オゾン層の破壊
世界の月平均オゾン総量

オゾン層の破壊は、1970年代後半から観測されている2つの関連する現象から成ります。1つは地球の上層大気におけるオゾン総量の減少、もう1つは地球の極域周辺の成層圏オゾン（オゾン層）の春季における大幅な減少です。 [ 1 ]後者の現象はオゾンホールと呼ばれています。これらの成層圏現象に加えて、 春季には極域対流圏オゾン層の破壊現象も発生します。

オゾン層の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、推進剤、発泡剤（クロロフルオロカーボン（CFC）、HCFC、ハロン）であり、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族原子が放出され、オゾン（O 3 ）を酸素（O 2 ）に分解する触媒作用をします。 [4] 両方のタイプのオゾン層の破壊は、ハロカーボンの排出量が増加するにつれて増加することが観測されています。

オゾン層の破壊とオゾンホールは、がんリスクの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る。オゾン層は、有害な紫外線（UVB）の波長が地球の大気圏を通過するのを防ぐ。これらの波長は、皮膚がん、日焼け、失明、白内障を引き起こし、[ 5 ]オゾン層の薄化の結果として、動植物に害を及ぼすだけでなく、劇的に増加すると予測されていた。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化学物質の生産が禁止された。[ 6 ]科学者は時間の経過とともに、地球温暖化係数（GWP）の低い新しい冷媒を開発し、古い冷媒に代わるものとしてきた。たとえば、新しい自動車では、R-1234yfシステムが現在一般的であり、 R-134aやR-12などのGWPがはるかに高い冷媒よりも選ばれている。

禁止は1989年に発効した。オゾン層は1990年代半ばまでに安定し、南半球のジェット気流の南極方向への移動が止まり、逆転する可能性もあるため、2000年代には回復し始めた。[ 7 ]回復は来世紀にわたって続くと予測され、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年に最初に発見されて以来、最小であると報告した。[ 9 ] [ 10 ]国連は現在、現行の規制下ではオゾン層は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、これ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 ]

オゾンサイクルの概要

オゾンサイクル

オゾン-酸素循環には、酸素の3つの形態（または同素体）が関与しています：酸素原子（Oまたは原子状酸素）、酸素ガス（O2または二原子酸素）、およびオゾンガス（O3または三原子酸素）。[ 15 ]オゾンは成層圏で酸素ガス分子がUVC光子を吸収した後に光解離することで形成される。これにより、単一のO22つの原子酸素ラジカルに分かれる。原子酸素ラジカルはその後、別のO2分子が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分子に分解されます。2そして酸素原子が結合します。その後、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Oを生成することで終了します。2分子です。注目すべきは、オゾンがUVB光を吸収する唯一の大気ガスであるということです。

O + O3→ 2 O2
高度の関数としての大気オゾンの分圧分布
高度ごとのオゾン濃度（DU/km）と紫外線の吸収率：基本的に、UVCはすべて大気中の二原子酸素（100～200 nm）またはオゾン（三原子酸素）（200～280 nm）によって吸収されます。オゾン層はUVBの大部分も吸収します。一方、UVAはほとんど吸収されず、そのほとんどが地表に到達します。結果として、地球の大気圏を通過する紫外線のほぼすべてはUVAで占められています。

成層圏内のオゾンの総量は、光化学的生成と再結合のバランスによって決まります。

オゾンは様々なフリーラジカル触媒によって破壊されますが、最も重要なのはヒドロキシラジカル（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·）です。ドットは、それぞれの種が不対電子を持ち、非常に反応性が高いことを示す記号です。オゾン破壊触媒としてのハロゲンおよび擬似ハロゲンの有効性は、オゾンまたは二酸素と反応した後に元のラジカルを再生する経路が異なるため、それぞれ異なります。[ 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っていますが、人為活動の影響は種類によって異なります。2020年現在、成層圏のOH·とNO·のほとんどは自然に発生していますが、人為活動によって塩素と臭素のレベルが劇的に増加しています。[ 17 ]これらの元素は安定した有機化合物、特にクロロフルオロカーボンに存在し、反応性が低いため対流圏で破壊されることなく成層圏まで移動することができます。成層圏に到達すると、塩素と臭素原子は紫外線の作用によって親化合物から放出されます。

CFCl3+電磁放射線→ Cl· + · CFCl2

オゾンは反応性の高い分子で、触媒の助けを借りれば容易により安定した酸素へと還元されます。塩素原子と臭素原子は、様々な触媒サイクルを通じてオゾン分子を破壊します。このようなサイクルの最も単純な例として、[ 18 ]塩素原子がオゾン分子（O3）、酸素原子を奪って一酸化塩素（ClO）を形成し、酸素分子（O2ClOは2分子目のオゾンと反応し、塩素原子を放出して2分子の酸素を生成します。これらの気相反応の化学的な略語は次のとおりです。

  • Cl· + O3→ ClO + O2塩素原子はオゾン分子から酸素原子を取り除いてClO分子を作る。
  • ClO + O3→ Cl· + 2 O2このClOは別のオゾン分子から酸素原子を取り除くこともできる。塩素はこの2段階のサイクルを自由に繰り返すことができる。

全体的な影響はオゾン層の減少ですが、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ります。また、下層成層圏におけるオゾン層の破壊につながる、より複雑なメカニズムも発見されています。

塩素原子1個は、塩化水素（HCl）や硝酸塩素（ClONO）などの貯蔵種を形成してこのサイクルから除去する反応を除き、最大2年間（対流圏に戻るまでの時間スケール）オゾンを継続的に破壊します（したがって触媒です）。2（注：原文に誤りがあると思われる。）臭素は原子1個あたりで見ると塩素よりもオゾン層破壊に効果的だが、現在大気中の臭素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も示されている。しかし、フッ素原子は地球の成層圏で水蒸気、メタン、水素と急速に反応して強く結合したフッ化水素（HF）を形成する[ 19 ]。一方、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、成層圏に十分な量で到達しない[ 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ます。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）によって年間大気中に放出される塩素量を合わせると、CFCおよびHCFCが環境に及ぼす危険性が明らかになります。[ 21 ] [ 22 ]

オゾン層の破壊に関する観測

TOMSが毎年オゾンホールで測定したオゾンの最低値

オゾンホールは通常、地表上の一点上空のオゾン全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（DU）で表されます。最も顕著なオゾンの減少は下層成層圏で発生しています。南極の春と初夏には、1970年代初頭以前と比較してオゾン全量マッピング分光計（TOMS）などの機器を用いて、オゾン全量の顕著な減少が観測されています。[ 23 ]

