基本的な物理的および化学的プロセスは、 1930年にシドニー・チャップマンによって発見されました。短波長の紫外線は、酸素（O
2)分子を2つの酸素(O)原子に分解し、他の酸素分子と結合してオゾンを形成する。酸素原子とオゾン分子が「再結合」して2つの酸素分子、つまりO + Oを形成すると、オゾンは除去される。
3→ 20
21950年代、デイビッド・ベイツとマルセル・ニコレは、さまざまなフリーラジカル、特にヒドロキシル（OH）と一酸化窒素（NO）がこの再結合反応を触媒し、オゾンの総量を減らす可能性があるという証拠を提示しました。これらのフリーラジカルは成層圏に存在することが知られていたため、自然のバランスの一部と見なされていました。これらがなければ、オゾン層の厚さは現在よりも約2倍になると推定されました。
1970年にポール・クルッツェンは、亜酸化窒素（N
2O ) は、土壌細菌によって生成される安定した長寿命ガスであり、地球表面から排出されると、成層圏の一酸化窒素(NO) の量に影響する可能性があります。Crutzen は、亜酸化窒素は成層圏に到達するまで生き続け、そこで NO に変換されることを示しました。その後、Crutzen は、肥料の使用が増えると、自然界での亜酸化窒素排出量が増加し、成層圏の NO 量が増える可能性があると指摘しました。このように、人間の活動は成層圏オゾン層に影響を及ぼす可能性があります。翌年、Crutzen と (それぞれ独立して) Harold Johnston は、下層成層圏を飛行する超音速旅客機からの NO 排出もオゾン層を破壊する可能性があると示唆しました。しかし、1995年にアメリカ海洋大気庁の大気科学者デビッド・W・ファヒーが行った最近の分析では、500機の超音速旅客機を運航した場合、オゾン層は1～2パーセント減少することが判明した。[124]ファヒーは、これが先進的な超音速旅客機の開発を妨げるものではないと述べた。[125]
ローランド・モリーナ仮説
1974年、カリフォルニア大学アーバイン校の化学教授フランク・シャーウッド・ローランドと博士研究員マリオ・J・モリーナは、CFCなどの長寿命有機ハロゲン化合物が、クルーツェンが亜酸化窒素について提案したのと同様の挙動を示す可能性があると示唆した。ジェームズ・ラブロックは、1971年に南大西洋を航海中に、1930年の発明以来製造されたCFC化合物のほとんどすべてがまだ大気中に存在していることを発見したばかりだった。モリーナとローランドは、N
2O の場合、CFC は成層圏に到達し、そこで紫外線によって分解されて塩素原子を放出する。その 1 年前には、ミシガン大学のリチャード・ストラースキーとラルフ・シセロンが、Cl は NO よりもオゾン層の破壊を触媒する効果が高いことを示していた。ハーバード大学のマイケル・マッケルロイとスティーブン・ウォフシーも同様の結論に達している。しかし、どちらの研究グループも、CFC が成層圏塩素の潜在的に大きな発生源となることを認識していなかった。その代わりに、彼らはスペースシャトルから排出される HCl の影響を調査していたが、その排出量ははるかに少ない。
ローランド・モリーナ仮説は、エアロゾルおよびハロカーボン産業の代表者から激しく反論された。デュポン社の取締役会長は、オゾン層破壊説は「SF小説であり、ナンセンスの塊であり、まったくのナンセンスだ」と述べたと伝えられている。[126]プレシジョン・バルブ社の社長（および最初の実用的なエアロゾルスプレー缶バルブの発明者）である ロバート・アブプラナルプは、カリフォルニア大学アーバイン校の学長にローランドの公式声明について苦情を述べた。 [127]それでも、3年以内に、ローランドとモリーナが立てた基本的な仮定のほとんどが、実験室での測定と成層圏での直接観測によって確認された。ソースガス（CFCおよび関連化合物）と塩素貯蔵種（HClおよびClONO
