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オゾン層破壊は、1970年代後半から観測されている2つの関連現象から成ります。1つは地球の上層大気中のオゾン総量の減少、もう1つは地球の極域周辺の成層圏オゾン（オゾン層）の春季の大幅な減少です。 [ 1 ]後者の現象はオゾンホールと呼ばれています。これらの成層圏の現象に加えて、春季には極域の対流圏オゾン層破壊現象も発生します。
オゾン層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、噴射剤、発泡剤（クロロフルオロカーボン（CFC）、HCFC、ハロン）であり、これらはオゾン層破壊物質（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 ]成層圏に到達すると、光解離によってハロゲン基から原子が放出され、これがオゾン（O3 ）を酸素（O2）に分解する触媒となります。[ 4 ]ハロカーボンの排出量が増加するにつれて、両方のタイプのオゾン層破壊が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、がんのリスク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、永久的な失明、白内障を引き起こします[ 5 ]。オゾン層の減少により、これらの症状が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物質の製造が禁止されました[ 6 ] 。時を経て、科学者たちは、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-134aやR-12などのGWPがはるかに高い冷媒よりも、 R-1234yfシステムが一般的になっています。
禁止措置は1989年に発効した。オゾン濃度は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ていたのが止まり、逆転している可能性もあるためである。[ 7 ]回復は次の世紀にかけて継続すると予測され、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年に初めて発見されて以来最小になったと報告した。[ 9 ] [ 10 ]国連は現在、現行の規制の下ではオゾン層が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、今日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-酸素サイクルには、酸素原子（Oまたは原子状酸素）、酸素ガス（O）の3つの形態（または同素体）が関与しています。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、酸素ガス分子がUVC光子を吸収した後、成層圏で光解離することによって生成されます。これにより、単一のO2原子酸素ラジカル。原子酸素ラジカルは、その後、別のO2分子で2つのOを生成する3分子。これらのオゾン分子はUVB光を吸収し、その後オゾンはO分子に分解される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O₂を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する。
成層圏におけるオゾンの総量は、光化学反応による生成と再結合のバランスによって決定される。
オゾンは多く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、ヒドロキシルラジカル（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、各種が不対電子を持ち、非常に反応性が高いことを示す表記である。オゾン破壊の触媒としてのさまざまなハロゲンおよび擬似ハロゲンの有効性は、オゾンまたは酸素との反応後に元のラジカルを再生する経路が異なるため、部分的に異なる。[ 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つが、人間の活動の影響は一部のラジカルに他のラジカルよりも大きく及んでいる。2020年現在、成層圏のOH・とNO・のほとんどは自然発生源であるが、塩素と臭素の濃度は人間の活動によって劇的に増加している。[ 17 ]これらの元素は、特にクロロフルオロカーボンなどの安定した有機化合物に含まれており、反応性が低いため対流圏で分解されることなく成層圏まで到達することができる。成層圏に到達すると、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る。
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な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してオゾン分子を破壊する。このようなサイクルの最も単純な例では、[ 18 ]塩素原子がオゾン分子（O）と反応する。3 )酸素原子を取り込んで一酸化塩素(ClO)を形成し、酸素分子(O)2 ) ClOは2つ目のオゾン分子と反応し、塩素原子を放出して2分子の酸素を生成する。これらの気相反応の化学的な略記法は次のとおりである。
全体的な効果としてはオゾン量の減少が見られるが、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る。また、下部成層圏における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る。
塩素原子1個は、塩化水素（HCl）や硝酸塩素（ClONO）などの貯蔵物質を形成する反応によってこのサイクルから除去されない限り、最大2年間（対流圏への輸送時間スケール）にわたってオゾンを継続的に破壊する（したがって触媒となる）。2 ) 臭素は原子当たりのオゾン破壊効率が塩素よりも高いが、現在大気中の臭素の量ははるかに少ない。塩素と臭素はどちらもオゾン層破壊に大きく寄与している。実験室での研究では、フッ素原子とヨウ素原子も同様の触媒サイクルに関与していることが示されている。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フッ化水素（HF）を形成する一方、 [ 19 ]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、成層圏に有意な量で到達しない。 [ 20 ]
塩素原子1個は、触媒サイクルから除去されるまでに平均10万個のオゾン分子と反応することができる。この事実と、クロロフルオロカーボン（CFC）および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から、CFCおよびHCFCが環境に危険であることがわかる。[ 21 ] [ 22 ]
オゾンホールは通常、地球表面のある地点の上空における全オゾン量の減少によって測定されます。これは通常、ドブソン単位（略称「DU」）で表されます。オゾンの最も顕著な減少は下部成層圏で発生しています。全オゾンマッピング分光計（TOMS）などの機器を使用して、1970年代初頭以前と比較して南極の春と初夏に全オゾン量が著しく減少していることが観測されています。[ 23 ]
南極上空の南半球春季に観測されたオゾン層の最大70%の減少は、1985年に初めて報告され（Farman et al.）、現在も続いている。2010年現在南極の全オゾン量は、1990年代以降、9月と10月にはオゾンホール発生前の値より40～50パーセント低いままだった。[ 1 ] 2016年には「回復」への緩やかな傾向が報告された。[ 24 ] 2017年、NASAは成層圏の温暖な状況により、オゾンホールが1988年以来最も弱まっていると発表した。2070年頃には回復すると予想されている。[ 25 ]
北極では、南極に比べて、減少量が年によって大きく変動する。北極での減少が最も大きいのは冬と春で、成層圏が最も冷え込む時期には最大30パーセントに達する。[ 26 ]