南極上空の春に観測され、1985年に初めて報告された（Farman et al.）オゾン層の最大70%の減少は、現在も続いています。2010年時点で、南極の9月と10月のオゾン全量は、1990年代以降オゾンホール発生前の値と比べて40～50%低い状態が続いています。[ 1 ] 2016年には、徐々に「回復」傾向にあることが報告されました。 [ 24 ] 2017年、NASAは成層圏の温暖化により、オゾンホールが1988年以来最も弱い状態にあると発表しました。オゾンホールは2070年頃に回復すると予想されています。[ 25 ]

北極圏では、南極圏よりも年ごとの減少量が大きくなります。北極圏では冬と春に最も減少し、成層圏が最も寒い時期には最大30%に達します。[ 26 ]

極域成層圏雲（PSC）で起こる反応は、オゾン層の破壊を促進する上で重要な役割を果たします。[ 27 ] PSCは、北極および南極の成層圏の極寒の環境でより容易に形成されます。そのため、オゾンホールは南極上空で最初に形成され、より深くなっています。初期のモデルではPSCが考慮されておらず、地球規模のオゾンホールは徐々に減少すると予測されていました。そのため、南極のオゾンホールの突然の出現は多くの科学者にとって大きな驚きとなりました。[ 28 ] [ 29 ] [ 30 ]

中緯度におけるオゾン層の減少は、穴というよりむしろ「オゾンホール」と呼ぶ方が正確である。中緯度地域では、1980年から1996年の間にオゾン全量は1980年以前の値を下回った。その後、北半球中緯度地域では、規制の施行と成層圏の塩素量の減少に伴い、1996年から2009年にかけてオゾン全量は最低値から約2%増加した。南半球中緯度地域では、この期間、オゾン全量は一定であった。熱帯地域では顕著な傾向は見られないが、これは主に、熱帯地域ではハロゲン含有化合物が分解して塩素原子と臭素原子を放出する時間がなかったためである。[ 1 ] [ 31 ]

1991年にフィリピンのピナツボ山が噴火した例からもわかるように、大規模な火山噴火は、不均一ではあるものの、オゾン層破壊に相当な影響を及ぼすことが示されています。[ 32 ]

オゾン層の破壊は、成層圏および上層対流圏の気温低下の多くを説明する。[ 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、オゾンの減少は寒冷化につながる。また、 CO2などの温室効果ガスの増加によっても、成層圏の寒冷化が予測されている。2そしてCFC自体にも影響があるが、オゾンによる冷却効果が支配的であると思われる。[ 35 ]

オゾン層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や、異なるモデル化技術間の一致は着実に向上しています。[ 1 ]世界気象機関の全球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年から1997年の期間のオゾン層の損失が過大評価されていると指摘しています。 [ 36 ]

大気中の化合物

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 ]

CFCは冷媒として1930年代にトーマス・ミッドリー・ジュニアによって発明されました。 [ 38 ] CFCはエアコンや冷却装置、 1970年代以前はエアロゾルスプレーの推進剤として、また精密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発生します。これらの化合物の重要な自然発生源はこれまで確認されておらず、大気中に存在するのはほぼ完全に人間による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、紫外線によって分解され塩素原子を放出します。塩素原子は触媒として作用し、成層圏から除去されるまでに1つあたり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、回復には何十年もかかります。 CFC分子が地表から上層大気まで到達するのに平均約5～7年かかり、そこで約1世紀にわたって留まり、[ 39 ]その間、最大10万個のオゾン分子を破壊すると計算されています。[ 40 ] [ 41 ]

1,1,1-トリクロロ-2,2,2-トリフルオロエタン（CFC-113a）は、イースト・アングリア大学の研究チームによって大気中で新たに発見された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、違法製造が疑われています。CFC-113aは1960年以来、衰えることなく蓄積し続けてきたようです。2012年から2017年の間に、このガスの濃度は40%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​​究によると、2013年以降、主に中国北東部からの排出によって、禁止化学物質であるクロロフルオロカーボン11（CFC-11）が大気中に大量に放出されていることが明らかになりました。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ます。[ 43 ] [ 44 ] [ 45 ]

酸化アルミニウム

大気圏再突入時に燃え尽きる衛星は、数十年間大気圏に残留する酸化アルミニウム（Al 2 O 3）ナノ粒子を生成する。 [ 46 ] 2022年だけでも推定値は約17トン（ 約250kgの衛星1機あたり約30kgのナノ粒子 ）であった。[ 46 ]衛星群の増加は、最終的には深刻なオゾン層の破壊につながる可能性がある。[ 46 ]

非常に短寿命物質（VSLS）

「極短寿命物質」は、モントリオール議定書で認められているオゾン層破壊化学物質の一種で、6ヶ月以内に分解します。[ 47 ] 90%は天然由来のもので、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ですが、10%は人工由来のもので、例えばジクロロメタンです。[ 47 ]

コンピュータモデリング

科学者たちは、観測データとコンピュータモデルを組み合わせることで、オゾン層の破壊はCFC由来の人為的（人為的）ハロゲン化合物の増加に起因すると結論付けています。これらの複雑な化学輸送モデル（ SLIMCAT、CLaMS （成層圏化学ラグランジュモデル）など）は、化学物質と気象場の測定値と化学反応速度定数を組み合わせることで機能します。これらのモデルは、CFCの光分解生成物がオゾンと接触する 主要な化学反応と輸送プロセスを特定します。

オゾンホールとその原因

1984年（異常に暖かく、オゾン層の破壊が減少）と1997年（異常に寒く、季節的な破壊が増加）の北米のオゾンホール。出典：NASA [ 48 ]

南極オゾンホールは、南極成層圏の一部で、近年のオゾン濃度が1975年以前の値の33%まで低下している領域です。[ 49 ]オゾンホールは、南極の春、つまり9月から12月初旬にかけて発生します。この時期には、強い偏西風が大陸の周囲を循環し始め、大気圏を形成します。この極渦の中で、南極の春の間に下層成層圏オゾンの50%以上が破壊されます。[ 50 ]

上述の通り、オゾン層破壊の主な原因は、塩素含有原料ガス（主にCFCおよび関連ハロカーボン）の存在です。紫外線の存在下では、これらのガスは分解して塩素原子を放出し、これがオゾン層破壊の触媒作用を及ぼします。塩素触媒によるオゾン層破壊は気相でも起こりますが、極域成層圏雲（PSC）の存在下では、その影響は著しく大きくなります。[ 51 ]

これらの極成層圏雲は、極寒の冬に発生します。極地の冬は暗く、3ヶ月間太陽放射（日光）がありません。日光不足は気温の低下につながり、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。この低温が雲粒子を形成します。PSC雲には、硝酸三水和物雲、ゆっくり冷却する水氷雲、急速に冷却する水氷（真珠層）雲の3種類があり、これらの雲は化学反応の場となり、春にはオゾン層破壊を引き起こします。[ 52 ]