2）が成層圏全体で測定され、CFCが確かに成層圏塩素の主な発生源であり、排出されたCFCのほぼすべてが最終的に成層圏に到達することが実証されました。さらに説得力があったのは、ジェームズ・G・アンダーソンと共同研究者による成層圏の一酸化塩素（ClO）の測定でした。ClOはClとオゾンの反応で生成されます。したがって、Clラジカルが成層圏に存在するだけでなく、実際にオゾンの破壊に関与していることが観測されました。マケロイとウォフシーは、ローランドとモリナの研究を拡張し、臭素原子は塩素原子よりもさらに効果的なオゾン層破壊の触媒であることを示し、消火器に広く使用されているハロンと呼ばれる臭素化有機化合物が、成層圏臭素の潜在的に大きな発生源であると主張しました。 1976年、米国科学アカデミーは、オゾン層破壊説は科学的証拠によって強く支持されているという結論を出した報告書を発表した。これを受けて、米国、カナダ、ノルウェーは1978年にエアゾールスプレー缶でのCFCの使用を禁止した。初期の推定では、CFCの生産が1977年のレベルで継続した場合、大気中のオゾン層は1世紀ほどで定常状態に達し、通常レベルより15～18%低下するだろうとされていた。1984年までに、臨界反応の速度に関するより優れた証拠が利用可能になり、この推定は定常状態の5～9%の減少に変更された。[128]
クルッツェン、モリーナ、ローランドは成層圏オゾンに関する研究により 1995年のノーベル化学賞を受賞した。
南極のオゾンホール
イギリス南極調査局の科学者ファーマン、ガーディナー、シャンクリンが南極の「オゾンホール」を発見したことは（ 1985年5月にネイチャー誌の論文で初めて報告された[129]）、科学界に衝撃を与えた。なぜなら、観測された極地オゾンの減少は予想をはるかに上回っていたからである。[130] 同時に、南極周辺のオゾンの大規模な減少を示す衛星測定（ニンバス7号搭載のTOMS）も利用可能になりつつあった。 [131]しかし、これらは当初、データ品質管理アルゴリズムによって不合理であるとして却下された（値が予想外に低かったため、エラーとして除外された）。オゾンホールは、現場観測でオゾン減少の証拠が示された後に生データを再処理したときにのみ、衛星データで検出された。[92]フラグなしでソフトウェアを再実行すると、オゾンホールは1976年にまで遡って観測された。 [132]
アメリカ海洋大気庁（NOAA）の大気化学者スーザン・ソロモン氏は、冷たい南極成層圏の極成層圏雲（PSC）での化学反応が、活性なオゾン層破壊形態の塩素の量の、局所的で季節的ではあるが大規模な増加を引き起こしたと提唱した。南極の極成層圏雲は、-80 °C という非常に低い気温と早春の条件下でのみ形成される。このような条件下では、雲の氷晶が、非反応性の塩素化合物を反応性の高い塩素化合物に変換するのに適した表面を提供し、オゾン層を簡単に破壊することができる。
さらに、南極上空に形成される極渦は非常に密で、雲結晶の表面で起こる反応は大気中で起こる反応とは大きく異なります。これらの条件により、南極ではオゾンホールが形成されました。この仮説は、最初は実験室での測定によって、その後は地上および高高度の航空機からの直接測定によって、南極成層圏の一酸化塩素（ClO）の非常に高い濃度によって決定的に確認されました。 [133]
オゾンホールの原因を太陽の紫外線の変動や大気循環パターンの変化に帰する代替仮説も検証され、支持できないことが示された。[134]
一方、地上ドブソン分光光度計の世界規模のネットワークによるオゾン測定の分析により、国際委員会は熱帯以外のすべての緯度でオゾン層が実際に破壊されているという結論に至った。[31]これらの傾向は衛星測定によって確認された。その結果、主要なハロカーボン生産国はCFC、ハロン、および関連化合物の生産を段階的に廃止することに合意し、このプロセスは1996年に完了した。
1981年以来、世界気象機関の後援の下、国連環境計画は衛星測定に基づくオゾン層の破壊に関する科学的評価に関する一連の技術報告書を後援してきた。2007年の報告書では、オゾン層のホールは回復しつつあり、約10年ぶりの最小値となっていることが示された。[135]