極成層圏雲(PSC)で起こる反応は、オゾン層破壊の促進に重要な役割を果たします。[ 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ます。これが、オゾンホールが最初に南極上空で形成され、より深くなった理由です。初期のモデルは PSC を考慮に入れておらず、地球規模での緩やかなオゾン層破壊を予測していたため、突然の南極オゾンホールは多くの科学者にとって驚きでした。[ 28 ] [ 29 ] [ 30 ]
中緯度では、オゾンホールというよりはオゾン層の減少について語る方がより正確である。中緯度では、1980年から1996年の間に全カラムオゾン量が1980年以前の値よりも減少した。北半球の中緯度では、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年にかけて最小値から約2%増加した。南半球の中緯度では、この期間、全オゾン量は一定であった。熱帯では、ハロゲン含有化合物が熱帯緯度で分解して塩素原子や臭素原子を放出する時間がなかったため、顕著な傾向は見られない。[ 1 ] [ 31 ]
大規模な火山噴火は、フィリピンのピナツボ山の1991年の噴火で観察されたように、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る。[ 32 ]
オゾン層の破壊は、成層圏および対流圏上部の気温低下の多くを説明する要因でもある。[ 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、オゾン層の減少は冷却につながる。また、CO2などの温室効果ガスの増加によっても成層圏の冷却が予測されている。2および CFC 自体ですが、オゾンによる冷却が支配的であるようです。 [ 35 ]
オゾン濃度の予測は依然として困難ですが、観測値に対するモデルの予測精度と、異なるモデリング手法間の一致度は着実に向上しています。[ 1 ]世界気象機関の地球規模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ますが、 UNEPの1994年評価では1994～1997年のオゾン減少量が過大評価されていたと指摘しています。 [ 36 ]
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、人為的な化学的オゾン層破壊の主な原因です。成層圏における有効ハロゲン（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）として知られています。[ 37 ]
冷媒としての CFC は、1930 年代にトーマス・ミッジリー・ジュニアによって発明されました。 [ 38 ]これらは、1970 年代以前にはエアコンや冷却装置、エアゾールスプレーの噴射剤として、また繊細な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存在します。これらの化合物の重要な天然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すべて人間の製造によるものです。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、紫外線によって解離して塩素原子を放出します。塩素原子は触媒として働き、成層圏から除去されるまでにそれぞれ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、回復には数十年かかります。 CFC分子は、地上から上層大気まで到達するのに平均して約5〜7年かかり、そこで約1世紀留まることができ、[ 39 ]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る。[ 40 ] [ 41 ]
1,1,1-トリクロロ-2,2,2-トリフルオロエタン（CFC-113aとしても知られる）は、イースト・アングリア大学の研究チームが大気中で新たに発見した4つの人工化学物質の1つです。CFC-113aは、大気中の濃度が依然として増加している唯一の既知のCFCです。その発生源は依然として謎ですが、違法製造を疑う人もいます。CFC-113aは1960年以来、衰えることなく蓄積されているようです。2012年から2017年の間に、このガスの濃度は40パーセント上昇しました。[ 42 ]
ネイチャー誌に掲載された国際研究チームによる研究では、2013年以降、主に中国北東部からの排出によって、禁止されている化学物質であるクロロフルオロカーボン11（CFC-11）が大量に大気中に放出されていることが判明した。科学者たちは、対策を講じなければ、これらのCFC-11の排出によって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。[ 43 ] [ 44 ] [ 45 ]
地球の大気圏に再突入して燃え尽きる衛星は、数十年にわたって大気中に残留する酸化アルミニウム（Al 2 O 3）ナノ粒子を生成します。 [ 46 ] 2022年だけでも、推定で約17トン（ 約250kgの衛星1基あたり約30kgのナノ粒子 ）に達しました。[ 46 ]衛星群の増加は、最終的に深刻なオゾン層破壊につながる可能性があります。[ 46 ]
「超短寿命物質」とは、モントリオール議定書で認められている、6か月以内に分解するオゾン層破壊物質の一種である。 [ 47 ] 90%は天然由来で、例えば海藻や植物プランクトンによって生成される臭素系化学物質などだが、10%は人工的に作られたもので、例えばジクロロメタンなどである。[ 47 ]
科学者たちは、観測データとコンピューターモデルを組み合わせることで、オゾン層破壊の原因をCFC由来の人為的ハロゲン化合物の増加に帰している。これらの複雑な化学輸送モデル（例：SLIMCAT、CLaMS—成層圏化学ラグランジュモデル）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ることで機能する。これらのモデルは、CFCの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する。
南極オゾンホールは、南極成層圏の領域で、最近のオゾン濃度が1975年以前の値の33パーセントまで低下した領域です。[ 49 ]オゾンホールは、南極の春、9月から12月初旬にかけて、強い西風が大陸の周りを循環し始め、大気の容器を作り出すときに発生します。この極渦の中で、南極の春の間に下部成層圏のオゾンの50パーセント以上が破壊されます。[ 50 ]
前述のように、オゾン層破壊の主な原因は、塩素を含む発生源ガス（主にCFCおよび関連するハロカーボン）の存在です。紫外線が存在すると、これらのガスは解離して塩素原子を放出し、それがオゾン破壊の触媒となります。塩素触媒によるオゾン層破壊は気相で起こりますが、極成層圏雲（PSC）が存在すると大幅に促進されます。[ 51 ]
これらの極成層圏雲は、極寒の冬に形成されます。極地の冬は暗く、太陽放射（日光）のない3か月間続きます。日光がないと気温が低下し、極渦が空気を閉じ込めて冷やします。気温は-80 ℃前後またはそれ以下になります。これらの低温によって雲粒子が形成されます。PSC雲には、硝酸三水和物雲、ゆっくり冷却される水氷雲、急速に冷却される水氷（真珠層）雲の3種類があり、春にオゾン破壊につながる化学反応の生成物の表面を提供します。[ 52 ]
関連する光化学プロセスは複雑ですが、よく理解されています。重要な点は、通常、成層圏の塩素の大部分は「貯蔵」化合物、主に硝酸塩素（ClONO）として存在しているということです。2）HClなどの安定な最終生成物も生成されます。最終生成物の生成により、オゾン層破壊プロセスからClが実質的に除去されます。貯蔵化合物はClを隔離し、400 nmより短い波長の光を吸収することで、後にClが利用可能になります。 [ 53 ]南極の冬と春の間、極成層圏雲粒子の表面での反応により、これらの「貯蔵」化合物は反応性のフリーラジカル（ClとClO）に変換されます。脱窒は、雲がNOを除去するプロセスです。2成層圏から硝酸に変換され、PSC粒子内で沈降によって失われる。これにより、新たに生成されたClOが再びClONO2 .