関与する光化学プロセスは複雑だが、十分に理解されている。重要な観察結果は、通常、成層圏の塩素の大部分は「リザーバー」化合物、主に硝酸塩素（ClONO2）とHClなどの安定な最終生成物も生成する。最終生成物の形成は、本質的にオゾン層破壊プロセスからClを除去する。貯蔵化合物はClを隔離し、これは後に400nm未満の波長の光を吸収することで利用可能となる。[ 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」化合物は反応性の高いフリーラジカル（ClとClO）に変換される。脱窒は、雲がNOを除去するプロセスである。2成層圏からPSC粒子中のClOを硝酸に変換し、その後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ClONOに再変換されるのを防ぐことができる。2。

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大きくなる理由です。冬季にはPSCが最も豊富であるにもかかわらず、極地には化学反応を駆動する光がありません。しかし、春になると太陽光が戻り、光化学反応を駆動するエネルギーを供給し、極成層圏雲を溶かして大量のClOを放出します。これがホールメカニズムを駆動します。春の終わり頃に気温がさらに上昇すると、12月中旬頃に渦は崩壊します。気温が上昇すると、オゾンとNOは2低緯度からオゾンを豊富に含む空気が流入すると、PSCは破壊され、オゾン層破壊のプロセスが停止し、オゾンホールが閉じます。[ 54 ]

破壊されるオゾン層の大部分は下層成層圏にあり、これとは対照的に均質気相反応によるオゾン層の破壊は上層成層圏で主に起こり、その量ははるかに少ない。[ 55 ]

効果

オゾン層は太陽からのUVB紫外線を吸収するため、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、皮膚がんの増加などの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や地表UVBの増加と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直接結びつける観測的証拠はありません。これは、一部の皮膚がんにも関与していることが示されているUVAがオゾンに吸収されないことと、長期にわたるライフスタイルの変化に関する統計を制御することがほぼ不可能であることが一因です。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 ]

紫外線の増加

オゾンは地球の大気圏では微量成分であるものの、UVBの吸収の大部分を担っています。オゾン層を通過するUVBの量は、オゾン層の斜面経路の厚さと密度の増加に伴って指数関数的に減少します。 [ 57 ]成層圏オゾン層が減少すると、より高濃度のUVBが地表に到達します。[ 1 ] [ 58 ]樹木の年輪における紫外線によるフェノール生成は、北半球におけるオゾン層の破壊が1700年代後半に始まったことを示しています。[ 59 ]

2008年10月、エクアドル宇宙機関はHIPERIONと呼ばれる報告書を発表した。この研究では、エクアドルの地上機器と過去28年間の数カ国の12基の衛星のデータを使用し、赤道緯度に到達する紫外線放射が予想をはるかに上回り、キトでは紫外線指数が24まで上昇したことを発見した。WHOは11を極端な指数であり、健康に大きなリスクをもたらすとしている。報告書は、地球の中緯度付近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る。[ 60 ]その後、ペルー宇宙機関CONIDAも独自の研究を発表し、エクアドルの研究とほぼ同じ結果を得た。

生物学的影響

オゾンホールに関する国民の主な懸念は、地表紫外線の増加が人間の健康に及ぼす影響である。これまでのところ、ほとんどの場所におけるオゾン層の破壊は典型的には数パーセントであり、前述のように、ほとんどの緯度において健康被害の直接的な証拠はない。オゾンホールで見られるような高いレベルの破壊が地球全体で一般的であれば、その影響ははるかに劇的なものとなる可能性がある。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及ぼすほど大きくなっており、環境保護論者は地表紫外線の増加が重大なものとなる可能性があることを懸念している。[ 61 ]過剰な紫外線（UVR）は、浅い淡水に生息する底生珪藻類（水質を高め、汚染に強い微細藻類）の光合成速度と成長を低下させる影響がある。 [ 62 ]オゾン層の破壊は人間の健康に影響を与えるだけでなく、生物多様性にも大きな影響を及ぼしている。植物や樹木は細胞レベルでダメージを受け、成長、活力、光合成、水分バランス、そして害虫や病気に対する防御機構に悪影響を及ぼします。これは生態系への連鎖的な影響を引き起こし、土壌微生物、昆虫、野生生物、そして生態系全体に悪影響を及ぼします。[ 63 ]

オゾン層の破壊は、紫外線が人体の健康に及ぼすあらゆる影響を増大させるでしょう。その影響には、ビタミンDの生成などプラス面とマイナス面の両方（日焼け、皮膚がん、白内障など）が含まれます。さらに、地表の紫外線の増加は対流圏オゾンの増加につながり、人体への健康リスクとなります。[ 64 ]

基底細胞がんおよび扁平上皮がん

ヒトにおける最も一般的な皮膚がんである基底細胞がんおよび扁平上皮がんは、UV-B曝露と強く関連している。UVBがこれらのがんを誘発するメカニズムは十分に解明されている。UV-Bの吸収によって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のである。これらのがんは比較的軽度で、致命的となることは稀であるが、扁平上皮がんの治療には大規模な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1%の減少ごとに、これらのがんの発生率が2%増加すると推定している。[ 65 ]

メラノーマ

別の種類の皮膚がんである黒色腫は、はるかに一般的ではありませんが、はるかに危険で、診断された症例の約15～20％で致命的です。黒色腫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、オゾン層の破壊が黒色腫の発生率に与える影響を推定することは困難です。ある研究では、UV-B放射の10％増加が、男性の黒色腫の19％の増加、女性の16％の増加に関連していることが示されました。[ 66 ]チリの南端にあるプンタアレナスの人々を対象とした研究では、7年間でオゾンの減少とUVBレベルの上昇に伴い、黒色腫が56％、非黒色腫皮膚がんが46％増加しました。[ 67 ]

皮質白内障

疫学研究では、大まかな曝露量の近似値と様々な白内障評価手法を用いて、眼皮質白内障とUV-B曝露との関連が示唆されている。チェサピーク湾の漁民を対象とした研究では、UV-Bへの眼曝露の詳細な評価が行われ、年間平均眼曝露量の増加が皮質混濁のリスク増加と関連していることが示された[ 68 ] 。主に白人男性で構成されるこの高曝露群において、皮質混濁と日光曝露との関連を示す証拠は、これまでで最も強固なものであった。これらの結果に基づくと、オゾン層の破壊は2050年までに数十万人の白内障発生率増加につながると予測されている[ 69 ]。

対流圏オゾンの増加

地表の紫外線の増加は、対流圏オゾンの増加につながります。地上オゾンは、その強い酸化作用により有毒であるため、一般的に健康リスクとして認識されています。特に、幼児、高齢者、喘息などの呼吸器疾患のある人にとって、リスクは高くなります。現在、地上オゾンは主に自動車の排気ガスからの燃焼ガスに対する紫外線の作用によって生成されています。[ 70 ]