2010年の報告書では、「過去10年間で、地球のオゾンと北極・南極地域のオゾンは減少しなくなったが、まだ増加していない。極地以外のオゾン層は、今世紀半ばまでに1980年以前のレベルに回復すると予測されている。対照的に、南極上の春のオゾンホールは、回復がずっと遅れると予想される」と報告されている。[136]
2012年、NOAAとNASAは「南極上空の気温上昇により、20年間で2番目に小さい季節のオゾンホールが発生し、平均1790万平方キロメートルにまで達した。このホールは9月22日に今シーズン最大の大きさに達し、2120万平方キロメートルにまで広がった」と報告した。[137] 2016年[24]、そして2017年には徐々に「治癒」の傾向が報告された。[138]オゾン層破壊飽和高度でも回復の兆候が見られると報告されている。[139]
南極上空の地球のオゾン層の穴は、南半球の赤道に至るまでの大気循環に影響を及ぼしている。[140]オゾンホールは熱帯に至るまでの大気循環に影響を及ぼし、南半球の低緯度亜熱帯地域での降雨量を増加させている。[141]
北極のオゾン「ミニホール」
2005年3月3日、ネイチャー誌[142]は、2004年の異常に大きい北極のオゾンホールと太陽風活動を関連付ける記事を掲載した。
2011年3月15日、記録的なオゾン層の損失が観測され、北極上空のオゾン層の約半分が破壊された。[143] [144] [145]この変化は、高度約20km（12マイル）の北極成層圏での冬の寒さが増したことに起因しており、この変化は地球温暖化と関連しているが、その関係性はまだ調査中である。[144] 3月25日までに、オゾン層の損失はこれまでの冬で観測された最大のものとなり、オゾンホールになる可能性もあった。[146]そうなると、オゾンの量が中央シベリアで記録された250ドブソン単位から200ドブソン単位を下回る必要がある。[146]薄くなる層は3月30日～31日にスカンジナビアと東ヨーロッパの一部に影響を及ぼすと予測されている。[146]
2011年10月2日、ネイチャー誌に、2010年12月から2011年3月の間に、地表から約20キロメートル（12マイル）上空の大気中のオゾン層が最大80パーセント破壊されたとする研究が発表された。[147]オゾン層の破壊レベルは深刻で、科学者らは、南極大陸に毎年冬に形成されるオゾンホールに匹敵すると述べた。[147]この研究によると、「北極のオゾンホールと表現できるほどの損失が初めて発生した」という。[147]この研究では、オーラ衛星とカリプソ衛星のデータを分析し、通常よりも大きなオゾン層の破壊は、北極での異常に長い寒冷期（通常より約30日長い）が原因で、オゾン層を破壊する塩素化合物がより多く生成されたためであると結論付けた。[148]研究の共著者であるラモント・プールによると、塩素化合物が見つかった雲とエアロゾル粒子は「2011年3月中旬まで北極で豊富に存在していたが、これは通常よりかなり遅く、一部の高度では平均量は南極で観測される量と同程度で、ほとんどの北極の冬の3月に見られるほぼゼロの値よりも大幅に多かった」という。[148]
2013年に研究者らがデータを分析し、2010年から2011年にかけての北極の出来事は、真のオゾンホールと分類できるオゾン層破壊レベルに達していなかったことが判明した。オゾンホールは通常、220ドブソン単位以下と分類されるが、[149]北極のオゾンホールはその低レベルには達しなかった。[150] [151]それ以来、この出来事は「ミニホール」と分類されている。[152]
1997年と2011年のオゾン層の破壊に続いて、 2020年3月に北極上空の気象観測気球によってオゾンが90%減少したことが測定された。通常は3.5ppmのオゾンが記録されるところ、最終的には0.3ppm程度にまで減少した。これは、1979年以来の最低気温と、塩素や臭素などの化学物質がオゾンを減少させる強い極渦の影響によるものである。 [153]