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深刻になる理由です。冬の間は、極成層圏雲（PSC）が最も多く発生するにもかかわらず、化学反応を促進する光が極上空に届きません。しかし、春になると太陽光が戻り、光化学反応を促進して極成層圏雲を融解させるエネルギーを供給し、大量のClOを放出します。これがホール形成メカニズムを促進します。春の終わり頃のさらなる気温上昇により、12月中旬頃に渦が崩壊します。気温が上昇すると、オゾンとNOが減少する2低緯度からオゾン層破壊物質が豊富な空気が流れ込み、PSC が破壊され、オゾン層破壊の促進プロセスが停止し、オゾンホールが閉じる。 [ 54 ]
破壊されるオゾンの大部分は下部成層圏で発生し、それとは対照的に、上部成層圏で主に発生する均一気相反応によるオゾンの減少ははるかに小さい。[ 55 ]
オゾン層は太陽からの紫外線UVBを吸収するため、オゾン層の破壊は（他の条件が同じであれば）地表のUVBレベルを上昇させ、皮膚がんの増加を含む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と地表UVBの増加に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結びつける直接的な観測証拠はありません。これは、一部の皮膚がんにも関与しているUVAがオゾンに吸収されないことと、時間の経過に伴う生活習慣の変化の統計を制御することがほぼ不可能であることなどが理由です。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。[ 56 ]
オゾンは地球の大気中の少数成分ですが、UVB放射の吸収の大部分を担っています。オゾン層を透過するUVB放射の量は、オゾン層の斜め経路の厚さと密度とともに指数関数的に減少します。 [ 57 ]成層圏のオゾン濃度が低下すると、より高いレベルのUVBが地表に到達します。[ 1 ] [ 58 ]樹木の年輪におけるUV駆動フェノール形成により、北緯におけるオゾン層破壊の開始時期は1700年代後半と推定されています。[ 59 ]
2008 年 10 月、エクアドル宇宙庁はHIPERION と呼ばれる報告書を発表しました。この調査では、エクアドルの地上機器と、複数の国の 12 基の衛星からの過去 28 年間のデータを使用し、赤道付近の緯度に到達する紫外線が予想をはるかに上回っており、キトでは紫外線指数が24 にまで上昇していることを発見しました。WHOは、11 を極端な指数であり、健康に大きなリスクがあると考えています。この報告書は、地球の中緯度周辺のオゾン層の減少が、すでにこれらの地域の多くの人々を危険にさらしていると結論付けています。[ 60 ]その後、ペルー宇宙庁 CONIDA が独自の調査を発表し、エクアドルの調査とほぼ同じ結果を得ました。
オゾンホールに関する主な懸念は、地表紫外線の増加が人間の健康に及ぼす影響です。これまでのところ、ほとんどの場所でのオゾンの減少は数パーセント程度であり、前述のように、ほとんどの緯度では健康被害の直接的な証拠はありません。オゾンホールで見られるような高いレベルの減少が世界中で一般的になった場合、その影響ははるかに劇的になる可能性があります。南極上空のオゾンホールは、場合によってはオーストラリア、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与えるほど大きくなったため、環境保護主義者は地表紫外線の増加が重大なものになる可能性があると懸念しています。[ 61 ]過剰な紫外線（UVR）は、浅い淡水に存在する底生珪藻群集（水質を改善し、汚染に強い微細藻類）の光合成速度と成長に減少効果をもたらします。 [ 62 ]オゾンの減少は人間の健康に影響を与えるだけでなく、生物多様性にも深刻な影響を与えます。これは植物や樹木を細胞レベルで損傷し、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。[ 63 ]
オゾン層の破壊は、紫外線が人間の健康に及ぼす影響を、プラスの影響（ビタミンDの生成など）とマイナスの影響（日焼け、皮膚がん、白内障など）の両方を含めて、すべて増幅させるだろう。さらに、地表の紫外線が増加すると、対流圏オゾンが増加し、これは人間の健康リスクとなる。[ 64 ]
ヒトの皮膚がんの中で最も一般的なのは基底細胞がんと扁平上皮がんであり、これらはUV-B曝露と強く関連している。UVBがこれらの癌を誘発するメカニズムはよく理解されている。UV-B放射線の吸収により、DNA分子中のピリミジン塩基が二量体を形成し、DNA複製時に転写エラーが生じる。これらの癌は比較的軽度で、致命的となることはまれであるが、扁平上皮がんの治療には広範囲にわたる再建手術が必要となる場合がある。疫学データと動物実験の結果を組み合わせることで、科学者たちは成層圏オゾンの長期的な減少が1%ごとにこれらの癌の発生率が2%増加すると推定している。[ 65 ]
もう一つの皮膚がんであるメラノーマは、頻度ははるかに低いものの、はるかに危険で、診断された症例の約15～20パーセントで致死的です。メラノーマ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、オゾン層破壊がメラノーマの発生率に及ぼす影響を推定することは困難です。ある研究では、UV-B放射線が10パーセント増加すると、男性のメラノーマが19パーセント、女性が16パーセント増加することが示されました。[ 66 ]チリ最南端のプンタ・アレナスの人々を対象とした研究では、オゾン層の減少とUVBレベルの上昇に伴い、7年間でメラノーマが56パーセント、非メラノーマ皮膚がんが46パーセント増加したことが示されました。[ 67 ]
疫学研究では、曝露の粗い近似値とさまざまな白内障評価技術を使用して、眼の皮質白内障とUV-B曝露との関連性が示唆されています。チェサピーク湾の漁師を対象とした研究では、眼のUV-B曝露の詳細な評価が行われ、平均年間眼曝露量の増加が皮質混濁のリスク増加と関連していました。[ 68 ]この高曝露群である白人男性が大多数を占めるグループでは、皮質混濁と日光曝露を結びつける証拠がこれまでで最も強力でした。これらの結果に基づくと、オゾン層の破壊により、2050年までに数十万件の白内障が追加で発生すると予測されています。[ 69 ]
地表紫外線の増加は対流圏オゾンの増加につながります。オゾンは強い酸化作用を持つため有毒であり、地表オゾンは一般的に健康リスクとして認識されています。リスクは、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特に高くなります。現在、地表オゾンは主に自動車の排気ガスからの燃焼ガスに紫外線が作用することによって生成されます。[ 70 ]
ビタミンDは紫外線によって皮膚で生成されます。したがって、UVBへの曝露量が多いほど、ビタミンDが不足している人の体内のビタミンD濃度が上昇します。[ 71 ]近年の研究（主にモントリオール議定書以降）では、多くの人が最適なビタミンD濃度に達していないことが示されています。特に、米国人口では、 国民健康栄養調査の情報を用いて、ビタミンD濃度が最低四分位（<17.8 ng/ml）の人は、一般人口における全死因死亡率の上昇と関連していることがわかりました。[ 72 ]血中ビタミンD濃度が100 ng/mlを超えると、 血中カルシウム濃度が過剰に上昇し、死亡率の上昇と関連しているように見えますが、人体には日光が体の必要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ります。[ 73 ]