ビタミンDの産生増加

ビタミンDは紫外線によって皮膚で生成される。そのため、UVBへの曝露量が多いと、ビタミンDが不足している人でもビタミンD濃度が上昇する。[ 71 ]最近の研究（主にモントリオール議定書以降）によると、多くの人が最適なビタミンD濃度を下回っていることが分かっている。特に米国では、国民健康栄養調査の情報から、ビタミンD濃度が最も低い4分の1（17.8 ng/ml未満）の人が、一般人口の全死亡率の上昇と関連していることが判明した。[ 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るが、体には日光によるビタミンDの必要量を超える産生を防ぐメカニズムが備わっている。[ 73 ]

動物への影響

英国ロンドン動物学研究所の科学者による2011年11月の報告書によると、カリフォルニア沖のクジラの日焼けによるダメージが急増しており、科学者たちは「オゾン層の薄化が原因ではないかと懸念している」と述べている。 [ 74 ]この研究では、カリフォルニア湾に生息する150頭以上のクジラの写真撮影と皮膚生検を実施し、「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」を発見した。これは、紫外線によってDNAが損傷を受けた際に形成される細胞によるものだ。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、観察された皮膚損傷の原因であり、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」示唆している。[ 75 ]クジラ以外にも、犬、猫、羊、陸生生態系など、多くの動物がUV-B放射の増加による悪影響を受けている。[ 76 ]

作物への影響

紫外線の増加は作物に影響を与えると予想されます。イネなど、経済的に重要な植物種の多くは、窒素の保持を根に生息するシアノバクテリアに依存しています。シアノバクテリアは紫外線に敏感であり、その増加は植物に影響を及ぼす可能性があります。[ 77 ]「増加した紫外線の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、植物は増加したUVB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放射によって直接影響を受ける可能性があります。」[ 78 ]

植物への影響

長年にわたり、北極のオゾン層は深刻に減少しています。その結果、積雪の上や気温が高いために雪が豊富に溶けた地域に生息する種は、地面に到達する紫外線による悪影響を受けています。[ 79 ]オゾン層の破壊と過剰なUVB放射により、当初は植物DNAへの損傷が増加すると考えられていました。報告によると、植物が成層圏オゾン層の破壊と同様のUVB放射に曝露された場合、植物の高さや葉の質量に大きな変化は見られませんでしたが、シュートバイオマスと葉面積がわずかに減少するという反応が見られました。[ 80 ]しかし、UVB放射は光合成系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、これにより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さまざまなレベルの紫外線に曝露します。これらの植物は、含まれる紫外線日焼け止め（フラボノイドなど）の量と種類を日中を通して変化させることが知られています。これにより、紫外線に対する防御力を高めることができます。[ 82 ]成長過程を通じて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、葉面積が広くなり光を遮断できなくなることでより大きな影響を受けます。[ 83 ] UVBによるダメージは、植物自体よりも種間相互作用に重大な影響を与える可能性が高いです。[ 84 ]

オゾン層の破壊が植物に及ぼすもう一つの重大な影響は、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る植物の成長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 ]オゾン層の破壊が顕著な地域では、UV-B放射の増加により陸上植物の生産性（および炭素隔離）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、イソプレンのような有害な揮発性有機化合物の生成を引き起こす可能性があります。植物によるイソプレン大気中への放出は、大気汚染を悪化させ、大気中の炭素量を増加させることで環境に深刻な影響を与え、最終的には気候変動の一因となります。[ 88 ]

公共政策

NASAによるクロロフルオロカーボンが禁止されていなかった場合の成層圏オゾン濃度の予測

CFCがオゾン層に与えた損害の全容は未だ解明されておらず、今後数十年は解明されないでしょう。しかし、オゾン層の著しい減少はすでに観測されています。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ずっと前に締結されました。[ 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「分かりやすい橋渡しの比喩」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ました。[ 90 ]アメリカ人は自発的にエアゾールスプレーから切り替え、法規制が施行される前から売上が50%減少しました。[ 90 ]

1976年に米国科学アカデミーがオゾン層破壊説を支持する科学的な証拠があるとの報告書を発表した後[ 91 ]、米国、カナダ、スウェーデン、デンマーク、ノルウェーなど数カ国がエアゾールスプレー缶でのCFCの使用を禁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の第一歩と広くみなされていたが、その後、政治的要因（ハロカーボン業界からの継続的な抵抗とレーガン政権の最初の2年間における環境規制に対する一般的な姿勢の変化）と科学的発展（オゾン層破壊の規模の最初の推定値は過大であったことを示唆したその後の米国科学アカデミーの評価）が相まって、この方向への進展は鈍化した。

デュポン社の重要なフロン製造特許は1979年に失効する予定でした。米国は1978年にエアゾール缶におけるCFCの使用を禁止しました。[ 92 ]欧州共同体はエアゾールスプレーにおけるCFCの使用禁止案を否決しましたが、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ました。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ましたが、1986年までに1976年の水準にほぼ回復しました。[ 92 ] 1993年、デュポン・カナダはCFC工場を閉鎖しました。[ 93 ]

米国政府の姿勢は、1983年にウィリアム・ラッケルハウス氏がアン・M・バーフォード氏に代わり米国環境保護庁（EPA）長官に就任したことで再び変化し始めました。ラッケルハウス氏と後任のリー・トーマス氏の下で、EPAはハロカーボン規制への国際的なアプローチを推進しました。1985年には、主要なCFC生産国のほとんどを含む20カ国がオゾン層の保護に関する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交渉の枠組みが確立されました。同年、南極のオゾンホール発見が発表され、この問題への国民の関心が再び高まりました。

1987年、43カ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転換し、CFC生産を制限する議定書を支持し始めた。しかし、この転換は不均衡で、デュポンはヨーロッパの同業他社よりも迅速に行動した。デュポンは、特にEPAが1986年に発表した研究で、今後88年間で米国で皮膚がんの症例が4000万件、がんによる死亡者が80万人増加すると予測されていたため、皮膚がんの増加に関連した訴訟を恐れていた可能性がある。[ 94 ] EUも、ドイツがCFC業界の擁護を断念し、規制に向けた動きを支持し始めた後、立場を転換した。フランスとイギリスの政府と業界は、モントリオール議定書の署名後も、自国のCFC生産産業を守ろうとした。[ 95 ]

