対流圏オゾン層破壊事象
臭素爆発の化学的メカニズム。下部の青い部分は凝縮相（液体の塩水または氷の表面）を表しています。

対流圏オゾン層破壊現象は、地球の下層大気中のオゾン濃度を低下させる現象です。オゾン（O 3）は、大気の異なる層で独特の二重の役割を果たすことから、懸念されてきました。[ 1]対流圏のオゾンは、 UV-B放射を吸収し、成層圏で太陽エネルギーを熱に変換するほか、温室効果をもたらし、大気の酸化能力を制御します。 [1]

対流圏オゾンの発生源

対流圏のオゾンは、光化学的生成と破壊、乾性沈着、そして成層圏からのオゾンの対流圏界面を横切る輸送によって決定されます。[2]北極圏では、人為的な排出に起因する窒素酸化物と揮発性有機化合物（VOC）の輸送と光化学反応によってもオゾンが生成され、背景混合比は30～50 nmol/mol（ppb）となります。[3]窒素酸化物は、大気中の活性フリーラジカル（反応性ハロゲンなど）のリサイクルにおいて重要な役割を果たし、間接的にオゾン層の破壊に影響を与えます。[4] オゾン層破壊事象（ODE）は海氷帯に関連する現象です。沿岸地域では、風が海氷域を横切る際に日常的に観測されます。[5]

ハロゲン活性化

地球の極地では、春になると、独特の光化学反応により、不活性のハロゲン化物塩イオン（例：Br −）が反応性の高いハロゲン種（例：Br原子やBrO ）に変換され、大気境界層のオゾン層が断続的にゼロレベル近くまで減少します。[6]これらのプロセスは、光と低温の条件によって促進されます。 [4] 1980年代後半に発見されて以来、これらのオゾン層破壊イベントの研究では、 臭素の光化学が中心的な役割を果たしていることが明らかになっています。臭素が放出される正確な発生源とメカニズムはまだ完全には解明されていませんが、凝縮相基質中の濃縮海塩の組み合わせが前提条件であると思われます。[7] 浅い境界層は、放出された臭素をより小さな空間に閉じ込めることで、自己触媒的な臭素放出の速度を高めるため、有益である可能性もあります。[3]これらの条件下、十分な酸性度があれば、気体の次亜臭素酸（HOBr ）は凝縮した海塩臭化物と反応して臭素を生成し、大気中に放出されます。その後、この臭素は光分解され、臭素ラジカルが生成されます。このラジカルはオゾンと反応してオゾン層を破壊する可能性があります。[7]この反応機構の自己触媒的な性質から、臭素爆発と呼ばれています。

化学的破壊

塩分が海から大気中に輸送され、酸化されて反応性ハロゲン種となる仕組みは、未だ完全には解明されていません。他のハロゲン（塩素やヨウ素）も、臭素化学と相乗効果で活性化されます。 [6]ハロゲン活性化の主な結果は、オゾンの化学的破壊です。これにより、大気酸化の主要な前駆物質が除去され、主要な酸化種となる反応性ハロゲン原子／酸化物が生成されます。[6]元々オゾンの影響下にあった酸化能力は弱まり、ハロゲン種が酸化能力を保持します。これにより、多くの大気反応の反応サイクルと最終生成物が変化します。オゾン層破壊が発生すると、強化されたハロゲン化学反応により、反応性ガス元素が効果的に酸化される可能性があります。[4]

効果

OHやオゾンと比較したハロゲンの反応性の違いは、大気化学に幅広い影響を及ぼします。これには、水銀のほぼ完全な除去と沈着、有機ガスの酸化運命の変化、臭素の自由対流圏への輸出が含まれます。[6] 強化されたハロゲンによる酸化によって雪に反応性ガス状水銀（RGM）が沈着すると、水銀の生物学的利用能が高まります。[4]北極の気候と北極の海氷状態の最近の変化は、ハロゲンの活性化とオゾン層の破壊イベントに強い影響を与える可能性があります。人為的な気候変動は、北極の積雪と氷の量に影響を与え、窒素酸化物の排出強度を変えています。[4]窒素酸化物の背景レベルの上昇は、明らかにオゾンの消費とハロゲンの増加を強化します。

参照

参考文献

  1. ^ ab Cao, Le; Platt, Ulrich; Gutheil, Eva (2016-05-01). 「極地春季における対流圏オゾン層破壊イベントの発生と終息における境界層の役割」 .大気環境. 132 : 98–110 . Bibcode :2016AtmEn.132...98C. doi :10.1016/j.atmosenv.2016.02.034. ISSN  1352-2310.
  2. ^ Kentarchos, AS (2003). 「対流圏における成層圏オゾンのモデル研究と対流圏OH形成への寄与」. Journal of Geophysical Research . 108 (D12): 8517. Bibcode :2003JGRD..108.8517K. doi :10.1029/2002JD002598. ISSN  0148-0227.
  3. ^ ab Herrmann, Maximilian; Sihler, Holger; Frieß, Udo; Wagner, Thomas; Platt, Ulrich; Gutheil, Eva (2021-05-20). 「Weather Research and Forecasting model combined with Chemistry (WRF-Chem)を用いた北極圏春季オゾン層破壊イベントの時間依存3Dシミュレーション」大気化学物理学21 ( 10): 7611– 7638. Bibcode :2021ACP....21.7611H. doi : 10.5194/acp-21-7611-2021 . ISSN  1680-7316. S2CID  236409104.
  4. ^ abcde Zhou, Jiashu; Cao, Le; Li, Simeng (2020年4月). 「春季の北極圏における対流圏オゾン層破壊事象に対する背景窒素酸化物の影響」. Atmosphere . 11 (4): 344. Bibcode :2020Atmos..11..344Z. doi : 10.3390/atmos11040344 . ISSN  2073-4433.
  5. ^ Jones, AE; Anderson, PS; Begoin, M.; Brough, N.; Hutterli, MA; Marshall, GJ; Richter, A.; Roscoe, HK; Wolff, EW (2009-04-03). 「BrO、ブリザード、そして極域対流圏オゾン層破壊イベントの要因」. Atmos. Chem. Phys . 9 (14): 4639– 4652. Bibcode :2009ACP.....9.4639J. doi : 10.5194/acp-9-4639-2009 .
  6. ^ abcd Simpson, WR; von Glasow, R.; Riedel, K.; Anderson, P.; Ariya, P.; Bottenheim, J.; Burrows, J.; Carpenter, LJ; Frieß, U.; Goodsite, ME; Heard, D.; Hutterli, M.; Jacobi, H.-W.; Kaleschke, L.; Neff, B. (2007-08-22). 「ハロゲンと極境界層オゾン層破壊における役割」.大気化学物理学. 7 (16): 4375– 4418.書誌コード:2007ACP.....7.4375S. doi : 10.5194/acp-7-4375-2007 . ISSN  1680-7316.
  7. ^ ab Jones, AE; Anderson, P.S.; Wolff, EW; Roscoe, HK; Marshall, GJ; Richter, A.; Brough, N.; Colwell, SR (2010-08-24). 「南極圏オゾン層破壊イベントの鉛直構造：特徴と広範な影響」.大気化学物理学. 10 (16): 7775– 7794. Bibcode :2010ACP....10.7775J. doi : 10.5194/acp-10-7775-2010 . ISSN  1680-7324.
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