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によって発表された報告書によると、カリフォルニア沖のクジラに日焼けによる損傷が急増しており、これらの科学者は「オゾン層の減少が原因だと懸念している」とのことです。[ 74 ]この研究では、カリフォルニア湾の150頭以上のクジラを撮影し、皮膚生検を行い、「急性で重度の日焼けによく見られる表皮損傷の広範な証拠」を発見しました。これは、紫外線によってDNAが損傷を受けたときに形成される細胞によるものです。この研究結果は、「オゾン層の破壊による紫外線レベルの上昇が、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様に、観察された皮膚損傷の原因である」ことを示唆しています。[ 75 ]クジラ以外にも、犬、猫、羊などの多くの動物や陸上生態系も、増加したUV-B放射線の悪影響を受けています。[ 76 ]
紫外線量の増加は作物に影響を与えることが予想される。イネなど経済的に重要な植物種の多くは、窒素の保持のために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あり、その増加によって影響を受けるだろう。[ 77 ]「紫外線量の増加による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放射線によって直接影響を受ける可能性がある。」[ 78 ]
長年にわたり、北極のオゾン層は深刻な減少を経験してきました。その結果、積雪の上や高温のために雪が大量に溶けた地域に生息する種は、地表に到達する紫外線によって悪影響を受けています。[ 79 ]オゾン層の減少と過剰なUVB放射線の許容は、当初は植物のDNAへの損傷を増加させると考えられていました。成層圏オゾン層の減少と同様のUVB放射線に植物がさらされた場合、植物の高さや葉の質量に大きな変化は見られなかったものの、シュートバイオマスと葉面積はわずかに減少するという反応を示したという報告があります。[ 80 ]しかし、UVB放射線は光化学系IIの量子収率を低下させることが示されています。[ 81 ] 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、それによって存在する放射線に順応することができます。植物は一日を通して異なるレベルの紫外線にさらされます。植物は、体内に含有する紫外線遮断物質（フラボノイドなど）のレベルと種類を一日を通して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。[ 82 ]生育中に放射線の影響を受けた植物は、光合成系が損なわれるよりも、葉面積が大きくなることで光を遮断できなくなることによる影響の方が大きいです。[ 83 ] UVB放射線による損傷は、植物自体よりも種間相互作用においてより深刻になる可能性が高いです。[ 84 ]
オゾン層破壊が植物に及ぼすもう一つの大きな影響は、紫外線にさらされた植物が受けるストレスです。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ります。 [ 85 ]大幅なオゾン層破壊が発生した地域では、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% 低下します。[ 86 ] [ 87 ]
さらに、植物が高レベルの紫外線にさらされると、イソプレンなどの有害な揮発性有機化合物の生成が誘発される可能性があります。植物によるイソプレンの大気中への放出は、大気汚染を悪化させ、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。[ 88 ]
CFCがオゾン層に与えた被害の全容は不明であり、今後数十年は不明のままであろう。しかし、オゾン層の著しい減少は既に観測されている。モントリオール条約とウィーン条約は、科学的コンセンサスが確立されるずっと前、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前に制定された。[ 89 ]オゾン層の問題は、例えばオゾンシールドやオゾンホールといった「理解しやすい橋渡しとなる比喩」が役立ったため、一般の人々にも比較的よく理解されていた。[ 90 ]アメリカ人は自主的にエアゾールスプレーの使用をやめ、法規制が施行される前から売上が50%減少した。[ 90 ]
1976年に米国科学アカデミーが発表した報告書で、信頼できる科学的証拠がオゾン層破壊仮説を裏付けていると結論づけた後[ 91 ]、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[ 92 ] 。当時、これはより包括的な規制政策への第一歩として広く認識されていたが、政治的要因（レーガン政権の最初の2年間におけるハロカーボン産業の継続的な抵抗と環境規制に対する一般的な態度の変化）と科学的進展（オゾン層破壊の規模に関する最初の推定値が過大であったことを示す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、この方向での進展はその後数年間で鈍化した。
デュポンのフロン製造に関する重要な特許は1979年に期限切れとなる予定だった。米国は1978年にエアゾール缶でのCFCの使用を禁止した。[ 92 ]欧州共同体はエアゾールスプレーでのCFC禁止案を却下し、米国ではCFCは冷媒や回路基板の洗浄剤として引き続き使用された。米国のエアゾール禁止後、世界のCFC生産量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。[ 92 ] 1993年、デュポン・カナダはCFC製造施設を閉鎖した。[ 93 ]
米国政府の姿勢は1983年に再び変化し始めた。ウィリアム・ラッケルズハウスがアン・M・バーフォードの後任として米国環境保護庁（EPA）長官に就任したのである。ラッケルズハウスとその後任のリー・トーマスの下で、EPAはハロカーボン規制に関して国際的なアプローチを推進した。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の交渉枠組みを確立した。同年、南極オゾンホールの発見が発表され、この問題への世間の関心が再び高まった。
1987年、43か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、この変化は均一ではなく、デュポンはヨーロッパの同業他社よりも早く行動した。デュポンは、皮膚がんの増加に関連する訴訟を恐れていた可能性がある。特に、EPAが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いう研究を発表していたためである。[ 94 ]ドイツがCFC産業の擁護を放棄し、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産業界は、モントリオール議定書が署名された後も、CFC生産産業を守ろうとした。[ 95 ]