モントリオール会議において、参加国はCFCの生産を1986年の水準で凍結し、1999年までに生産量を50%削減することに合意した。[ 92 ]南極への一連の科学調査によって、オゾンホールが人造有機ハロゲン化合物由来の塩素と臭素によって引き起こされたという説得力のある証拠が得られた後、1990年のロンドン会議でモントリオール議定書は強化された。参加国は、CFCとハロンを、喘息吸入器など特定の「必須」用途向けのごく少量を除き、2000年までに第5条非締約国では段階的に全廃し、第5条（後発開発途上国）の締約国では2010年まで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、段階的廃止の期限は1996年に前倒しされた。[ 96 ]同会議で、主に農業生産に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。議定書で規制されているすべての物質について、後発開発途上国（「第5条(1)」）に対する段階的廃止スケジュールは延期され、これらの国における段階的廃止は、議定書の第5条(1)以外の締約国からの専門知識、技術、資金の移転によって支援されました。さらに、合意されたスケジュールからの免除は、臭化メチル以外の物質については必須使用免除（EUE）手続きに基づき、臭化メチルについては重要使用免除（CUE）手続きに基づき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立案のあらゆる段階、そして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、プロパンとブタンの炭化水素ガスの混合物からなる、オゾン層に安全な炭化水素冷媒が開発され、1992年にNGOの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」と名付けた。[ 104 ] [ 105 ]その後、NGOはまず小規模で経営難の企業と協力して、まずヨーロッパ、次にアジア、そして後にラテンアメリカで家電製品を販売することに成功し、1997年にUNEP賞を受賞した。[ 106 ] [ 107 ] [ 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、オゾン層破壊のないグリーンフリーズユニットの普及に努めました。生産はエレクトロラックス、ボッシュ、LGなどの企業に広がり、2008年までに販売台数は約3億台に達しました。[ 106 ] [ 108 ]ラテンアメリカでは、アルゼンチンの国内企業が2003年にグリーンフリーズの生産を開始し、ブラジルの大手ボッシュも1年後に生産を開始しました。[ 109 ] [ 110 ] 2013年までに約7億台の冷蔵庫にグリーンフリーズが使用され、市場の約40%を占めました。[ 103 ]

しかし、米国では変化ははるかに緩やかでした。ある程度、CFCはより有害性の低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りましたが、HCFCについても懸念は残っています。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）が使用されていました。塩素や臭素を含まないHFCは強力な温室効果ガスですが、オゾン層の破壊には寄与しません。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、米国では自動車のエアコンでCFC-12（R-12）に大きく取って代わっています。実験室分析（以前は「必須」用途でした）では、オゾン層破壊物質は他の溶媒に置き換えることができます。[ 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」と蔑み、EPAを操って2011年まで米国でこの技術をブロックした。[ 112 ] [ 113 ] [ 114 ] [ 115 ]グリーンピースの働きかけを受けたユニリーバとゼネラル・エレクトリックのベン＆ジェリーズは、2008年に正式な関心を示し、EPAの最終承認に影響を与えた。[ 106 ] [ 116 ]

EUは2009年にオゾン層規制を改正した。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オゾン層破壊物質のリストは、モントリオール議定書のリストと同じだが、いくつか追加されている。

最近では、政策専門家はオゾン層保護と気候保護を連携させる取り組みを提唱している。[ 118 ] [ 119 ]多くのオゾン層破壊物質（ODS）は温室効果ガスでもあり、短中期的には二酸化炭素の数千倍もの強力な放射強制力を持つ。したがって、オゾン層保護政策は気候変動の緩和に効果を発揮してきた。オゾン層破壊物質（ODS）による放射強制力の低下は、おそらく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年代半ば以降の地球温暖化の「減速」につながった。[ 120 ]ある分野における政策決定は、他の分野における環境改善のコストと効果に影響を与える。

海洋産業におけるODS要件

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日より、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保有する必要があります。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。この日付以降のすべての変更は、意図的または意図的でない大気への放出をすべて記録する船上のオゾン層破壊物質記録簿に記録する必要があります。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着陸についても記録する必要があります。

オゾン層破壊の見通し

オゾン層はモントリオール議定書の採択を受けて1990年代に安定し、回復し始めています。2075年までに1980年以前の水準に達すると予測されています。[ 8 ]
オゾン層破壊ガスの動向

モントリオール議定書の採択と強化によりCFC排出量が削減されて以来、主要な化合物の大気中濃度は低下しています。これらの物質は徐々に大気から除去されており、大気中の有効塩素当量（EECl）濃度は1994年にピークに達して以来、2008年までに約10%低下しました。オゾン層破壊化学物質の減少は、臭素含有化学物質の減少にも大きく影響されています。データは、大気中の臭化メチル（CH3臭素）。[ 1 ] CFCの段階的廃止は、亜酸化窒素（N2モントリオール議定書の対象外であるオゾン層破壊物質（O）は、最も多く排出されているオゾン層破壊物質となっており、21世紀を通じてその状態が続くと予想されています。[ 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年代に急激に減少し、その後増加傾向にあるものの、産業革命以前の水準には達していない。オゾン層破壊物質の濃度は、減少が最も大きい極地を含め、年ごとに大きな変動が予想されるものの、モントリオール議定書が完全に遵守される限り、今後数十年間はオゾン層破壊物質の濃度低下により回復を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にわたって続くと予想されています。南極上空の下層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年以前の水準に戻ると予想されています。これは、オゾン層破壊物質の大気中濃度の推定値が改訂され、開発途上国における将来の使用量の増加が予測されているため、以前の評価で予測されていたよりも10～25年遅れています。オゾン層の破壊を長期化させる可能性のあるもう一つの要因は、風のパターンの変化による成層圏上空の窒素酸化物の減少です。[ 123 ] 2016年には、徐々に「治癒」に向かっているという傾向が報告されました。[ 24 ] 2019年には、極成層圏の温暖化によって極渦が弱まったため、オゾンホールは過去30年間で最小となりました。[ 124 ] 2023年9月、南極のオゾンホールは2600万平方キロメートルに達し、記録上最大級の規模を記録しました。この異常なほど大きなオゾン層の消失は、2022年のトンガ火山の噴火によるものと考えられます。[ 125 ] 2023年の国連の評価によると、現在の規制が維持された場合、オゾン層は南極では2066年頃、北極では2045年、世界のその他の地域では2040年までに1980年の水準に回復する見込みです。[ 126 ]

研究の歴史

地球の成層圏におけるオゾン層の形成につなが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。短波長の紫外線は、酸素（O2）分子は2つの酸素（O）原子に分解され、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 + Oを形成すると、オゾンは除去されます。3→ 2 O21950年代、デイヴィッド・ベイツとマルセル・ニコレは、様々なフリーラジカル、特に水酸化窒素（OH）と一酸化窒素（NO）がこの再結合反応を触媒し、オゾン層の総量を減少させるという証拠を提示しました。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、自然界のバランスの一部とみなされていました。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の約2倍になると推定されていました。

