地球惑星科学Ⅱ (1) 大気の構造と地球の熱収支 (2) 地球大気の循環 (3) 大気の運動 (4) 大気の熱力学と雲・降水形成過程 (5) 海洋の組成と構造 (6) 海洋の循環 (7) 地球環境変動 (8) 宇宙とその進化 (9) 太陽系の成り立ちと運動 (10) 惑星と衛星 (11) 太陽 (12) 宇宙空間 http://www.ep.sci.hokudai.ac.jp/~shw/space2/

Ozone Hole Monthly Average (October)

ドブソン単位 大気中のオゾンを標準状態（1気圧，0℃）の地表に集めたとき，厚さが0.01mmになるオゾンの量（2.69×1020cm-2）

オゾン層の生成 Sydney Chapman, "A Theory of Upper-Atmospheric Ozone,"

Memoirs of the Royal Meteorological Society 3(26), 103-25 (1930)

OOnmhO )240(2 )( 1J

kcalMOMOO 2432 )( 2k

16

3.2

34

2 scm300

100.6

Tk

IJ iii

23 )1100( OOnmhO )( 2J

kcalOOO 942 23 )( 3k

13

2218

11

3 scm105.1

Tek

kcalMOMOO 1182 )( 4k

16

2

33

4 scm300

108.4

Tk

1888年 – 1970年

022

2

433223221

MOkOOkMOOkOJOJ

t

O

0333222

3

OOkOJMOOk

t

O

2

32

21

3 OkJ

MkJO

オゾン層の生成 純酸素大気（pure oxygen atmosphere）理論 （チャップマン機構，Chapman mechanism）

光化学反応： 光が引き起こす化学過程

オゾンホールの面積（オゾン全量が220m atm-cm以下の領域の面積）の推移．赤線は2011年，青線は2010年，黒線は過去10年（2001～2010年）の平均値．紫色の領域の上端と下端は2001～2010年の最大値・最小値．緑色の横線は南極大陸の面積．TOMSおよびOMIデータをもとに2011年11月15日までのデータで描画．

赤線：観測値の月平均値 細実線：1994～2008年平均 点線：1968～1980年平均値

1982年に昭和基地上空のオゾン濃度現象を観測隊員の忠鉢繁さんが発見

忠鉢繁：北海道大学卒業後，気象庁札幌管区気象台，気象研究所．1981年〜1983年に第23次南極観測隊に越冬隊員．

最初の報告は，1983年12月の日本の研究会，1984年ギリシャで開かれた研究会での発表

コード番号 化学式 沸点 寿命(年)

CFC-11 CCl3F 24 71

CFC-12 CCl2F2 -30 150

CFC-113 CCl2F・CClF2 48 117

CFC-114 CClF2・CClF2 4 320

CFC-115 CClF2・CF3 -39 550

Ｃｌ＋Ｏ３→ＣｌＯ＋Ｏ２

ＣｌＯ＋Ｏ→Ｃｌ＋Ｏ２

Rowland, Crutzen, Molina, Nobel Prize

in chemistry in 1995

-80℃前後と低温の冬の極上空にできる極成層圏雲が触媒となって塩素分子が生成・集積．春季に融けた時に活性化した塩素原子が大量に発生．

触媒反応

フロンから生成

春になって光があたると

2012/09/22

北半球 南半球 北半球で過去最大のオゾンホール

数字の単位は kg/s

南極大陸

8月 1月

北半球(左）と南半球（右）の50hPa面における高緯度域の最低気温の年変化 （左）50hPa面における日別の北緯60度以北の最低気温 （右）50hPa面における日別の南緯60度以南の最低気温 横線(－78℃)は極域成層圏雲発生の目安

http://ds.data.jma.go.jp/ghg/kanshi/ghgp/25cfcs.html

年平均のブリューワー・ドブソン循環とオゾン濃度

オゾンによる加熱

Mixing Ratio

ppm (parts per million) 100万分の1

ppb (parts per billion) 10億分の1

ppmv (parts per million by volume) 100万分の1

ppbv (parts per billion by volume) 10億分の1

pptv (parts per trillion by volume) 1兆分の1

温室効果ガス

太陽光

地表からの赤外放射

吸収・放射

地表

温室効果ガスによる温暖化

CO2

H2O

CH4

空気

金星大気

パイオニビーナス 打ち上げ：1978年8月8日

753K（480℃） 二酸化炭素の大気 90気圧

・酸素には原子量が 16，17，18 の安定同位体があり，地球上にはそれぞれ 99.76％，0.04％， 0.20％ くらいの割合で存在している． ・地球上の水の大部分は海水として海にある． 1. 太陽光などで暖められた海水は水蒸気として大気中に取り込まれ，大気圏を循環し雨となって

海に戻る． 2. 蒸発する水の大部分は「軽い水」で「重い水」は取り残される． 3. 蒸発した水が雪や氷となって大陸の上に固定されると，海水中の「重い水」の相対的な量は多

くなる． ・地球全体の気温が下がり世界的に氷床の量が増えると海水中の酸素同位体量は増加． ・気温が上がり世界的な氷床の量が減ると「軽い水」が海水に戻り酸素同位体量は減少．

海

水蒸気

雪氷

河川

循環

雨

550万年前

45万年前 現在

地球大気の温度変化

5億年前 現在

氷河期

～10℃

暖かい

寒い

恐竜時代

海面の変化

現在 14万年前

0m

-100m

外圏

熱圏

中間圏

成層圏

対流圏

CO2等の温暖化物質が増えると 高高度：寒くなる 地表付近：暖かくなる

宇宙空間への赤外放射

対流圏の温暖化，成層圏・中間圏・熱圏の寒冷化

熱圏の寒冷化

炭素循環

地球温暖化の影響 ・海水膨張と氷河融解による海面上昇 （数10cm？） ・グリーンランド沖の塩分濃度変化による深層循 環の減少 （植物プランクトンの減少と生態系への影響） ・海水の酸性化

Snowball Earth （全球凍結) 24～21億年前 7.6～7.1億年前 6～5.5億年前

問題 人的要因による地球環境変動の例を一つ上げ，その原因について考察せよ． 科学技術の発展・人類の活動と地球環境変動について述べよ．