モントリオールでは、参加者は CFC の生産を 1986 年レベルで凍結し、1999 年までに生産を 50 パーセント削減することに合意した。 [ 92 ]一連の南極への科学調査により、オゾンホールは実際に人工有機ハロゲン化合物の塩素と臭素によって引き起こされているという説得力のある証拠が得られた後、1990 年にロンドンで開催された会議でモントリオール議定書が強化された。参加者は、CFC とハロンを (喘息吸入器などの特定の「必須」用途に指定されているごく少量を除いて) 2000 年までに第 5 条非締約国で、2010 年までに第 5 条 (発展途上) 締約国で完全に段階的に廃止することに合意した。[ 96 ] 1992年にデンマークのコペンハーゲンで開催された会議で、段階的廃止の期限が1996年に前倒しされました。[ 96 ]同じ会議で、主に農業生産で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。議定書の下で規制されているすべての物質について、段階的廃止スケジュールは発展途上国（「第5条(1)」）に対して延期され、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、および資金の移転によって支援されました。さらに、臭化メチル以外の物質については必須使用免除（EUE）プロセスで、臭化メチルについては重要使用免除（CUE）プロセスで、合意されたスケジュールからの免除を申請することができました。[ 97 ] [ 98 ]
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全段階、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。[ 99 ] [ 100 ] [ 101 ] [ 102 ]大手企業は、HFCの代替品は存在しないと主張した。[ 103 ]ドイツのハンブルクにある技術研究所で、炭化水素ガスであるプロパンとブタンの混合物からなるオゾン層に安全な炭化水素冷媒が開発され、1992年にNGOグリーンピースの注目を集めた。グリーンピースはこれを「グリーンフリーズ」と呼んだ。[ 104 ] [ 105 ]その後、このNGOは、まず小規模で苦境にある企業と協力して、ヨーロッパ、次にアジア、そして後にラテンアメリカで家電製品の販売に成功し、1997年にUNEP賞を受賞した。[ 106 ] [ 107 ] 1995年までに、ドイツはCFC冷蔵庫を違法とした。[ 107 ] 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 Greenfreeze ユニットを普及させた。生産はエレクトロラックス、ボッシュ、LG などの企業にも広がり、 2008 年までに冷蔵庫の販売台数は約 3 億台に達した。 [ 106 ] [ 108 ]ラテンアメリカでは、アルゼンチンの国内企業が 2003 年に Greenfreeze の生産を開始し、ブラジルの巨大企業ボッシュは 1 年後に開始した。[ 109 ] [ 110 ] 2013 年までに、約 7 億台の冷蔵庫で使用され 、市場の約 40 パーセントを占めた。[ 103 ]
しかし、米国では変化ははるかに遅かった。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）に置き換えられつつあったが、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、米国では自動車用エアコンでCFC-12（R-12）をほぼ完全に置き換えている。実験室分析（かつては「必須」用途）では、オゾン層破壊物質を他の溶剤に置き換えることができる。[ 111 ]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」と軽蔑し、EPA を操って、2011 年まで米国でのこの技術を阻止した。[ 112 ] [ 113 ] [ 114 ] [ 115 ]グリーンピースに促されたユニリーバのベン＆ジェリーズとゼネラル・エレクトリックは、2008 年に正式に関心を示し、それが EPA の最終承認に影響を与えた。[ 106 ] [ 116 ]
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。[ 117 ]この規制の対象となるODSのリストは、モントリオール議定書に基づくものと同じだが、いくつか追加されている。
近年、政策専門家はオゾン保護対策と気候保護対策を連携させる取り組みを提唱している。[ 118 ] [ 119 ]多くのODSは温室効果ガスでもあり、短期および中期的に見ると、二酸化炭素よりも放射強制力が数千倍も強いものもある。そのため、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。ODSによる放射強制力の減少は、他の温室効果ガスによる気候変動への影響の真のレベルを覆い隠し、1990年代半ばからの地球温暖化の「減速」の原因となったと考えられる。[ 120 ]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有効性に影響を与える。
IMOは、オゾン層破壊物質に関するMARPOL条約附属書VI規則12を改正しました。2010年7月1日以降、MARPOL条約附属書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備えなければなりません。このリストには、オゾン層破壊物質の名称、機器の種類と設置場所、キログラム単位の数量、および日付を記載する必要があります。同日以降のすべての変更は、船内のオゾン層破壊物質記録簿に記録され、大気への意図的または非意図的な放出すべてが記録されます。さらに、新たなオゾン層破壊物質の供給または陸上施設への陸揚げについても記録する必要があります。
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る。これらの物質は徐々に大気から除去されており、1994年にピークを迎えて以来、大気中の有効当量塩素（EECl）濃度は2008年までに約10%低下した。オゾン層破壊物質の減少は、臭素含有物質の減少によっても大きく影響を受けている。データによると、大気中の臭化メチル（CH）には相当量の天然発生源が存在することが示唆されている。3 Br) [ 1 ] CFCの段階的廃止は、亜酸化窒素（N2 O) はモントリオール議定書の対象ではないが、最も多く排出されるオゾン層破壊物質となり、21世紀を通じてその状態が続くと予想されている。 [ 121 ]
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年代に急速に低下し、その後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。オゾン層破壊が最も深刻な極地地域を含め、年によってかなりの変動が予想されるが、モントリオール議定書が完全に遵守されると仮定すれば、オゾン層破壊物質の濃度低下により、今後数十年間でオゾン層は回復し続けると予想される。[ 122 ]
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と予測されている。これは、発展途上国での将来的な使用量の増加など、オゾン層破壊物質の大気中濃度の推定値が改訂されたため、以前の評価で予測されていたよりも10～25年遅れている。オゾン層破壊を長引かせる可能性のあるもう1つの要因は、風のパターンの変化により成層圏上空から窒素酸化物が引き下げられることである。[ 123 ] 2016年には「回復」への緩やかな傾向が報告された。[ 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。[ 124 ] 2023年9月、南極のオゾンホールは記録上最大級の2600万平方キロメートルに達した。この異常に大きなオゾン減少は、2022年のトンガ火山の噴火の結果である可能性がある。[ 125 ] 2023年の国連の評価によると、現在の規制が維持されると仮定した場合、オゾン層は南極では2066年頃までに、北極では2045年までに、世界のその他の地域では2040年までに1980年レベルまで回復する見込みである。[ 126 ]