1970年にポール・クルッツェンは、亜酸化窒素（N2O ) は、土壌細菌によって生成される安定した長寿命ガスであり、地球表面から排出される窒素酸化物 (NO) は、成層圏の一酸化窒素(NO) の量に影響を与える可能性がある。Crutzen は、亜酸化窒素は成層圏に到達するまで生き続け、そこで NO に変換されることを示した。Crutzen はその後、肥料の使用増加が自然環境よりも亜酸化窒素排出量の増加につながり、その結果として成層圏の NO 量の増加につながる可能性があると指摘した。このように、人間の活動が成層圏オゾン層に影響を与える可能性がある。翌年、Crutzen と (それぞれ独立に) Harold Johnston は、下層成層圏を飛行する超音速旅客機からの NO 排出もオゾン層を破壊する可能性があると示唆した。しかし、1995年にアメリカ海洋大気庁の大気科学者デビッド・W・ファヒーが行った最近の分析では、500機の超音速旅客機を運航した場合、オゾン層は1～2％減少することが判明した。[ 127 ]ファヒーは、これが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 ]

ローランド・モリーナ仮説

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、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、クラ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年に南大西洋を航海中に、1930年の発明以来製造されたCFC化合物のほぼすべてが、いまだに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、N2Oの場合、CFCは成層圏に到達し、そこで紫外線によって分解され、塩素原子を放出する。その1年前、ミシガン大学のリチャード・ストラースキーとラルフ・シセロンは、ClがNOよりもオゾン層破壊の触媒としてさらに効果的であることを示した。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・ウォフシーも同様の結論に達した。しかし、どちらの研究グループもCFCが成層圏塩素の潜在的に大きな発生源となることを認識していなかった。彼らはむしろ、はるかに小さな スペースシャトルからのHCl排出の影響を調査していたのだ。

ローランド＝モリーナの仮説は、エアゾールおよびハロカーボン業界の代表者から激しく反論された。デュポン社の会長は、オゾン層破壊説は「SF小説…ナンセンス…全くのナンセンス」と述べたと伝えられている。[ 129 ]プレシジョン・バルブ社の社長であり、最初の実用的なエアゾールスプレー缶用バルブの発明者であるロバート・アブプラナルプは、カリフォルニア大学アーバイン校の学長にローランドの公式発言について苦情を述べる書簡を送った。[ 130 ]しかし、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は、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ClONO2）が成層圏全体で測定され、CFCが実際に成層圏塩素の主な発生源であり、排出された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・アンダーソンと協力者による成層圏の一酸化塩素（ClO）の測定でした。ClOはClとオゾンの反応で生成されます。したがって、その観測により、Clラジカルが成層圏に存在するだけでなく、実際にオゾン破壊に関与していることが実証されました。マックエルロイとウォフシーはローランドとモリーナの研究を拡張し、臭素原子は塩素原子よりもオゾン層破壊の触媒としてさらに効果的であることを示し、消火器に広く使用されているハロンと呼ばれる臭素化有機化合物が、成層圏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、オゾン層破壊仮説は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ました。これを受けて、米国、カナダ、ノルウェーは1978年にエアゾールスプレー缶におけるCFCの使用を禁止しました。初期の推定では、CFCの生産量が1977年の水準で継続した場合、大気中のオゾン層は約1世紀後に定常状態に達し、通常レベルより15～18%減少するとされていました。1984年までに、臨界反応の速度に関するより優れた証拠が得られ、この推定値は定常状態における5～9%の減少へと変更されました。[ 131 ]

クルッツェン、モリーナ、ローランドは成層圏オゾンに関する研究により 1995年のノーベル化学賞を受賞しました。

南極のオゾンホール

イギリス南極調査局の科学者ファーマン、ガーディナー、シャンクリンが南極の「オゾンホール」を発見したことは（ 1985年5月にネイチャー誌の論文で初めて報告された[ 132 ]）、観測された極地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 ]南極周辺のオゾンの大規模な減少を示す衛星測定（ニンバス7号搭載のTOMS ）も同時に利用可能になりつつあった。[ 134 ]しかし、当初はデータ品質管理アルゴリズムによって不合理として拒否された（値が予想外に低かったためエラーとして除外された）。オゾンホールは、現場観測でオゾン層の減少の証拠が示された後に生データを再処理した際に初めて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、1976年まで遡ってオゾンホールが観測されました。 [ 135 ]

アメリカ海洋大気庁（NOAA）の大気化学者スーザン・ソロモン氏は、冷たい南極成層圏における極成層圏雲（PSC）での化学反応が、活性なオゾン層破壊形態の塩素の量を、局所的かつ季節的ではあるが、大幅に増加させたと提唱した。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、非反応性の塩素化合物を反応性の高い塩素化合物に変換するのに適した表面となり、オゾン層を容易に破壊することができる。

さらに、南極上空に形成される極渦は非常に強く、雲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）の非常に高い濃度が決定的に確認されました。[ 136 ]

オゾンホールの原因を太陽の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、支持でき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規模のネットワークによるオゾン測定の分析の結果、国際委員会は、熱帯地方を除く全緯度においてオゾン層が実際に破壊されているという結論に至った。[ 31 ]これらの傾向は衛星測定によっても確認された。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、世界気象機関（WMO）の後援を受け、国連環境計画（UNEP）は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ました。2007年の報告書では、オゾンホールは回復しつつあり、約10年ぶりの最小値に達していることが示されました。[ 138 ]

2010年の報告書では、「過去10年間、地球全体のオゾン層、そして北極・南極地域のオゾン層は減少は止まっているものの、増加傾向にはない。極地以外のオゾン層は、今世紀半ばまでに1980年以前の水準に回復すると予測されている。一方、南極上空の春季オゾンホールは、回復がはるかに遅れると予想されている」と報告されている。[ 139 ]

2012年、NOAAとNASAは「南極上空の気温上昇により、20年間で2番目に小さい季節オゾンホールが発生し、平均面積は1790万平方キロメートルとなった。このホールは9月22日に今シーズン最大となり、2120万平方キロメートルに広がった」と報告した。[ 140 ] 2016年[ 24 ]、そして2017年には徐々に「回復」の傾向が報告された。[ 141 ]オゾン層破壊の飽和高度でも回復の兆候が見られると報告されている。[ 142 ]

南極上空の地球のオゾン層のホールは、南半球の赤道に至るまでの大気循環に影響を及ぼしている。[ 143 ]オゾンホールは熱帯に至るまでの大気循環に影響を及ぼし、南半球の低緯度、亜熱帯地域での降雨量の増加を引き起こしている。[ 144 ]

