微量ガス

微量ガスは、惑星の大気などの環境内に微量に存在するガスです。地球の大気中の微量ガスは、窒素(78.1%)、酸素(20.9%)、アルゴン(0.934%)以外のガスで、これらを合わせると大気の 99.934% を構成します (水蒸気は含みません)。

微量ガスの存在量は、体積で数兆分の1（ppt）から数百百万分の1（ppmv）の範囲です。^{[1]微量ガスが大気中に放出されると、そのプロセスは}発生源と呼ばれます。発生源には、自然発生源と人為発生源の2種類があります。自然発生源は、自然界で起こるプロセスによって引き起こされます。対照的に、人為発生源は人間の活動によって引き起こされます。

微量ガスの発生源としては、生物起源のプロセス、固体地球からのガス放出、海洋からの排出、産業からの排出、その場での形成などがあります。 ^[1]生物起源の発生源の例としては、光合成、動物の排泄物、シロアリ、水田、湿地などがあります。火山は固体地球からの微量ガスの主な発生源です。また、世界中の海洋も、硫黄含有ガスをはじめとするさまざまな微量ガスの発生源となっています。その場での微量ガスの形成は、気相中の化学反応によって起こります。^{[1]人為起源の発生源は、化石燃料の燃焼（}輸送など）、化石燃料の採掘、バイオマスの燃焼、産業活動 など、人間が関与する活動によって引き起こされます。

対照的に、シンクは微量ガスが大気から除去されることです。微量ガスのシンクには、主にOHラジカルによる大気中の化学反応、エアロゾルの形成、湿性沈着、乾性沈着などがあります。^[1]その他のシンクには土壌中の微生物活動が含まれます。

以下は、いくつかの微量ガスの存在量、大気寿命、発生源、吸収源を示すグラフです。  

微量ガス – 圧力1気圧で測定^[1]

A気候変動に関する政府間パネル（IPCC）は、CO2について「単一の大気寿命を与えることはできない」と述べています 。_[ 4 ] : ^731これは主に、化石炭素の地質学的抽出と燃焼による地球の炭素循環 への撹乱の成長率が高く、累積的な規模が大きいためです。 ^[5] 2014年の時点で、既存の大気濃度に加えて理論上10～100 GtCのパルスとして放出される化石CO2は、約1世紀以内に陸上の植生と海洋のシンクで50％除去されると予想されていました_。 [ 6 ^]かなりの割合（20～35％）も数世紀から数千年にわたって大気中に残留すると予測されており、パルスのサイズに応じて部分的な持続性が増加します。^{[7] [8]} したがって、CO2_の寿命は、人間によって抽出される化石炭素が増えるにつれて実質的に長くなります。

地球の大気中に存在する人為的微量ガスの総量は増加している。そのほとんどは、人口の多い北半球の産業活動に由来する。世界中の測定ステーションからの時系列データによると、その濃度が対流圏全体でよく混ざるまでには通常1～2年かかる。^{[9] [10]}

微量ガスの滞留時間は、その存在量と除去率に依存する。ユンゲ（経験的）関係は、大気中のガスの濃度変動と滞留時間の関係を表す。これは fc = b /τ _rと表すことができ、ここで fc は変動係数、τ _rは滞留時間（年）、bは経験定数で、ユンゲは当初 0.14 年としていた。^[11]滞留時間が長くなると、濃度変動性は低下する。これは、最も反応性の高いガスは寿命が短いため、濃度変動性が最も高いことを意味している。対照的に、より不活性なガスは変動せず、寿命が長くなる。発生源やシンクから遠く離れた場所で測定した場合、この関係を使用してガスの対流圏滞留時間を推定することができる。^[11]

主な温室効果ガスの例としては、水、二酸化炭素、メタン、亜酸化窒素、オゾン、CFC などがあります。これらのガスは、大気圏を通過する際に地球表面からの 赤外線を吸収します。

最も影響力のある温室効果ガスは水蒸気です。水蒸気は高濃度で頻繁に発生し、エアロゾル（雲）に移行したり、エアロゾルから移行したりする可能性があるため、一般に微量ガスとして分類されません。地域的には、水蒸気は放射される赤外線の最大80％を捕捉することができます。^[12] 地球全体では、水蒸気は地球全体の温室効果の約半分を占めています。^[13]

2番目に重要な温室効果ガスであり、人為的な発生源の影響を受ける最も重要な微量ガスは二酸化炭素です。^[12]二酸化炭素は地球全体の温室効果の約20％を占めています。^[13] 温室効果ガスが赤外線を吸収できるのは、その分子構造によるものです。たとえば、二酸化炭素には2つの基本的な振動モードがあり、強い双極子モーメントを生み出し、赤外線を強く吸収します。^[12]

対照的に、最も豊富なガス（N
₂、O
₂、Ar）は、大気中に存在し、温室効果ガスではありません。これは、これらのガスが双極子モーメントを持つ振動を持たないため、赤外線を吸収できないためです。^[12]たとえば、大気中の窒素の三重結合は、赤外線周波数ではほとんど影響を受けない 振動エネルギー状態を持つ対称分子を形成します。

以下の表は、主要な微量温室効果ガス、その人為的発生源、そして地球温暖化に影響を与える温室効果の増大に対するそれらの発生源の相対的寄与の推定値を示しています。

主な温室効果ガスとその発生源^[12]

• 大気中の微量ガスの説明
• 微量ガスとその役割について