地球の成層圏にオゾン層が形成され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。短波長の紫外線が酸素（O）を分解します。2 ) 分子を2つの酸素（O）原子に分解し、それらが他の酸素分子と結合してオゾンを形成します。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 +O3 → 2O2．1950年代、デビッド・ベイツとマルセル・ニコレットは、様々なフリーラジカル、特にヒドロキシルラジカル（OH）と一酸化窒素（NO）がこの再結合反応を触媒し、オゾンの総量を減少させる可能性があるという証拠を提示した。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おり、自然のバランスの一部と考えられていた。これらのフリーラジカルが存在しない場合、オゾン層の厚さは現在よりも約2倍になると推定された。
1970年、ポール・クルッツェンは亜酸化窒素（N₂O）の排出が土壌細菌によって生成される安定した長寿命ガスである亜酸化窒素が地表から放出されると、成層圏のNO量に影響を与える可能性がある。クルッツェンは、亜酸化窒素が成層圏に到達するのに十分な長さで存在し、そこでNOに変換されることを示した。クルッツェンは、肥料の使用増加が自然なバックグラウンドよりも亜酸化窒素の排出量の増加につながり、それが成層圏のNO量の増加につながる可能性があると指摘した。したがって、人間の活動は成層圏オゾン層に影響を与える可能性がある。翌年、クルッツェンと(独立して)ハロルド・ジョンストンは、超音速旅客機もオゾン層を破壊する可能性があると示唆した。米国海洋大気庁の大気科学者であるデビッド・W・フェイが行ったより最近の分析では、500機の超音速旅客機が運航された場合、オゾン層の減少は1～2パーセントになると判明した。 [ 127 ]フェイは、これは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。 [ 128 ]
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・ローランドと彼の博士研究員マリオ・J・モリーナは、 CFCなどの長寿命有機ハロゲン化合物が、クルッツェンが亜酸化窒素について提唱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年の南大西洋航海中に、1930年の発明以来製造されたCFC化合物のほぼすべてが依然として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、N2Cと同様に、2 Oの場合、CFC は成層圏に到達し、そこで紫外線によって解離し、塩素原子を放出します。その 1 年前、ミシガン大学のリチャード・ストラルスキとラルフ・シセローネは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。しかし、どちらのグループも、CFC が成層圏塩素の潜在的に大きな発生源であることに気付いておらず、代わりに、はるかに小さいスペースシャトル
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強く反論された。デュポンの会長は、オゾン層破壊理論は「SF小説…くだらない話…全くのナンセンス」だと述べたと伝えられている。[ 129 ]プレシジョン・バルブ・コーポレーションの社長（そして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、ローランドの公の発言についてカリフォルニア大学アーバイン校の学長に苦情の手紙を送った。 [ 130 ]それにもかかわらず、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。発生源ガス（CFCおよび関連化合物）と塩素貯蔵種（HClおよびClONO）の濃度は2 ) は成層圏全体で測定され、CFC が成層圏の塩素の主な発生源であり、放出された 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. アンダーソンとその共同研究者による成層圏での塩素一酸化炭素 (ClO) の測定でした。ClO は Cl とオゾンの反応によって生成されるため、その観測は、Cl ラジカルが成層圏に存在するだけでなく、実際にオゾンを破壊することにも関与していることを示しました。マッケルロイとウォフシーは、臭素原子が塩素原子よりもオゾン破壊の触媒としてさらに効果的であることを示し、ローランドとモリーナの研究を拡張し、ハロンとして知られる臭素化有機化合物が、成層圏の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、オゾン層破壊仮説が科学的証拠によって強く裏付けられていると結論付ける報告書を発表した。これを受けて、米国、カナダ、ノルウェーはエアゾールスプレー缶。初期の推定では、CFCの生産が1977年のレベルで続けば、大気中のオゾン総量は1世紀ほどで定常状態に達し、通常のレベルより15～18%低くなるとされていた。1984年までに、臨界反応の速度に関するより良い証拠が得られたため、この推定は定常状態での破壊率を5～9%に変更した。 [ 131 ]
クルッツェン、モリーナ、ローランドの3氏は、成層圏オゾンに関する研究で1995年のノーベル化学賞を受賞した。
英国南極調査隊の科学者ファーマン、ガーディナー、シャンクリンによる南極の「オゾンホール」の発見（ 1985年5月にネイチャー誌の論文で初めて報告された[ 132 ]）は、極地のオゾンの減少が予想をはるかに上回っていたため、科学界に衝撃を与えた。[ 133 ]南極周辺のオゾンが大幅に減少していることを示す衛星測定（ニンバス7号搭載のTOMS）も同時期に入手可能になっていた。[ 134 ]しかし、これらのデータは当初、データ品質管理アルゴリズムによって不合理として却下された（値が予想外に低かったため、エラーとしてフィルタリングされた）。オゾンホールは、現地観測でオゾン減少の証拠が見つかっ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。[ 95 ]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年まで遡って確認された。[ 135 ]
米国海洋大気庁（NOAA）の大気化学者スーザン・ソロモン氏は、南極の低温成層圏にある極成層圏雲（PSC）上での化学反応により、活性なオゾン破壊形態の塩素の量が、局所的かつ季節的に大幅に増加する可能性があると提唱した。南極の極成層圏雲は、-80 ℃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、反応性の低い塩素化合物を、オゾンを容易に破壊する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する。
さらに、南極上空に形成される極渦は非常に密で、雲の結晶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。これらの条件が、南極におけるオゾンホールの形成につながりました。この仮説は、まず実験室での測定によって、そしてその後、地上および高高度航空機からの直接測定によって、南極成層圏における一酸化塩素（ClO）の非常に高い濃度によって決定的に確認されました。 [ 136 ]
オゾンホールの原因を太陽紫外線放射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、妥当ではないことが示された。[ 137 ]