北極のオゾン「ミニホール」

2005年3月3日、ネイチャー誌[ 145 ]は、2004年の異常に大きい北極のオゾンホールと太陽風の活動を関連付ける記事を掲載しました。

2011年3月15日、記録的なオゾン層の減少が観測され、北極上空のオゾン層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が増していることに起因するとされ、この変化は地球温暖化と関連しているが、その関係性はまだ調査中である。[ 147 ] 3月25日までに、オゾン層の減少はこれまでのすべての冬で観測されたオゾン層減少と比較して最大となり、オゾンホールになる可能性があった。[ 149 ]これには、オゾン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ことが必要である。[ 149 ]この薄層化は3月30日～31日にはスカンジナビアと東ヨーロッパの一部に影響を及ぼすと予測されている。[ 149 ]

2011年10月2日、ネイチャー誌に研究論文が発表され、2010年12月から2011年3月の間に、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層が最大80パーセント破壊されたと報じられた。[ 150 ]オゾン層の破壊レベルは深刻で、科学者らは、南極大陸に毎年冬に形成されるオゾンホールに匹敵すると述べた。[ 150 ]この研究によると、「北極のオゾンホールと説明できるほどの損失が初めて発生した」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層の破壊は、北極で通常より約30日長い異常に長い寒冷期が続き、オゾン層を破壊する塩素化合物がより多く生成されたことが原因であると結論付けた。[ 151 ]研究の共著者であるラモント・プール氏によると、塩素化合物が含まれている雲やエアロゾル粒子は「2011年3月中旬まで北極圏で豊富に存在していた。これは例年よりかなり遅く、一部の高度では平均量が南極で観測されたものと同程度で、北極圏の冬の3月に見られるほぼゼロの値よりも劇的に多かった」という。[ 151 ]

2013年、研究者たちはデータを分析し、2010年から2011年にかけて発生した北極の現象は、真のオゾンホールと分類できるオゾン層破壊レベルに達していなかったことを明らかにしました。オゾンホールは通常、220ドブソン単位以下と分類されますが[ 152 ] 、北極のオゾンホールはその低レベルには達しませんでした[ 153 ] 。 [ 154 ]それ以来、この現象は「ミニホール」と分類されています[ 155 ]。

1997年と2011年のオゾン層の破壊に続いて、 2020年3月に北極圏の気象気球で90%のオゾン減少が観測されました。通常、観測されたオゾン濃度は100万分の3.5ですが、最終的には100万分の0.3程度にまで減少しました。これは、1979年以来の最低気温と、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影響によるものです。 [ 156 ]

北極上空の大気中の異常に低い温度によって生じた珍しい穴が2020年に研究されました。[ 157 ] [ 158 ]

チベットのオゾンホール

寒い冬は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ります。2006年には、チベット上空で250万平方キロメートルのオゾンホールが検出されました。[ 159 ] 2011年には、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発生し、北極圏でも前例のないオゾンホールが発生しました。ただし、チベットのオゾンホールは北極圏や南極圏のオゾンホールに比べるとはるかに規模が小さかったです。[ 160 ]

嵐の雲による潜在的な枯渇

2012年の研究では、南極上空のオゾンホールを形成するのと同じプロセスが、米国の夏の嵐の雲の上でも発生し、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 ]

熱帯地方のオゾンホール

ウォータールー大学の物理学者チンビン・ルー氏は、2022年7月に熱帯地方の上空成層圏下部に、季節を問わず発生する大規模な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、研究には「重大な誤りと根拠のない主張」が満ち溢れていると述べた。[ 164 ] 2022年WMO/UNEPオゾン層破壊の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、パーセンテージの変化に注目したためであり、後者は地表に到達する有害な紫外線に非常に関連している」とのことである。具体的には、ルーの研究では「オゾンホール」を「成層圏に顕著なCFCが存在しなかった時期（1960年代頃）の擾乱を受けていないオゾン濃度と比較して、オゾンの損失率が25%を超える領域」と定義しており[ 165 ]、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ます。マルタ・アバロス・アルバレス博士は、「熱帯地方におけるオゾン層の破壊は目新しいものではなく、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」と付け加えています。

山火事の煙による枯渇

2019～2020年のオーストラリア森林火災シーズンの大気への影響を分析したMIT研究者スーザン・ソロモン率いる科学者たちは、煙が南半球の被災地域でオゾン層の3～5%を破壊したことを発見しました。煙の粒子は塩化水素を吸収し、オゾン層を破壊する塩素ラジカルを生成する触​​媒として作用します。[ 166 ] [ 167 ] [ 168 ] [ 169 ]

オゾン層の破壊と地球温暖化

ロバート・ワトソンは、オゾン層の破壊と地球温暖化に関する科学的評価と規制活動において重要な役割を果たしました。[ 89 ] 1980年代以前、EU、NASA、NASA、UNEP、WMO、そして英国政府はそれぞれ異なる科学的報告書を提出していましたが、ワトソンは統一的な評価プロセスにおいて役割を果たしました。オゾン層破壊の経験に基づき、IPCCは統一的な報告書作成と科学的評価の作成に着手し、[ 89 ]政策決定者向けIPCC要約を作成するための合意形成を目指しました。

オゾン層の破壊と地球温暖化の科学の間には、さまざまな関連領域があります。

様々な温室効果ガスやその他の発生源からの放射強制力
  • 同じCO2地球温暖化を引き起こす放射強制力は成層圏を冷却すると予想されている。[ 170 ]この冷却は今度はオゾン層（O3）極地における二酸化炭素の減少とオゾンホールの発生頻度[ 171 ]
  • 逆に、オゾン層の破壊は気候システムに対する放射強制力を表します。2つの相反する影響があります。オゾン層の減少は成層圏における太陽放射の吸収を減少させ、成層圏を冷却する一方で対流圏を温暖化させます。また、その結果として成層圏は冷え、下向きに放射される長波放射が減少し、対流圏を冷却します。全体としては冷却が優勢であり、IPCCは「観測された成層圏O3過去20年間の大気損失は、地表対流圏システムに約-0.15±0.10ワット/平方メートル（W/m 2）の負の強制力を引き起こした」[ 33 ] 。 [ 122 ]
  • 温室効果に関する最も有力な予測の一つは、成層圏が寒冷化するというものである[ 170 ] 。この寒冷化は観測されているものの、温室効果ガス濃度の変化とオゾン層の破壊の影響を区別することは容易ではない。なぜなら、どちらも寒冷化につながるからである。しかし、成層圏の数値モデリングによって、この区別は可能である。米国海洋大気庁（NOAA）地球物理流体力学研究所の結果によると、高度20km（12マイル）以上では、温室効果ガスが寒冷化を支配している。[ 172 ]
  • オゾン層破壊化学物質は、しばしば温室効果ガスでもあります。これらの化学物質の濃度上昇は、0.34 ± 0.03 W/m 2の放射強制力を生み出しており、これは、よく混合された温室効果ガスの濃度上昇による総放射強制力の約14%に相当します。[ 122 ]
  • このプロセスの長期的モデリング、その測定、研究、理論設計および試験は、文書化され、広く受け入れられ、最終的に支配的なパラダイムとなるまでには数十年かかります。オゾン層の破壊に関するいくつかの理論は、1980年代に仮説が立てられ、1990年代後半に発表され、現在調査されています。ゴダード宇宙飛行センターのドリュー・シンデルとポール・ニューマンは、1990年代後半に、計算モデリング手法を用いてオゾン層の破壊をモデル化する理論を提唱しました。このモデルは、破壊されたオゾン層の78%を占めていました。このモデルをさらに改良した結果、破壊されたオゾン層の89%を説明できるようになりましたが、オゾンホールの回復時期は推定75年から150年に延期されました。（このモデルには、化石燃料の枯渇による成層圏飛行の減少が含まれています。）