北極上空の大気中の異常に低い温度によって生じる珍しい穴が2020年に研究されました。[154] [155]
チベットのオゾンホール
寒い冬は影響を受けやすいため、チベット上空にオゾンホールが発生することがある。2006年にはチベット上空で250万平方キロメートルのオゾンホールが検出された。[156] 2011年には再びチベット、新疆、青海、ヒンドゥークシュ山脈の山岳地帯にオゾンホールが出現し、北極上空でも前例のないオゾンホールが発生したが、チベットのオゾンホールは北極や南極のオゾンホールに比べるとはるかに弱いものだった。[157]
嵐雲による枯渇の可能性
2012年の研究では、南極上空のオゾンホールを形成するのと同じプロセスが米国の夏の嵐雲上で発生し、そこでもオゾンを破壊している可能性があることが示されました。[158] [159]
熱帯地方のオゾンホール
ウォータールー大学の物理学者チンビン・ルーは、2022年7月に熱帯地方の上空成層圏下部に、季節を問わず発生する大規模なオゾンホールを発見したと主張した。[160]しかし、この分野の他の研究者らはこの主張を否定し、この研究は「重大な誤りと根拠のない主張」に満ちていると述べた。[161] 2022年WMO/UNEPオゾン層破壊の科学的評価の主執筆者であるポール・ヤング博士によると、「著者が『熱帯オゾンホール』を特定したのは、オゾンの絶対変化ではなくパーセンテージ変化に注目したためであり、後者は地表に到達する有害な紫外線に非常に関連している」とのことである。具体的には、ルーの研究では「オゾンホール」を「成層圏に重大なCFCが存在しなかったとき（1960年代頃）の乱されていないO3値と比較して、O3損失率が25％を超える領域」と定義しており[162]、一般的な定義である220ドブソン単位以下とは異なっている。マルタ・アバロス・アルバレス博士は「熱帯地方のオゾン層の破壊は目新しいものではなく、主にブリューワー・ドブソン循環の加速によるものだ」と付け加えている。
山火事の煙による枯渇
2019～2020年のオーストラリアの森林火災シーズンの大気への影響を分析したMIT研究者スーザン・ソロモン率いる科学者らは、煙が南半球の被災地域でオゾン層の3～5％を破壊したことを発見した。煙の粒子は塩化水素を吸収し、オゾン層を破壊する塩素ラジカルを生成する触媒として働く。[163] [164] [165] [166]
オゾン層の破壊と地球温暖化
ロバート・ワトソンは、オゾン層の破壊と地球温暖化に関する科学的評価と規制の取り組みにおいて役割を果たした。[86] 1980年代以前は、EU、NASA、NAS、UNEP、WMO、英国政府はそれぞれ科学報告書に反対意見を持っていたが、ワトソンは統一評価のプロセスで役割を果たした。オゾン層のケースでの経験に基づき、IPCCは統一された報告書と科学的評価に取り組み始め[86] 、 IPCC政策決定者向け要約を提供するための合意に達した。
オゾン層の破壊と地球温暖化の科学の間には、さまざまな関連領域があります。
- 同じCO
2地球温暖化を引き起こす放射強制力は、成層圏を冷却すると予想されている。[167]この冷却は、今度はオゾン層（O
3）極地の減少とオゾンホールの発生頻度[168] - 逆に、オゾン層の破壊は気候システムの放射強制力を表しています。2つの相反する効果があります。オゾン層の減少により成層圏の太陽放射吸収量が減少し、成層圏が冷却され、対流圏が温暖化します。その結果、成層圏は冷え、下向きの長波放射が少なくなり、対流圏が冷却されます。全体的には冷却が優勢であり、IPCCは「観測された成層圏O
3過去20年間の損失は、地表対流圏システムに約-0.15±0.10ワット/平方メートル（W/m 2 ）の負の強制力を引き起こした」[33]。[120] - 温室効果に関する最も有力な予測の1つは、成層圏が冷えるというものである。[167]この冷却は観測されているが、温室効果ガスの濃度変化とオゾン層の破壊の影響を切り離すことは簡単ではない。なぜなら、どちらも冷却につながるからである。しかし、これは成層圏の数値モデリングによって行うことができる。米国海洋大気庁の地球物理流体力学研究所の結果によると、高度20 km（12マイル）以上では、温室効果ガスが冷却を支配している。[169]