一方、地上設置型ドブソン分光光度計の世界的ネットワークによるオゾン測定値の分析により、国際パネルは熱帯地域以外のすべての緯度でオゾン層が実際に減少していると結論付けた。[ 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、国連環境計画は世界気象機関の後援の下、衛星観測に基づくオゾン層破壊の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、オゾン層の穴が回復しており、約10年間で最小になっていることが示された。[ 138 ]
2010年の報告書では、「過去10年間で、地球全体のオゾンと北極および南極地域のオゾンは減少しておらず、増加もまだしていない。極地以外のオゾン層は、今世紀半ばまでに1980年以前のレベルまで回復すると予測されている。対照的に、南極上空の春季オゾンホールは、はるかに遅れて回復すると予想されている。」[ 139 ]
2012年、NOAAとNASAは「南極上空の気温上昇により、過去20年間で2番目に小さいシーズンオゾンホールとなり、平均1790万平方キロメートルとなった。このホールは9月22日にシーズン最大となり、2120万平方キロメートルに達した」と報告した。[ 140 ] 2016年[ 24 ]、そして2017年[ 141 ]には、「回復」への緩やかな傾向が報告された。回復の兆候は、オゾン損失飽和高度でも明らかであると報告されている。[ 142 ]
南極上空の地球のオゾン層の穴は、南半球の赤道まで大気循環に影響を与えている。[ 143 ]オゾンホールは熱帯まで大気循環に影響を与え、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。[ 144 ]
2005年3月3日、学術誌「ネイチャー」[ 145 ]は、2004年の異常に大きな北極オゾンホールを太陽風活動と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減少が観測され、北極上空のオゾンの約半分が破壊された。[ 146 ] [ 147 ] [ 148 ]この変化は、高度約20km （12マイル）の北極成層圏における冬の寒さの増大に起因するとされ、地球温暖化と関連しているが、その関係性については現在も調査中である。[ 147 ] 3月25日までに、オゾンの減少は過去のすべての冬と比較して最大となり、オゾンホールになる可能性が出てきた。[ 149 ]そのためには、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。[ 149 ]薄くなったオゾン層は3月30～31日にスカンジナビアと東ヨーロッパの一部に影響を与えると予測されている。[ 149 ]
2011年10月2日、科学誌「ネイチャー」に、2010年12月から2011年3月にかけて、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の最大80パーセントが破壊されたとする研究が発表された。[ 150 ]オゾン層の破壊レベルは、毎年冬に南極上空に形成されるオゾンホールに匹敵するほど深刻だったと科学者たちは述べている。[ 150 ]この研究によると、「初めて、北極のオゾンホールと合理的に表現できるほどの損失が発生した」という。[ 150 ]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損失は、北極の異常に長い寒冷期（通常より約30日長い）によって、オゾン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。[ 151 ]この研究の共著者であるラモント・プール氏によると、塩素化合物が付着している雲やエアロゾル粒子は「2011年3月中旬まで北極に豊富に存在し、例年よりかなり遅く、一部の高度では南極で観測された平均量と同程度で、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劇的に多かった」とのことである。[ 151 ]
2013年に研究者らはデータを分析し、2010～2011年の北極のオゾンホールは真のホールと分類されるオゾン破壊レベルに達していなかったことを発見した。オゾンホールは一般的に220ドブソン単位以下と分類されるが[ 152 ] 、北極のホールはその低いレベルに達さなかった[ 153 ] [ 154 ]。それ以来、「ミニホール」に分類されている[ 155 ]。
1997年と2011年のオゾン層破壊に続き、2020年3月には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、気球はオゾンを百万分率3.5で記録していたが、1979年以来最も低い気温と、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ため、最後には百万分率0.3程度にまで減少した。 [ 156 ]
寒い冬ほど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、チベット上空に250 万平方キロメートルのオゾンホールが検出された。[ 159 ] 2011年にも、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、北極上空にも前例のない規模の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てはるかに規模が小さかった。[ 160 ]
2012年の研究では、南極上空のオゾンホールを生成するのと同じプロセスが、米国の夏の嵐雲の上でも発生し、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。[ 161 ] [ 162 ]
ウォータールー大学の物理学者チンビン・ルーは、2022年7月に熱帯地域の下部成層圏に大規模な通年オゾンホールを発見したと主張した。[ 163 ]しかし、この分野の他の研究者たち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。[ 164 ] 2022年のWMO/UNEPオゾン層破壊に関する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、オゾンの絶対的な変化ではなく、割合の変化に着目したためであり、後者の方が地表に到達する有害な紫外線にとってずっと重要である」。具体的には、Luの研究では、「オゾンホール」を「成層圏に有意な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の減少率が25%を超える領域」[ 165 ]と定義しており、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。Marta Abalos Alvarez博士は、「熱帯におけるオゾン層の破壊は目新しいことではなく、主にブリューワー・ドブソン循環の加速によるものである」と付け加えている。
MITの研究者スーザン・ソロモン率いる科学者たちは、 2019年から2020年にかけて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結果、煙が南半球の被災地域でオゾンの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、触媒として作用して塩素ラジカルを生成し、オゾンを破壊する。[ 166 ] [ 167 ] [ 168 ] [ 169 ]
