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ー地球大気と光と温暖化ー
名古屋大学太陽地球環境研究所
松見 豊
第3章 地球温暖化
連絡先: matsumi(アットマーク)stelab.nagoya-u.ac.jp(アットマーク)のところに@をいれる
Copyright @ Matsumi Lab. Nagoya Univ.
地球の気温と二酸化炭素濃度
400000 300000 200000 100000 0
-12
-9
-6
-3
0
3
6
150
180
210
240
270
300
330
二酸
化炭
素濃
度
(ppm
)
温度
(℃
)
年 (年前)
ウィスコンシン氷期
サンガモン間氷期
イリノイ氷期
カンザス氷期
ヤーマス間氷期
アフトニア間氷期 現在
↓
ネブラスカ氷期
地球温暖化IPCC
Projections2100 AD
1000 1500 2000
0
0.5
1
-0.5
N.H
. Tem
pera
ture
(°C
)
2
4
3
5
6
1
0
Glo
bal
Tem
pera
ture
(°C
)
2100
100年後はどうなる?100年後
横浜の世界 速のスパーコンピュータのシュミレーション計算の結果
現状の経済拡大 100年後 4.2℃上昇
太陽光のスペクトル(波長強度分布)
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
200 400 600 800 1000 1200
太陽太陽光
紫外目で見える
赤外
波長(nm)
プリズム
スクリーン
各波
長で
の光
の強
さ
5500℃の熱放射白色ランプも
この位の温度
二酸化炭素(CO2)の光吸収
透明
0
100 400 700 1000 2000 3000 波長 (nm)
可視・紫外の吸収電子励起による
赤外の吸収振動励起による
電子
CO O
紫外光吸収
電子がより高い軌道をまわる
赤外光吸収
200
可視
光吸収強度
振動
CO OCO O
CO O
CO O
温室効果太
陽光
(可
視)
黒体
放射
(赤
外)
地球 地球 地球
エネルギーバランス
大気なし 現状 温室効果気体増大
-18℃
-18℃ -18℃
+15℃ +30℃
透過 吸収
エネルギーバランス
エネルギーバランス
単位面積あたりの黒体放射強度 σT4, σ:Stefan Boltzmann定数
太陽と地球の放射のバランス
単位面積あたりの黒体放射強度 σT4, σ:Stefan Boltzmann定数
太陽定数:地球上での太陽光強度 Fs = 1370 W m-2
地球上での単位面積あたりの平均太陽光入射エネルギー
A: アルベド 地球平均 A = 0.30
入力=出力 TE = 255 K
その他0.4%
亜酸化窒素6.2%
フロン類13.5%
メタン19.8%
二酸化炭素60.1%
CO2
CH4
CFC, HFC
N2O大気中濃度の変化量
CO2 1
(280→380 ppmv)
CH4 1 / 100
(800→1700 ppbv)
フロン類 1 / 30,000
(0→3 ppbv)
N2O 1 / 3000
(280→310 ppbv)
産業革命以降の各気体の濃度が変化の地球温暖化への直接の寄与度
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 CO2 CO2
N2OCH4
CFC
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 months
Propane (C3H8) 2 weeks
Nitrogen dioxide (NO2) 2 days
Dimethyl sulfide (CH3SCH3) 0.5 day
Isoprene (C5H8) 1 hour
OHは大気の掃除屋
Wavelength (nm)100 110 120 130 140 150 160
Cro
ss s
ectio
n (1
0-17 c
m2 m
olec
ule-1
) base
e
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
光吸収スペクトル測定⇒ 大気中での光分解速度
赤外スペクトル測定⇒ 温暖化ポテンシャル
CF3SF5 大気中の寿命 850年GWP = 18,000
「夜間赤外放射の窓」との重なり大非常に短波長にしか吸収なし
私たちの研究強力な温室効果気体 CF3SF5 の特性を調べる
代替フロンHCFC:R22(CHClF2)
CFCほど強力ではないが,オゾン層を破壊する能力が
あり,温室効果ガスでもある。
オゾン破壊係数 0.055,地球温暖化係数 1700
温室効果係数
HFC:R134a(CH2FCF3)
オゾン層を破壊能力がないと
いう意味で「環境配慮型」だ
が,強力な温室効果がある。
オゾン破壊係数 0
地球温暖化係数 1300
代替フロン(HFC、PFC)、六フッ化硫黄(SF6)は、1995年に比べて、 先進国全体で5.2%削減する。
京都議定書
私たちの研究大気中での代替フロン化合物の反応過程
• CH3CHF2 (HFC-152a) とOH, Clとの反応過程
• CF3CFHOCF3とOHとの反応過程
• CxF2x+1CH=CH2 (x=1, 2, 4, 6, 8) 化合物の大気化学:
気相でのCl, OH, O3との反応過程
• CF3O2とNOとの反応過程
Tim Wallington 博士(米国フォード自動車 中央研究所)との共同研究
20世紀の間、海面は10~20cm上昇した。
今後、地球温暖化に伴う海水温の上昇による熱膨張と
氷河などの融解によって、2100年までにさらに9~88cm
上昇すると予測されている。
21世紀の間、南極の氷床が融けるかどうかは現在
海面の上昇
の科学では確実な予測はで
きないが、今後1000年では
南極の西部の氷床が融ける
可能性があり、その場合海
面は現在より3m上昇する可
能性がある。
○数値目標
対象ガス:二酸化炭素,メタン,一酸化二窒素,HFC,PFC,SF6
吸収源:森林等の吸収源による温室効果ガス吸収量を算入
基準年:1990年
(HFC,PFC,SF6 は,1995年としてもよい)
目標期間:2008年から2012年
目標:各国毎の目標→日本△6%,米国△7%,EU△8%等。先進国全体で少なくとも5%削減を目指す。
地球温暖化
1000 1500 2000
0
0.5
1
-0.5
N.H
. Tem
pera
ture
(°C
)
2
4
3
5
6
1
0
Glo
bal
Tem
pera
ture
(°C
)
2100
100年後はどうなる?100年後
横浜の世界 速のスパーコンピュータのシュミレーション計算の結果
現状の経済拡大 100年後 4.2℃上昇環境重視の施策をとる 3.1℃上昇
人類にとっての地球温暖化の意味
1.世代間の不公平の問題
現在の世代 エネルギーを充分使って快適な生活
子孫の世代 過去の贅沢のつけを受けて温暖化と
気候変動で困難な環境で生きる。
2.地域間の不公平の問題
先進国 エネルギーを充分使って快適な生活
発展途上国 これから豊かで快適な生活を目指そうと
しているのに、現状で制限されるのか?
気候変動 ________________________________ 起源 原因 時間幅 ________________________________ 宇宙 宇宙塵、宇宙線など 数億年 ________________________________ 太陽系 太陽活動(核融合・太陽風の変動) 小惑星との衝突、隕石落下 数千万年 地球の惑星運動の変化 ~数万年 (公転軌道の変化など) ________________________________ 地球 火山爆発、海陸の配置や海流循環の変化 数千万年 生物の発生と進化による大気組成の変化 ~数万年 ________________________________ 人間 化石燃料の消費、環境破壊 人工化学物質の使用、核爆発(核の冬) 数百年 生態系の撹乱 ~数千年 ________________________________