- オゾン層破壊化学物質は温室効果ガスでもあることが多い。これらの化学物質の濃度の上昇は0.34±0.03 W/m 2の放射強制力を生み出しており、これはよく混合された温室効果ガスの濃度の上昇による総放射強制力の約14％に相当する。[120]
- プロセスの長期的モデリング、その測定、研究、理論の設計およびテストは、文書化され、広く受け入れられ、最終的に支配的なパラダイムになるまでに数十年かかります。オゾン層の破壊に関するいくつかの理論は 1980 年代に仮説が立てられ、1990 年代後半に発表され、現在調査されています。NASA ゴダード宇宙飛行センターの Drew Schindell 博士と Paul Newman 博士は、1990 年代後半に、計算モデリング手法を使用してオゾン層の破壊をモデル化し、破壊されたオゾン層の 78 パーセントを説明する理論を提唱しました。そのモデルをさらに改良した結果、破壊されたオゾン層の 89 パーセントを説明できましたが、オゾンホールの回復推定年数は 75 年から 150 年に延びました。(そのモデルの重要な部分は、化石燃料の枯渇により成層圏飛行が不可能になったことです。)
2019年、NASAはオゾンホールの大きさと気候変動の間に有意な関係はないと報告した。[9]
誤解
CFC重量
CFC分子は空気（窒素や酸素）よりも重いため、CFC分子は成層圏に大量には到達しないと考えられています。[170]しかし、大気中のガスはこれらの高度では重量によって分類されておらず、風の力によって大気中のガスが完全に混合されます。重いCFCの中には、均一に分布していないものもあります。[171]
人工塩素の割合
もう一つの誤解は、「対流圏塩素の自然発生源は人為発生源の 4 ～ 5 倍であると一般に認められている」というものである。この記述は厳密には正しいが、対流圏塩素は無関係であり、オゾン層の破壊に影響を与えるのは成層圏塩素である。海水のしぶきからの塩素は溶解性であるため、成層圏に到達する前に降雨によって洗い流される。対照的に、CFC は不溶性で長寿命であるため、成層圏に到達する。下層大気では、CFC および関連ハロアルカンからの塩素は、塩水しぶきからの HCl よりもはるかに多く、成層圏ではハロカーボンが優勢である。[172]これらのハロカーボンの 1 つである塩化メチルだけが主に自然発生源であり、[173]成層圏の塩素の約 20 パーセントを占め、残りの 80 パーセントは人為発生源から来ている。
非常に激しい火山噴火により成層圏にHClが注入される可能性があるが、研究者ら[174]は、その寄与はCFCに比べて大きくないことを示している。同様の誤った主張として、南極ロス島のエレバス山の火山噴煙からの可溶性ハロゲン化合物が南極のオゾンホールの主な原因であるという主張がある[174] 。
それにもかかわらず、2015年の研究[175]は、南極のオゾン層の破壊におけるエレバス火山の役割はおそらく過小評価されていることを示しました。研究者らは、過去35年間のNCEP/NCAR再解析データに基づき、NOAA HYSPLIT軌道モデルを使用することで、エレバス火山のガス放出（塩化水素（HCl）を含む）が高緯度サイクロン、そして極渦を経由して南極成層圏に到達する可能性があることを示しました。エレバス火山の活動に応じて、エレバスから成層圏に入る追加のHClの年間質量は1.0～14.3 ktの範囲で変化します。
最初の観察
ドブソンGMBは、1956年にハレー湾上空の南極の春のオゾン濃度が初めて測定されたとき、それが約320 DUで、北極の春の濃度である約450 DUより約150 DU低いことに驚いたと述べています。これは当時知られている南極のオゾン値のみでした。ドブソンが説明しているのは、基本的にオゾンホールを測定する基準値です。実際のオゾンホールの値は150～100 DUの範囲です。[176]