ロバート・ワトソンは、オゾン層破壊と地球温暖化の科学的評価と規制の取り組みにおいて役割を果たした。[ 89 ] 1980年代以前は、EU、NASA、NAS、UNEP、WMO、英国政府の間で意見の異なる科学的報告があり、ワトソンは統一評価のプロセスにおいて役割を果たした。オゾン問題の経験に基づき、IPCCは統一報告と科学的評価に取り組み始め[ 89 ]、合意に達して政策決定者向けIPCC要約を提供した。
オゾン層破壊と地球温暖化の科学には、さまざまな関連性がある。
CFC分子は空気（窒素または酸素）よりも重いため、CFC分子が成層圏に大量に到達することはないと考えられています。[ 173 ]しかし、これらの高度では大気ガスは重量で選別されるわけではなく、風の力によって大気中のガスは完全に混合されます。より重いCFCの中には、均一に分布していないものもあります。[ 174 ]
もう一つの誤解は、塩素の自然発生源が人為発生源の数倍大きいというものです。この記述は対流圏の塩素については正しいですが、成層圏の塩素のみが影響を受けるオゾン層破壊とは無関係です。海水の飛沫からの塩素は水溶性であるため、成層圏に到達する前に降雨によって洗い流されます。一方、CFCは不溶性で寿命が長いため、成層圏に到達します。下層大気には、塩水飛沫からのHClよりもCFCや関連するハロアルカンからの塩素がはるかに多く、成層圏ではハロカーボンが優勢です。[ 175 ]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を持ち、[ 176 ]成層圏の塩素の約20パーセントを占めています。残りの80パーセントは人為発生源に由来します。
非常に激しい火山噴火は成層圏にHClを注入する可能性があるが、研究者らは、その寄与はCFCからの寄与に比べて重要ではないことを示している。[ 177 ]同様に誤った主張として、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オゾンホールの主な原因であるというものがある。[ 177 ]
しかしながら、2015年の研究では、南極のオゾン層破壊におけるエレバス山火山の役割は過小評価されている可能性が高いことが示されました。過去35年間のNCEP/NCAR再解析データに基づき、NOAA HYSPLIT軌道モデルを使用して、研究者らは、火山からのガス放出（塩化水素（HCl）を含む）が高緯度低気圧を経て極渦につながり、南極成層圏に到達する可能性があることを示しました。火山活動のレベルに応じて、エレバス山から成層圏に流入する年間追加のHCl質量は1.0～14.3キロトンです。[ 178 ]
GMB ドブソンは、1956 年にハレー湾上空の南極の春季オゾン濃度が初めて測定されたとき、それがわずか約 320 DU であり、北極の春季の典型的な濃度である約 450 DU より約 150 DU 低いことに驚いたと述べています。ドブソンが観測したのはオゾンホールではなく、実際には南極のオゾン濃度の年間最大値でした。実際のオゾンホールの値は 150～100 DU の範囲です。[ 179 ]北極のオゾン濃度は、北半球の春にピークを迎え、約 300～450 DU の間で滑らかな年間サイクルで変動しますが、南極の濃度は、南半球の春に約 300 DU の高値からはるかに低い値に急激に低下します。ピーク値は 12 月まで再び達しません。[ 180 ]
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た。しかし、CFCは対流圏と成層圏で地球全体に均一に分布している。南極上空にオゾンホールが発生する理由は、CFCの濃度が高いからではなく、低温が極成層圏雲の形成を助けるからである。[ 181 ]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」が発見されている。[ 182 ]
オゾン層破壊のような複雑な問題に対する一般の人々の誤解や認識のずれはよくあることです。一般の人々の科学的知識が限られているため、地球温暖化[ 183 ]や、地球温暖化を「オゾンホール」のサブセットと捉える認識[ 184 ]について混乱が生じています。当初、従来の環境NGOは、この話題が複雑すぎると考え、CFC破壊をキャンペーンに利用することを控えていました[ 89 ] 。彼らはずっと後になってから活動を開始し、例えばグリーンピースは、旧東ドイツの企業VEB dkk Scharfensteinが製造したCFCフリー冷蔵庫を支援しました[ 89 ] [ 185 ] 。
CFCに関する議論で使用された比喩（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。オゾンが層を通り抜けて消えるわけでも、オゾン層が均一に「薄くなる」わけでもありません。しかし、これらの比喩は非科学者や彼らの懸念によりよく響きました。[ 90 ]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ました[ 186 ]。一般の人々は、皮膚がん、白内障、植物への被害、海洋の光合成層におけるプランクトン個体数の減少など、深刻な個人的影響を恐れていました。政策レベルだけでなく、気候変動と比較して、オゾン規制は世論においてずっと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主的にエアロゾ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得ることができませんでした。[ 90 ] 1985年に突然、大きな「穴」が存在することが判明し、マスコミで広く報道された。南極のオゾン層の急速な減少は、それまで測定誤差として片付けられていた。[ 133 ]規制後に科学的コンセンサスが確立された。[ 89 ]
南極オゾンホールは地球全体のオゾン層への影響は比較的小さいものの、以下の理由から大きな世間の関心を集めている。
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」と定めることを決議した。[ 191 ]この指定は、1987年の同日にモントリオール議定書[ 192 ]が署名されたことを記念するものである。[ 193 ]
{{cite web}}: CS1メンテナンス: アーカイブサービスは非推奨になりました (リンク)したがって、フッ素化学は成層圏オゾンの重要なシンクではありません。発生源ガスから放出されたフッ素はすべて HF の形になり、成層圏に蓄積されます (図 8)。 ... HF の高い安定性により、フッ素化された人為的ガスから成層圏に流入するフッ素の効果的なトレーサーとなります。
ヨウ素は、海洋から自然に放出されるいくつかのガスの成分です。ヨウ素はオゾン破壊反応に関与する可能性がありますが、これらのヨウ素を含む発生源ガスは一般的に寿命が非常に短く、その結果、成層圏に到達するのはごくわずかです。これらの排出量が季節や地理的地域によってどのように変化するかについては、大きな不確実性があります。
{{cite journal}}: CS1 maint: 数値名: 著者リスト (リンク){{cite web}}: CS1メンテナンス: アーカイブサービスは非推奨になりました (リンク)ためのフリーラジカル反応: 反応4.1
{{cite journal}}: CS1 maint: 数値名: 著者リスト (リンク){{cite journal}}: CS1メンテナンス: DOIは2025年7月現在非アクティブです（リンク）{{cite book}}: CS1メンテナンス: 場所の発行元が見つかりません (リンク){{cite news}}: CS1メンテナンス: アーカイブサービスは非推奨になりました (リンク){{cite web}}: CS1 maint: 数値名: 著者リスト (リンク)