誤解

CFC重量

CFC分子は空気（窒素または酸素）よりも重いため、CFC分子が大量に成層圏に到達することはないと一般的に考えられています。[ 173 ]しかし、この高度では大気中のガスは重量によって分類されておらず、風の力によって大気中のガスが完全に混合されます。そのため、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 ]

人工塩素の割合

成層圏塩素の発生源

もう一つの誤解は、塩素の自然発生源は人為的なものより数倍も大きいというものである。この記述は対流圏塩素については正しいが、成層圏塩素によってのみ影響を受けるオゾン層の破壊とは無関係である。海水のしぶき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る。対照的に、CFCは不溶性であり長寿命であるため、成層圏に到達する。下層大気では、塩水噴霧からのHClよりもCFCおよび関連ハロアルカンからの塩素の方がはるかに多く、成層圏ではハロカーボンが優勢である。[ 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％を占め、残りの80％は人為的な発生源に由来する。

非常に激しい火山噴火により成層圏にHClが注入される可能性があるが、研究者らはCFCに比べてHClの寄与は大きくないことを示している。[ 177 ]同様の誤った主張は、南極ロス島のエレバス山の噴煙からの可溶性ハロゲン化合物が南極のオゾンホールの主要な原因であるというものである。[ 177 ]

しかしながら、2015年の研究では、エレバス山火山が南極のオゾン層破壊に与える影響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。研究者らは、過去35年間のNCEP/NCAR再解析データとNOAA HYSPLIT軌道モデルを用いて、火山からのガス放出（塩化水素（HCl）を含む）が高緯度サイクロンを経て極渦を経由して南極成層圏に到達する可能性があることを示しました。エレバス山の火山活動レベルに応じて、成層圏に流入する年間HClの量は1.0 ktから14.3 ktまで変化します。[ 178 ]

最初の観察

GMBドブソンは、1956年にハレー湾上空の南極の春のオゾン濃度が初めて測定された際、その値がわずか約320DUで、北極の春の典型的な濃度である約450DUより約150DU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典型的な年間最大濃度でした。実際のオゾンホールの値は150～100DU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300DUから450DUまで滑らかな年間サイクルで変動しますが、南半球の春には、約300DUの高値からはるかに低い値まで急激に低下します。ピーク値は12月まで再び達しません。[ 180 ]

穴の位置

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ました。しかし、CFCは対流圏と成層圏で地球全体に広く分布しています。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ているからです。[ 181 ]実際、中央アジア上空など、地球の他の地域でも、大規模かつ局所的な「オゾンホール」が観測されています。[ 182 ]

啓発キャンペーン

オゾン層の破壊のような複雑な問題に対する一般の誤解や誤解はよくあることです。一般の人々の科学的知識の不足は、地球温暖化に関する混乱[ 183 ]​​や、地球温暖化を「オゾンホール」の一部と捉える認識[ 184 ]につながりました。当初、伝統的な環境NGOは、CFCの破壊というテーマが複雑すぎると考え、キャンペーン活動にCFCの破壊を利用しようとしませんでした[ 89 ] 。彼らが活動を始めたのはずっと後のことで、例えばグリーンピースは旧東ドイツのVEB dkk Scharfenstein社製のCFCフリー冷蔵庫を支援しました[ 89 ]。[ 185 ]

CFCに関する議論で用いられた比喩（オゾン層保護、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に近いものです。オゾン層が消滅するわけではなく、オゾン層が均一に「薄くなる」わけでもありません。しかし、これらの比喩は科学者以外の人々の懸念によく響きました。[ 90 ]オゾンホールは「喫緊の課題」であり、差し迫ったリスクと見なされていました[ 186 ] 。なぜなら、一般の人々は皮膚がん、白内障、植物への被害、海洋の可視光層におけるプランクトン個体数の減少といった深刻な個人的影響を恐れていたからです。政策レベルだけでなく、オゾン規制は気候変動に比べて世論の支持がはるかに高かったのです。アメリカ人は法規制が施行される前に自主的にエアゾールスプレーの使用をやめましたが、気候変動はそれに匹敵する懸念と国民の行動を引き出すことができませんでした。[ 90 ] 1985年に突然、大きな「オゾンホール」の存在が確認され、広く報道されました。南極における特に急速なオゾン層の減少は、それまで測定誤差として片付けられていました。[ 133 ]規制の施行後、科学的コンセンサスが確立されました。[ 89 ]

南極のオゾンホールが地球のオゾンに与える影響は比較的小さいものの、次のような理由から、一般の人々の関心は大きく集まっています。

  • 地球上の他の地域でもオゾンホールが出現し始めるのではないかと多くの人が懸念していますが、これまでのところ、北極圏の春に観測された小規模なオゾン層の「窪み」以外に大規模な減少は見られません。中緯度のオゾン層は減少していますが、その減少幅ははるかに小さく、約4～5%です。
  • 成層圏の状況がより深刻化した場合（気温の低下、雲の増加、活性塩素の増加）、地球全体のオゾン層の減少速度は加速する可能性があります。標準的な地球温暖化理論では、成層圏は寒冷化すると予測されています。[ 187 ]
  • 南極のオゾンホールが毎年崩壊すると、オゾン層が破壊された空気が近隣地域に漂います。ニュージーランドでは、南極のオゾンホール崩壊後の1ヶ月間にオゾン層が最大10%減少したことが報告されており[ 188 ] 、紫外線B波の強度は1970年代以降15%以上増加しています[ 189 ] 。 [ 190 ]

世界オゾンデー

1994年、国連総会は9月16日を国際オゾン層保護の日、または「世界オゾンデー」とすることを決議しました。[ 191 ]この制定は、 1987年のこの日にモントリオール議定書[ 192 ]が調印されたことを記念するものです。 [ 193 ]

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