ドブソンが指摘した北極と南極の相違は、主にタイミングの問題だった。北極の春の間、オゾン濃度は順調に上昇し、4月にピークに達したが、南極では春先はほぼ一定で、極渦が崩壊した11月に急激に上昇した。
南極のオゾンホールで見られる現象は異なります。一定に留まるのではなく、春先のオゾンレベルは、すでに低い冬の値から最大50％も低下し、12月まで通常値に戻りません。[177]
穴の位置
オゾンホールはCFCの発生源の上空にあるはずだと考える人もいました。しかし、CFCは対流圏と成層圏で地球全体に広く混ざっています。南極上空のオゾンホールが発生する理由は、CFCがより多く集中しているからではなく、低温が極成層圏雲の形成を助けるためです。[178]実際、中央アジア上空など、地球の他の地域でも、顕著で局所的な「オゾンホール」が発見されています。[179]
啓発キャンペーン
オゾン層の破壊のような複雑な問題に対する一般大衆の誤解や誤解はよくあることである。一般大衆の限られた科学的知識は、地球温暖化に関する混乱[180]や、地球温暖化を「オゾンホール」のサブセットとみなす認識[181]につながった。当初、古典的な環境NGOは、CFCの破壊は複雑すぎると考え、キャンペーンにCFCの破壊を利用することを控えていた。[86]彼らが活動的になったのはずっと後になってからであり、例えばグリーンピースは旧東ドイツのVEB dkk Scharfenstein社が製造したCFCフリー冷蔵庫を支援した。[86] [182]
CFC の議論で使用されている比喩 (オゾン シールド、オゾン ホール) は、科学的な意味では「正確」ではありません。「オゾン ホール」は「フロントガラスの穴」というよりはむしろ窪みです。オゾンは層を通して消えるわけではなく、オゾン層が均一に「薄くなる」わけでもありません。しかし、それらは非科学者とその懸念によく響きました。[87]オゾン ホールは「ホットな問題」であり、差し迫ったリスクと見なされていました[183]。一般の人々は、皮膚がん、白内障、植物への被害、海洋の光層におけるプランクトン数の減少など、深刻な個人的影響を恐れていたからです。政策レベルだけでなく、オゾン規制は気候変動と比較して世論ではるかに好意的に受け止められました。アメリカ人は法律が施行される前に自発的にエアゾール スプレーの使用をやめましたが、気候変動は同等の懸念と国民の行動を獲得できませんでした。[87] 1985年に突然、大きな「穴」があることが特定され、マスコミで広く報道された。南極の特に急速なオゾン層の破壊は、これまで測定誤差として無視されていた。[130]規制後に科学的コンセンサスが確立された。[86]
南極のオゾンホールが地球のオゾンに与える影響は比較的小さいものの、次のような理由から、このオゾンホールは大きな注目を集めています。
- 地球上の他の地域でもオゾンホールが出現し始めるのではないかと多くの人が懸念しているが、これまでのところ、他に大規模なオゾン減少は、北極周辺の北極の春に観測された小さなオゾンの「くぼみ」のみである。中緯度のオゾンは減少しているが、その程度ははるかに小さい（約 4～5 パーセントの減少）。
- 成層圏の状況がより厳しくなると（気温の低下、雲の増加、活性塩素の増加）、地球のオゾンはより速いペースで減少する可能性があります。標準的な地球温暖化理論では、成層圏が冷えると予測されています。[184]
- 南極のオゾンホールが毎年崩壊すると、オゾン層が破壊された空気が近隣地域に流れ込む。ニュージーランドでは南極のオゾンホール崩壊後の1か月間にオゾン層が最大10パーセント減少したと報告されており、[185]紫外線Bの放射強度は1970年代以降15パーセント以上増加している。[186] [187]
世界オゾンデー
1994年、国連総会は9月16日を「オゾン層保護のための国際デー」、または「世界オゾンデー」に指定することを決議した。 [188]この指定は、 1987年のこの日にモントリオール議定書[189]が調印されたことを記念したものである。[190]
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成層圏に蓄積されます (図 8)。... HF は安定性が高いため、フッ素化された人為的ガスから生じる成層圏へのフッ素の流入の効果的なトレーサーになります。
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- ^ McKenzie, Richard ; Conner, Brian; Bodeker, Greg (1999 年 9 月 10 日)。「ニュージーランドの夏季紫外線増加はオゾン層の減少によるもの」。Science . 285 (5434): 1709– 1711. doi :10.1126/science.285.5434.1709. PMID 10481002。
- ^ 「オゾン層保護の国際デー、9月16日」www.un.org . 2020年4月22日閲覧。
- ^ カナダ、環境と気候変動（2015年2月20日）。「オゾン層の破壊：モントリオール議定書」。aem 。2020年4月22日閲覧。
- ^ アンダーセン、スティーブン・O.; サーマ、K. マダヴァ (2002)。オゾン層の保護: 国連の歴史。アーススキャン。p. 272。ISBN 9781849772266。
さらに読む
- Andersen, SO および KM Sarma。(2002) 『オゾン層の保護: 国連の歴史』、Earthscan Press。ロンドン、イギリス。[ ISBN 不明]
- ベネディック、リチャード・エリオット、世界自然保護基金（米国）、外交研究所。ジョージタウン大学。（1998年）。オゾン外交：地球を守るための新たな方向性（第2版）。ハーバード大学出版局。ISBN 978-0-674-65003-9. 2016年5月28日閲覧。（ベネディック大使は、モントリオール議定書の成立につながった会議における米国の首席交渉官でした。）
- Chasek, Pamela S., David L. Downieおよび Janet Welsh Brown (2013)。『地球環境政治』第 6 版、コロラド州ボルダー: Westview Press。[ ISBN 不明]
- ガロー、ブライアン（2013）。予防から利益へ：モントリオール議定書における環境保護の現代的課題。イェール大学出版局。ISBN 978-0-300-17526-42013年3月30日時点のオリジナルよりアーカイブ。
- グルンドマン、ライナー（2001）。『トランスナショナル環境政策：オゾン層の再構築』心理学出版。ISBN 978-0-415-22423-9. 2016年5月28日閲覧。
- Haas, P. (1992)。「クロロフルオロカーボンの禁止：成層圏オゾン層を保護するための認識論的コミュニティの取り組み」国際機関、46(1)、187-224。
- パーソン、エドワード (2004)。『オゾン層の保護：科学と戦略』オックスフォード、イギリス：オックスフォード大学出版局。[ ISBN 不明]
外部リンク
ウィキメディア・コモンズには、オゾン層の破壊に関連するメディアがあります。
- 「オゾン層の破壊に関するWMO/UNEPの科学的評価（最新報告書2022年）」。米国海洋大気庁（NOAA）化学科学研究所。NOAA/ESRL オゾン層の破壊
- NOAA/ESRL オゾン層破壊ガス指数
- MACC 成層圏オゾンサービス(Wayback Machineに 2014-03-08 にアーカイブ) は、オゾン層の過去と現在の状態に関する地図、データセット、検証レポートを提供します。
- 代替自然冷媒冷却技術に関するグリーン冷却イニシアチブ
- 「オゾンホール：私たちはいかにして地球を救ったか」は2019年4月10日にPBSで初公開されました
- 「オゾンホールに何が起こったのか？」、蒸留ポッドキャストエピソード230、2018年4月17日、科学歴史研究所